“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原”教学案例

丁亮

摘 要 对质壁分离及复原实验进行实验材料和定量观察拓展，利用思维导图辅助实验设计，通过自主学习、讨论互助、实践操作等方式引导学生建构渗透作用系统知识。

关键词 质壁分离 定量实验 思维导图

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

文件编号： 1003 - 7586（2016）11 - 0036 - 03

1 教学设计思路

“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及复原”是浙科版生物必修1第三章第二节“物质出入细胞的方式”的活动。学生已学习了动植物细胞吸水、失水和质壁分离概念，教材以洋葱为材料，并给出了具体实验步骤，容易使该实验成为验证性实验。本教学设计增加黑藻和苔藓等实验材料，将其转化为“观察植物细胞质壁分离及质壁分离复原”，从比较不同植物质壁分离及其复原的视角引导学生探究，建构渗透作用的知识体系。

《普通高中生物课程标准（实验）》提出应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。质壁分离实验的传统实验过程大多定位于定性观察，笔者向学生提供机会学习定量测定，通过实事求是地记录、整理和分析实验资料、定量表述实验结果等，有利于学生拓展生物学思维的深度和广度，培养学生严谨、敢于质疑、坚持不懈的科学精神。

在教学策略上，本探究以建构主义理论为依据，在教学中以二人小组为单位，引导学生积极参与探究，尊重学生的认知规律，为学生主动建构提供学习材料，使学生形成对知识的真正掌握。教学中，教师通过调动学生已有的经验，通过组内交流和班级各小组汇报结果交流获得多方面的信息，在此过程中建立知识共同体。

2 实验教学分析

2.1 教学重点：实验设计的原则，设计实验记录表

重点落实策略：为学生自主建构搭好支架，课前的预习单上为学生设计实验提供学习材料；让学生通过填写“思维导图”对实验有整体认识再设计记录表。思维导图会将学生的思维形象化地展示给教师，教师可以根据学生暴露的问题组织教学活动，真正做到以学定教。

2.2 教学难点：收集、整理和分析数据

难点突破策略：教师指导学生熟悉数码实验室软件操作，通过说明和展示使其学会用截屏和图像处理软件整理好照片做定性分析或定量测量；让学生使用屏幕录像功能记录实验；操作中及时对有困难的学生进行个别指导；事先制作数据分析表并发给各小组用于数据处理。

3 教学目标

知识目标：列举实验设计的基本原则，区别定性观察和定量观察；解释植物质壁分离及质壁分离复原现象。

能力目标：设计实验记录表，学会定向观察的方法；使用数码显微镜收集证据并做分析解释；撰写实验报告，发展交流和评价的能力。

情感、态度与价值观目标：通过体验探究，感悟求真的科学态度和创新的科学精神；体验团队合作，提高合作意识。

4 教学准备

4.1 材料

紫色洋葱、黑藻、苔藓。

4.2 仪器及用具

数码显微镜，刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，培养皿。

4.3 试剂

物质浓度为0.3 g/mL的无色及红色蔗糖溶液，清水。

4.4 其他

教师制作“观察比较不同植物细胞质壁分离与复原预习单”，要求学生设计实验记录表，根据学生的预习结果，设计课件、实验报告模板和数据分析表。

5 教学过程

5.1 课前预习

教师创设情景，提出问题：观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原有哪些实验步骤？如何比较不同植物质壁分离与质壁分离复原？教师提供实验预习单与思维导图（图1），学生通过阅读教材、实验手册和材料，了解实验的原理、步骤，并填写思维导图，明确实验主要知识点和具体操作要点，思考原理与步骤之间的关系，并尝试设计实验记录表。

设计意图：教师设计预习单和半开放的思维导图，引导学生有效预习。在思维导图中将步骤图片化帮助学生细化实验步骤，理清知识间联系并为实验设计提供原理支架，既保证知识结构完整性，又引发学生主动思考。

对学生思维导图分析，发现大多数学生对实验步骤、实验原理和试剂有较为准确的认识，但对实验原则表述分歧较大，对具体观察指标不明确，记录手段缺乏可操作性。根据这些问题对原先设计的教学过程进行调整，整合学生设计的实验记录表格，制作实验报告模板和实验数据分析表。

5.2 课堂教学

5.2.1 新课导入和问题回顾

教师提出问题：洋葱、黑藻、苔藓细胞是否都能发生质壁分离及复原？教师修正学生回答后引出实验原理，并提出问题：洋葱细胞有哪些观察指标？不同材料如何进行比较？通过交流、讨论明确实验中具体定性和定量观察指标，学生认同可通过测定原生质体与细胞面积来反映质壁分离程度，并得出黑藻细胞质壁分离观察可尝试用0.3g/mL的红色蔗糖溶液。

5.2.2 实验记录表格分析

教师展示学生的设计，应用实验设计的原理和具体观察指标对实验记录表进行评价。学生通过自评、互评，认同对实验结果的记录全班应有统一标准。

设计意图：针对学生思维导图的共性问题，采取问题驱动，设置有一定的层次性、相关性的问题提高学生学习的主动性，从而引发讨论交流学习相关知识。最后，围绕实验记录表格分析，引导学生深化对实验原则的理解，提高灵活运用知识的能力。

5.2.3 实践操作，采集证据

教师统一要求，简化操作：分组进行实验操作，实验材料制片后对初始状态和溶液替换后1、3、6 min的植物细胞进行定量测量细胞周长或面积。要求学生使用互动数码显微镜软件进行视频录像，屏幕视频可弥补操作的不熟练，也建立了实验时间轴，有利于控制好各时间点，收集到的证据也可用于进一步分析。

教师巡视并指导学生实验过程，关注学生出现的问题，提醒学生注意相互合作。如思维导图中有学生填写黑藻质壁分离观察指标中观察叶绿体和胞质环流（这是叶绿体观察实验中的观察指标），实验中教师发现第16组黑藻有明显的胞质环流，于是建议16组观察质壁分离前后黑藻胞质环流是否有变化。

5.2.4 实验结果展示分析

教师提供Excel数据统计表，通过数码互动系统展示不同组学生收集的证据，并由该小组的学生说明分析，教师引导学生多角度解读结果。学生分析得出：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水质壁分离，反之复原；渗透快慢取决于浓度差；黑藻细胞液浓度<洋葱细胞；通过黑藻胞质环流减慢推导植物细胞失去水分会影响其代谢。

设计意图：多角度汇总、分析实验结果，通过学生交流和教师反馈评价，初步构建质壁分离和渗透作用系统知识。

5.3 课后作业及教学延伸

教师将各小组的原始资料和数据放置在开放平台共享数据，要求学生进一步分析本小组及其他组的原始资料（图2），形成电子版的实验报告后再分享回开放平台。学生之间、师生之间再次评价、交流实验，提升学生的认识。

设计意图：课堂时间有限，不能对所有小组的实验结果进行交流，学习小组课外共享数据，完成实验报告。这样可以让学生延续探究分析实验，使学生更全面理解实验，拓展其思维，培养学生解决问题的能力。

6 反思总结

6.1 教师侧务实投入

6.1.1 挖掘学生熟悉的材料

教师选择黑藻和苔藓，并在部分蔗糖溶液中增加红墨水，不仅可以唤醒学生原有记忆，同时又能引出新知识，在熟悉的情景中学生的思维拓展和创新才有可能。

6.1.2 定性观察与定量观察相结合

通过学习数码显微操作，引导学生拓展观察指标，借助信息技术软件进行同步屏幕录像和测量操作，尽可能保留实验资料和数据。

6.1.3 为学生自主建构搭好支架

实验设计需要遵循的原则、实验中的方法步骤和一些注意事项学生都未曾系统学习。通过课前下发预习单补充资料，教师引导学生填写思维导图，帮助学生理清知识间内在联系，高效建构知识体系。

6.1.4 改变实验结果呈现方式

教师将各小组的实验资料和数据放置在开放平台供学生下载，学生可对本组资料进行分析，也可与其他组的资料进行对比，形成实验报告后上传开放平台再次进行交流。

6.1.5 小组合作学习探究。

本实验需要学生课前、课中、课后均参与合作探究。课前小组讨论填写思维导图和设计实验记录表；课中对设计实验记录表进行评价，开展实验并初步分析；课后对实验结果汇总，得出结论。

6.2 学生侧创新产出

教师通过挖掘常规实验、常规材料，利用好学校课程资源，充分了解学生，信任学生，给学生提供学习材料、时间和方法，让学生在探究实践中获得具体的经验体会。同时学生收获了创新产出，如学生课后实验报告中总结得出：“红墨水可用做溶液是否完成替换的指标”“不同植物细胞液浓度可能与植物生长的环境有关”。有些小组的实验：有学生根据苔藓未观察到液泡，预测质壁分离程度会小很多，然而观察到6 min时与洋葱分离程度差不多，推测原生质层也可能失去水；另一组用图像处理软件分析图像测出黑藻细胞及原生质体数据，建立指数拟合模型，通过建模推算出黑藻细胞液初始浓度约为0.08 g/mL。还有小组学习全班结果和结论后，制作了“实验现象及其结论”思维导图。这些创新意识和运用科学的方法去分析解决问题的方式，体现出学生的批判性思维和问题解决能力，培养了学生的核心素养。