江苏大型考试对生物实验教学的启示

李金祥 （江苏省姜堰中学 江苏泰州 225500）

生物学科以其独特具有的生命气质，与学生的现实生活联系甚为密切。因此一些生命现象的揭示不能仅仅依靠教师空洞的讲解，而要通过系列实验引导学生进行探究、分析，用一种学者的眼光去发现、归纳各种形形色色结果产生的原因，进而提高学生的生物学学科核心素养。命题专家对此领会甚多，下面结合近年来江苏大型调研活动、学业水平测试、高考试题等，谈一谈实验教学的几点方向。

1 实验材料和试剂理化性质的读取

实验试剂的正确选择是实验成功的必要条件，不同的化学试剂具有不同的特征，如颜色、气味、存在形态等。这些特征是学生实验过程中正确识别各种试剂的重要依据。学生实验中出现实验结果异常的原因，很多是因为加错试剂所导致的，因此，在实验之初，引导学生对实验试剂理化性质的辨认，显得尤为重要。在学生到达实验室，教师首先要让学生观察各种实验试剂的颜色、形态（如是液态还是固态，是黏稠性液体还是流动性液体），可以允许学生在短时间内闻一闻某些试剂的气味。此外，还可以引导学生观察其所装盛容器的色泽，并分析其原因。

［例1］（2017·江苏学业水平测试）图甲～丁表示用新鲜菠菜进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的几个主要操作步骤。请据图回答下列问题：

（1）图甲丁中，实验操作步骤的先后顺序是_____（填序号）。

（2）观察图中试剂a、b，其颜色依次是_______。

（3）步骤丙中，滤纸条上出现四条色素带，那么最上面一条色素带的色素名称是_______________。

（4）在该实验的操作过程中，有同学按下列方法操作，其中不合理的有____（在a～d中选择填空）。

a.用蒸馏水替代无水乙醇提取色素

b.在研磨叶片后立即加入碳酸钙

c.用定性滤纸替代尼龙布过滤研磨液

d.用铅笔线连续数次画滤液细线

（5）请尝试运用该实验方法，探究菠菜叶生长过程中色素种类和含量的变化，简要写出实验的主要思路：_____________________________________________________________________________________。

简析：图中试剂a、b分别是无水乙醇、层析液，（2）题考查这两种试剂的颜色。学生之间以及生物教师教研群间均对此有着不小的争论，有人认为应为无色的，也有人认为应为淡黄色。实际上只要到实验室找出无水乙醇和层析液，观察其颜色即可，不必引起如此大的争议。引起争论的原因，就在于平时实验过程中没有留意观察各类试剂。

参考答案：（1）乙→丁→甲→丙

（2）无色、无色

（3）胡萝卜素

（4）abcd

（5）称取相同质量的不同叶龄菠菜叶，进行相同实验操作，分别提取和分离色素，观察比较层析后滤纸条上色素带条数及带宽

［例2］（2015·江苏泰州市期末调研）为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计最合理的是（ ）

实验编号探究课题选用材料与试剂____A_B C D温度对酶活性的影响___温度对酶活性的影响p H对酶活性的影响p H对酶活性的影响过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液___新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、_________________________碘液新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、_________________________碘液新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、_________________________斐林试剂

简析：由于过氧化氢溶液在常温下可自动分解释放氧气，而且受热后其分解速度会加快，因此，不适用于探究温度影响酶活性的实验。一般采用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液。淀粉在酸性条件下可水解成葡萄糖，不适用于探究pH对酶活性的影响的实验，一般采用过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液。故A、D选项错误。

参考答案：B。

2 实验条件的探究

在课堂教学中，学生无法理解不同实验进行所要求条件的差异，甚至有部分教师也迷惑不解，特别是对于需要加热的实验，有些实验结果的出现需要沸水浴加热，有些只需加热到50~65℃。对此，教师可将学生分组进行探究温度对实验结果的影响，即设置低于最适温度、最适温度、高于最适温度三大类温度梯度，进行实验探究，然后对不同实验现象进行原因分析。

如还原糖、DNA分子的鉴定等实验结果的出现，均需要加热，前者需要的温度条件为50~65℃，后者需要沸水浴加热。如此一来，学生就对此产生了疑惑：如果在还原糖鉴定中给予沸水浴加热，DNA分子鉴定中给予50~65℃水浴加热，分别会出现怎样的实验结果呢？为了有效解决上述问题，教师可让学生分组进行探究正常加热和异常加热的两组实验。学生不仅仅要记录实验的最终结果，更重要的是要详细记录其变化的整个过程，因为这是解决一系列疑惑问题的重要依据。在还原糖的鉴定实验中，正常的实验操作应该是使用温度恒温箱控制温度在50~65℃进行水浴加热，可以看到蓝色→棕色→砖红色的转变过程。若使用沸水浴加热，就会发现几乎看不到砖红色的氧化亚铜沉淀，而看到的是黑色沉淀。由此，教师可引导学生分析黑色沉淀为何种物质。学生根据所学的化学知识，即可判定出为黑色的氧化铜。教师再向学生解释其形成的原因：因为斐林试剂里的蓝色氢氧化铜沉淀热稳定性较差，受热（80℃以上）很容易分解生成黑色的氧化铜沉淀和水，这就可以解决遗留在学生心中的疑惑。

［例3］（2016·江苏高考）关于生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质和DNA的鉴定实验，下列叙述正确的是（ ）

A.还原糖、DNA的鉴定通常分别使用双缩脲试剂、二苯胺试剂

B.鉴定还原糖、蛋白质和DNA都需要进行水浴加热

C.二苯胺试剂和用于配制斐林试剂的NaOH溶液都呈无色

D.脂肪、蛋白质鉴定时分别可见橘黄色颗粒、砖红色沉淀

简析：还原糖鉴定所需的试剂为斐林试剂，50~65℃水浴加热即可；DNA鉴定所需的二苯胺试剂无色，需要沸水浴加热；蛋白质鉴定不需要加热，遇双缩脲试剂呈现紫色。脂肪鉴定时，使用苏丹III溶液或苏丹IV溶液，产生的颜色为橘黄色或红色。

参考答案：C。

在实验中，特别是用于鉴定实验结果的化学试剂的选择，同样也要考虑其作用所需的实验条件。如利用淀粉酶溶液、可溶性的淀粉溶液，进行探究温度影响酶活性的实验，有的学生认为虽然淀粉属于非还原糖，但在淀粉酶的催化作用之下，可产生麦芽糖等还原糖。因此，可采用斐林试剂检测产物的生成量，进而判断酶活性的大小。其错误的原因是仅仅考虑实验结果的检测，而忽视了使用斐林试剂需要水浴加热这一客观因素，从而改变温度，产生实验误差的后果。

3 实验材料差异的比较

实验材料的正确选择是实验成功的必要条件之一，试想孟德尔若当初未巧遇豌豆，摩尔根不钟情于那只半死不活的白眼雄性果蝇，可能也不会取得令人瞩目的科研成就。选择材料时，要具有一种敏锐的眼光，有些材料的选取仅靠肉眼是无法实现的，需要经过系列实验探究比较。为了训练学生这种甄别能力，教师除了提供教材中学生早已熟知的实验材料，还可以提供给学生一些他们感兴趣的或者不熟知的材料，供其进行实验探究。

如在进行生物膜通透性的探究实验中，可提供生鸭蛋和熟鸭蛋供学生取其中的壳膜进行渗透作用的模拟实验。教师不要急于点破，而是放手交于学生自己选择，进行实验，并结合实验结果，引导学生开展讨论分析，最终明确了生物膜具有选择透过性的前提是具有特定的生物活性。

［例4］（2010·江苏高考卷）某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。具体步骤如下：

材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份。每份l0 g。剪碎后分成两组，一组置于20℃、另一组置于-20℃条件下保存24 h。

DNA粗提取：

第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入l5 mL研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。

第二步：先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液，再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。

第三步：取6支试管，分别加入等量的2 mol·L-1NaCl溶液溶解上述絮状物。

DNA检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂。混合均匀后，置于沸水中加热5 min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表。

注：“+”越多表示蓝色越深。

分析上述实验过程，回答下列问题：

（1）该探究性实验课题名称是__________。

（2）第二步中”缓缓地”搅拌，这是为了减少________________________________________________。

（3）根据实验结果，得出结论并分析。

①结论1：与20℃相比，相同实验材料在-20℃条件下保存，DNA的提取量较多。

结论2_____________：_。

②针对结论I.请提出合理的解释：_______________________________________________________。

（4）氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和DNA均不相溶，且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度，依据氯仿的特性。在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是：____________________________________________________________。然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。

参考答案：（1）探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响

（2）DNA断裂

（3）①等质量的不同实验材料。在相同的保存温度下，从蒜黄提取的DNA量最多

②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢

（4）将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混和，静置一段时间，吸取上清液

在实验中，教师给学生提供多种材料，以供学生选择。教师也可以放手学生课外寻找实验材料，在实践中发现更为优秀的实验材料，拓展思维，改进实验，进而提高学生的生物科学素养。

4 实验操作异常对实验结果影响的探究

实验操作的规范性直接影响到最终的实验结果，如各种试剂加入的顺序、剂量等，这也是各种考试的高频考点。

如探究酵母细胞固定化实验中，凝胶珠的制作是衡量实验是否成功的重要标志，其中包括了其形状、颜色以及硬度和弹性等指标的检测。正常的凝胶珠呈球形、淡黄色、富有弹力，异常的凝胶珠一般带有像小蝌蚪那样的“尾巴”，有些呈白色，用于酒精发酵即可检测出所包埋酵母菌数的多少。导致实验失败的原因，主要集中在以下几点：海藻酸钠溶液浓度的偏差、注射器的推进过快或过慢、注射器距离CaCl2液面的过远或过近等。教师可引导学生在实验调整过程中进行归纳，如在观察到学生实验中制作的凝胶珠出现“尾巴”，可建议调整海藻酸钠溶液的浓度，进行校对性的探究。

再如，叶绿素的提取与分离，有些学生实验后的滤纸条上并未出现彼此独立、较为清晰的四条色素带，有的无任何色素带的出现，有些色素带彼此重叠，有的弯弯曲曲。针对这些错误结果，教师均可引导学生进行一系列探究，寻找其中缘由。

［例5］（2010·盐城一模）在“DNA的粗提取和鉴定”实验中，发现DNA提取量不足。下列有关原因分析不正确的是 （ ）

A.经蒸馏水处理的红细胞用玻璃棒搅拌的时间过短

B.溶解时所调制的NaCl溶液浓度未达到2 mol·L-1

C.DNA再溶解时，玻璃棒搅拌方向是单向的

D.向2 mol·L-1NaCl溶液中加入蒸馏水太少

简析：DNA在细胞中含量本不高，能够提取出像教材插图显示的白色絮状物的情形，是很少见的。其中的原因较多，涉及到DNA的释放、溶解、析出、过滤、DNA的断裂等。DNA再溶解时，玻璃棒搅拌方向是单向的，能够减少DNA的断裂，提高DNA的提取量。

参考答案：C。

此外，对实验装置的安装也是考查的对象。在实验课中，发现有些学生面对一堆仪器，不知如何下手，加热方法不知是用酒精灯，还是用水浴恒温箱，导管是伸入液面之下，还是液面之上。在今后的教学中，教师要多加关注学生在实验中容易出现的错误操作并及时加以引导。

实验教学的有效开展能够较好地引导学生主动探索生物学奥秘，提高其生物学学科核心素养，激发学生的学习兴趣。对实验教学的研究也一直是广大教师研究的热点，如何将实验教学与课堂教学有机结合，是一项任重道远的任务。