中学生物实验“植物细胞质壁分离和复原”的教学探索

沈洋 涂艺声

（江西师范大学生命科学学院 江西南昌 330022）

植物细胞质壁分离和复原实验是人教版高中生物必修一第四章第一节“物质跨膜运输的实例”的探究实验，原名称为植物细胞的吸水和失水。在这之前，学生已经初步学习了渗透作用的原理以及渗透必备的几个条件，对半透膜、渗透作用和渗透作用的装置有了基本的认识。教师可从不同植物的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。

这个实验最初始的教学设计，就是完全按照课本上的方案，也符合探究的一般步骤，先做出假设“植物细胞会出现失水的情况吗”或“植物细胞在什么情况下会失水”。观察材料是紫色的洋葱鳞片叶，滴加的溶液为质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。紫色的洋葱鳞片叶容易撕取，而且液泡里面的花青素具有颜色，在0.3 g/mL的蔗糖溶液下，洋葱表皮细胞发生了明显的质壁分离现象，且能够复原，这无疑是很好的实验材料。

但常规的实验方法所选用的高渗溶液为质量分数30%的蔗糖溶液，整个细胞发生质壁分离与复原过程用时长，速度慢，黏性大，不利于学生课堂实验的操作与观察。于是在前人的改进实验中用NaCl溶液来代替蔗糖溶液。

1 实验教学准备

1.1 实验材料的选择

紫色洋葱鳞片叶、红色的山茶花、紫色的紫玉兰花、大叶黄杨叶、玉兰叶和白萝卜。

1.2 试剂种类的选择

蔗糖溶液、饱和的浓盐水（为演示实验做准备的饱和浓盐水）。

1.3 试剂浓度的选择

为改进书上给出的实验蔗糖溶液的质量浓度为0.3 g/ml，验证洋葱表皮细胞发生质壁分离的现象，设置0.1 g/mL，0.3 g/mL，0.5 g/mL三组梯度的溶液。实验员事先配好了3个溶度梯度的蔗糖溶液，让学生根据已有的溶液和材料自行设置实验方案。

1.4 实验问题的设置

本实验主要设置了以下几个探究问题：

（1）不同浓度的蔗糖溶液对同一植物材料吸水和失水的影响；（2）同一浓度的蔗糖溶液对不同植物吸水和失水的影响，选出本次实验中质壁分离现象最明显的植物材料；（3）高浓度的蔗糖溶液（本研究为0.5 g/mL）下发生质壁分离的植物细胞能否发生复原现象；（4）对比大叶黄杨叶和玉兰叶在清水和蔗糖溶液下，气孔的开关状态，观察并记录实验结果。

1.5 取材方法的改进

本次实验操作的新颖之处首先在于撕取材料方面，以往用洋葱做实验时，都是用刀片在洋葱表面选取颜色较深的部分划一个井字，然后再用镊子小心地撕取边缘。本次实验在材料中加了几种花朵，相对于洋葱而言，花朵比较薄，用刀片划井字的方法并不是很可行。采用的是对折的方法，将花朵沿着垂直于主叶脉的方向对折，再用镊子小心的撕下因对折而撕起的表皮。这样操作简单方便，只要保证花朵的新鲜度，就可以轻易地撕取到表皮。

2 实验教学分析

2.1 实验前的讲解

教师从生活中一些植物细胞失水的案例出发，如浸泡后胀大的黄豆、萎焉的白菜图片入手，再将事先做好的浸泡在饱和NACL溶液中“变胖变瘦”的白萝卜成品展示给学生。课前，教师把白萝卜横切两块相同厚度的圆盘，再用正方形的模具挖出体积大小完全一样的方块，则剩下的是像铜币形状一样的萝卜块，将它们置于同样的环境下。其中一块挖出的萝卜方块浸泡在装有饱和的浓盐水的烧杯中，另一块浸泡在装有同样体积清水的烧杯中。大约1～2 h后，用镊子夹出方块，嵌回到之前的那个铜币状萝卜圆盘中，用盐水浸泡过的白萝卜“瘦”了一圈，出现了很明显的缝隙，而在清水中浸泡过的白萝卜已经太“胖”了，嵌不进去了。

观察了“变胖变瘦的萝卜块”后，学生对细胞吸水失水现象有了更加深刻的印象。此时，教师复述之前课上讲的细胞吸水失水的原理，即本节实验的原理。

2.2 演示实验与个人、小组实验

2.2.1 通过演示实验

演示实验可以更好地培养学生仔细观察的能力和分析问题的能力。因为教材中的一些实验具有一定的操作难度，学生有时不能很好地理解实验步骤并操作。这时就需要教师做正确的实验指导及规范学生们的实验操作。演示实验可以现场由教师当场实验操作演示，或者课前教师做预实验的时候，实时拍摄，制作实验操作视频。如，教师可以PPT演示，课前通过智能手机录像，利用视频软件进行剪辑制作的视频。这就避免了临场进行演示实验可能会失败，或者教师在实验中，边讲边做，有时会出现手忙脚乱的状况。

2.2.2 通过小组实验与个人探究实验

小组实验与个人实验在生物学实验教学中较多。使用显微镜是中学生物学习阶段学生必须掌握的最重要的基本技能之一，有时，实验要求多人合作完成，培养学生的合作精神。在本次植物细胞吸水与失水的实验中，既有个人实验，也有小组实验，其中使用显微镜观察植物细胞质壁分离与复原依然是非常重要的实验技能。

3 实验结果分析

3.1“变胖变瘦的萝卜块”

“变胖变瘦的萝卜块”的实验结果见表1。

表1 实验结果记录表

3.2 同一材料在不同蔗糖溶液中

同一材料在不同蔗糖溶液中的实验结果见表2。

表2 实验结果记录表

3.3 不同材料在同一溶液中

不同材料在同一溶液中的实验结果见表3。

4 本实验改进的优势

由展示“变胖变瘦的萝卜”实验导入，引起学生兴趣，实验材料和蔗糖溶液浓度有几种可供学生自己选择，学生可以自己设置对照实验。

教材中没有对其他材料进行延伸实验，导致很多教师（或教辅资料上）认为只有具有液泡的成熟植物细胞才会发生质壁分离现象，而不含大液泡的分生组织细胞不能发生质壁分离现象。所以在实验材料中加了两种植物的叶片，用来观察保卫细胞气孔的开闭，细胞的吸水和失水的现象。

表3 实验结果记录表

很多相关研究文献也表明，植物内含有大液泡的成熟叶肉细胞、花瓣细胞和带有色素的幼茎细胞都可在质量分数为30%的蔗糖溶液中观察到明显的质壁分离现象。

5 生物实验教学的思考与建议

教师要从提高学生的实验操作能力、观察分析能力入手，设计教学，从而达到提高学生生物学科核心素养的目的。从传统的验证型实验教学模式向探究型实验教学模式的转变，是新课程背景下素质教育发展的必然，具有深远的意义。

随着新课程改革的进行，教师要更加关注学生实验探究能力的培养，才能突破素质教育评价的束缚，切实促进学生核心素养的发展。

教师仅仅利用课堂上的时间让每一个学生都得到提升是很难实现的，因此可以利用课外综合实践活动来弥补这些不足，让实验教学与课外综合实践活动并行。