挖掘隐性实验培养科学思维

陈永益 徐平珍

（浙江省镇海中学 浙江宁波 315200）

实验的分析与设计能力是生物学学科素养的重要组成内容，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确提出课程的基本理念之一是教学过程重实践，让学生积极参与动手和动脑活动［1］。 从2015年浙江省新高考改革以来，生物学选考以能力立意为导向，对实验的考查要求逐年提高，教材中的必修和选修实验已不能满足学生学习的需要。笔者通过对教材的进一步剖析，结合自身教学需求， 挖掘了可提高学生认知但并未在教学指导意见中有要求的隐性实验。 通过以下4 则隐性实验，为教育同仁提供一定的参考和借鉴。

1 自设演示实验，激发学习热情

浙科版生物学必修1《分子与细胞》第3 章第3 节“酶”的引言是“为什么生物体内糖的氧化能在温和条件下进行， 而体外的氧化却要在剧烈的条件下才能发生呢？ ”以往教学中，笔者借助于幻灯片播放“森林中的熊熊大火”，试图让学生意识到生物体内酶的存在，对酶所起作用感到惊叹。但事实上学生并未因此产生强烈的求知欲， 有的学生反而会产生疑问， 例如森林中的大火是纤维素的燃烧，而人体内主要能源物质是葡萄糖，葡萄糖的氧化分解与纤维素的燃烧果真是一样的吗？

针对学生的疑问，笔者利用葡萄糖、氯酸钾、镁条、酒精灯等实验材料，用葡萄糖体外燃烧实验导入新课。在实施演示实验时，还可借此复习初中科学课中燃烧的条件：①可燃物，②助燃物氧气，③温度达到着火点。葡萄糖是可燃物，氯酸钾加热分解可产生氧气，镁条的燃烧可释放大量的热，将葡萄糖和氯酸钾3：2 混合，以镁条作引燃，就可使葡萄糖剧烈燃烧。演示时必须注意安全，与前排学生保持一定的距离；燃烧后教室内会有一些烟雾，须保持通风。为了体现对照原则，教师同时演示镁条引燃后直接放置在氯酸钾中， 也能观察到镁条继续燃烧，但火焰较小、持续时间较短。

该实验并不是考试说明中要求的演示实验，笔者通过对隐性实验的挖掘， 首先让学生明确实验设计的对照原则； 其次， 演示实验变抽象为形象，激发学习兴趣、启发科学思维，使学生更好地认识到体外葡萄糖的燃烧要在剧烈的条件下进行， 从而意识到体内化学反应能在温和条件下进行是因为酶的催化作用；再次，葡萄糖的体外燃烧演示实验为学生理解细胞呼吸逐步释放能量、细胞中能量利用效率高等知识埋下伏笔， 起到一举多得的功效。

2 自制实验装置，依托问题串厘清概念

浙科版生物学必修1《分子与细胞》第3 章第2 节“物质出入细胞的方式”中有关于渗透的概念：水分子通过膜的扩散。人教版教材中有相应渗透装置的内容要求， 但是浙科版教材没有任何提示，新课教学中直接过渡到动、植物细胞的吸水与失水实验。到高三复习阶段，总是会有学生对渗透概念提出较多疑问，此时教师只能亡羊补牢，再对渗透装置进行介绍，知识的滞后性较大。

为厘清概念，笔者新授课时，利用鸭蛋、蔗糖、红墨水、烧杯、铁架台等材料制作了简易的实验装置。将鸭蛋浸泡于10%的盐酸溶液中6 h 左右，至鸭蛋壳消失，剥离卵壳膜；如图1、图2 所示，将卵壳膜罩在长颈漏斗上， 漏斗内倒入滴加了红墨水的蔗糖溶液，再浸润于清水中。图4 液面上升的实验结果并不是几分钟内就能观察到的， 课堂上可以做如下处理：①增大蔗糖溶液浓度，但时间缩短不明显，且较浪费蔗糖；②在刚开始上课时就呈现渗透装置，上课过程中呈现结果，同时为避免学生注意力的转移，渗透装置不要一直置于讲台上。

图1 实验开始时的渗透装置

图2 实验结束时的渗透装置

在铺垫渗透概念后， 提出以下问题串强化概念的理解：

①长颈漏斗中的溶液会一直不断上升吗？

②达到平衡后水分子有没有进出膜？ 此时能叫渗透作用吗？

③达到平衡后长颈漏斗内外溶液浓度一样吗？

④如果刚开始长颈漏斗内盛有一定浓度的葡萄糖溶液，而某种膜可以让葡萄糖、水都通过，漏斗内、外液面变化如何？

⑤如果刚开始长颈漏斗内盛有30%的葡萄糖溶液，漏斗外烧杯内盛有30%的蔗糖溶液，漏斗内、外液面变化如何？

通过层层递进的问题串， 学生明确了渗透作用发生需要2 个条件：膜和浓度差。在没有浓度差的情况下，水分子仍有进出，但是不能叫渗透，此处可以拓展延伸浙江选考真题落实知识点的考查。 展示此简易装置时，教师要保持开放的心态，让学生敢想敢言，允许学生表达不同的意见，宽容学生的错误，赏识学生的点滴发现。教师需要及时评价学生的反馈和思考，适时调整教学预设，提升学生思维能力，从而更好地厘清概念。

3 理论联系实际，将实验生活化

浙科版生物学必修1《分子与细胞》第1 章第3 节“有机化合物及生物大分子”中关于检测生物组织中的油脂， 按照教材实验原理苏丹Ⅲ染液能使细胞中的油脂呈橙黄色， 但细胞中的油脂观察必须要制作徒手切片，因课堂时间有限，学生徒手切片训练不到位，往往使得实验效果大打折扣。

学生在学习过程中也产生一些疑问：①动物脂肪和植物油苏丹Ⅲ染液染色后呈现的颜色一致吗？ ②苏丹Ⅲ染液染色后与原染色剂颜色一样吗？③其他脂质遇苏丹Ⅲ染液能染成橙黄色吗？ 笔者鼓励学生理论联系实际， 利用生活中的材料进行实验，从而解决疑问。 实验开展时，在家长的协助下，学生将一块肥猪肉切成小块，放入锅中熬出猪油，凝固后第2 天带进学校生物学开放实验室。 将猪油放入含有一定量清水的试管中，70℃水浴使其融化，滴加2 滴苏丹Ⅲ染液，轻轻振荡，静置分层，如图3 所示。 同时对植物油进行相同操作，结果如图4 所示。 油和脂遇苏丹Ⅲ染液都呈橙黄色。

图3 猪油滴加苏丹Ⅲ染液后静置分层

图4 植物油滴加苏丹Ⅲ染液后静置分层

学生利用课余时间在生物学开放实验室完成相应的实验操作，从而将生物学实验带出课堂，真正通过自己动手操作解决问题， 做到了理论联系实际，自己摸索寻找问题的答案。如果教师直接呈现答案，学生将其归结为记忆性知识，难以内化，较易遗忘。 诸如此类的隐性实验还有很多可以挖掘，例如必修3 的课后练习中植物根的向地生长、蛙的搔扒反射与屈反射等， 学生可以结合理论知识，在家里或生物学开放实验室完成学习和探索，实现课堂教学资源的现场生成， 从而促进学生的认知发展。

4 整合教材实验，提升思维分析能力

浙科版生物学必修1《分子与细胞》第3 章第2 节“物质出入细胞的方式”中的活动——观察洋葱表皮细胞的质壁分离及复原实验。 实验使用的材料是洋葱外表皮， 学生便认为只有洋葱外表皮细胞才能观察到质壁分离现象， 且学生撕取洋葱外表皮时会撕取多层或得到没有紫色大液泡的细胞，不利于观察。 笔者刚带高三选考班级时，学生在该实验材料的选择方面还存在较大困惑。 浙科版生物学必修1《分子与细胞》第2 章中观察叶绿体时采用黑藻作为实验材料， 笔者在新课教学时尝试整合教材实验， 将黑藻的幼嫩小叶直接置于8%的氯化钠溶液中（该溶液中氯化钠的浓度约为0.3 g/mL，近似于30%的蔗糖溶液，且没有蔗糖的粘合性，物镜镜头容易清洗），能清晰地观察到黑藻叶肉细胞的质壁分离。 图5 为未发生质壁分离的状态，图6 为发生质壁分离的状态，前后对照，结果非常明显。

虽然黑藻叶肉细胞中液泡近乎于无色， 但有较多叶绿体作参照， 可以判断细胞的质壁分离状态。学生通过实验理解生命观念，体验到实验材料的可替代性，不一定要液泡有颜色才能观察，也可以通过周围的颜色衬托出观察目标。挖掘实验，使用洋葱内表皮作为实验材料， 尝试用加红墨水的盐水观察质壁分离， 图7 为未发生质壁分离的细胞， 图8 为加红墨水的盐水后发生质壁分离的细胞。 若将视野调暗能更清晰地观察到质壁分离现象，加红墨水的效果不及视野调暗好，其原因有待进一步的探讨。教材实验的整合及挖掘，可作为今后课堂教学突破的一个重要方向， 例如洋葱外表皮细胞中紫色色素的提取和光合色素的提取与分离的整合， 培养液中酵母菌种群数量动态变化中浑浊度的测定与选修1 中光电比色法亚硝酸盐含量测定的整合等。深入挖掘教材中的实验资源，多途径、多角度开发和开设实验，以提高学生的思维分析能力，激发学生的创造力。

图5 清水中的黑藻叶肉细胞

图6 8%氯化钠溶液中的黑藻叶肉细胞

图7 清水中的洋葱内表皮细胞

图8 加红墨水的8%氯化钠溶液中的洋葱内表皮细胞

对于学生而言， 教师不应只告诉他们现存的知识真理， 而是要引导学生学习发现真理的思维与探究方法，这样才有利于学生的长足发展。挖掘教材中的隐性实验，通过自设演示实验、自制实验装置、将实验生活化、整合教材实验等多种方式，激发学生探究实验的热情， 提高实验设计与动手操作能力，培养学生的科学思维。将微观的变化通过宏观的方式加以体现，帮助学生增强感性认识。教师用智慧教学，促进知识教学的真正达成。