“观察大葱花药减数分裂”的实验设计与实施

黄婷婷 （浙江省宁海县知恩中学 浙江宁海 315600）

1 问题提出

减数分裂是浙科版高中《生物学》必修2第2章中一节比较重要的内容，既为孟德尔定律提供了细胞学基础，又为后面遗传和变异内容的学习做了铺垫。因减数分裂是一个微观、动态、连续的变化过程，内容抽象，易造成学生理解困难，故教材中安排了“减数分裂模型的制作”等相关活动，使学生对减数分裂更加直观易懂。但在实际教学中，对减数分裂过程多数仍停留在图片描述上，学生缺乏直观感性认识，导致教学效果不佳。可见，课程标准的活动建议中建议观察细胞的减数分裂是非常合理的。所以，组织学生探究减数分裂的实际过程，有利于提升学生的生物学学科核心素养。本文以学生自主合作探究的学习模式为例，介绍该教学内容的实施方案。

2 实验方案设计

2.1 实验原理 碱性品红分子以三苯甲烷为发色基团，以氨基（-NH2）和（=NH）为助色基团。染料的助色基团在酸性环境中均能带上电荷，从而与染色体和细胞核等结构物质进行极性结合，进而将其染色［1］。

2.2 材料设备

1）标本材料：大葱花药，取自大葱（Allium fistulosum）3—4月的花蕾期，做减数分裂实验所用的传统材料为蚕豆花药或蝗虫精巢。本实验选用的大葱花药是许多材料所不及的，其优点有：①染色体大；②染色体数目少；③材料易得；④易确定减数分裂的部位；⑤压片效果好［2］。

其他材料：10%的盐酸溶液、改良的苯酚品红染液。

2）设备：光学显微镜、盖玻片、载玻片、培养皿、剪刀、镊子、滴管、解剖针。

2.3 实验准备

1）改良苯酚品红染液的配制顺序：①原液Ⅰ：取3g 碱性品红溶于100mL 70%酒精中，Ⅰ液可以长期保存；②原液Ⅱ：取Ⅰ液10mL 加入90mL 5%苯酚水溶液中（此液可保存2周）；③原液Ⅲ：取Ⅱ液55mL 加入6mL 的冰醋酸和6mL 38%的甲醛(倒入棕色瓶可长期保存)；④染色液：取Ⅲ液10～20mL，加入80～90mL 45%醋酸和1.5g山梨醇，混匀后倒入棕色瓶备用（如果没有山梨醇，也能染色，但效果稍差）［1］。

2）材料解离和漂洗的预处理：由于解离、漂洗步骤耗时较长，而且学生在有丝分裂实验中已接触过，所以教师事先已将所有花蕾解离并漂洗，学生接着进行之后的步骤即可。取得3个时间段（上午、下午、晚上）采集的大葱花蕾（内含花药）并立即用10%的盐酸解离10min（其中解离时间不宜过短，否则使根尖细胞解离不充分，不能相互分离；也不宜过长，否则花蕾过分酥软不易剥离出花药），再用清水漂洗3min，重复3次后待用。

2.4 实验流程

图1 学生合作设计的实验方案

3 实验实施

3.1 自主设计实验方案 学生以有丝分裂实验观察为经验基础，根据提供的材料和用具，同桌讨论，合作设计观察植物细胞减数分裂的可行方案。鼓励学生发表不同看法，完善实验方案。教师适时评价，给予对应的鼓励与肯定。最终由学生合作修订出本实验的基本步骤，如图1所示。

3.2 观察探究 学生直接使用教师预先准备的材料（包括3个时间段采集并解离的大葱花药），同桌合作，分别制作一个临时装片，进行观察探究并通过图像绘制进行记录。教师在周围观察他们,记录实验过程中发现的问题，同时用手机拍摄记录下他们观察到的现象，通过手机QQ 的无线传送功能，实时传送到电脑进行呈现，便于全班的交流与分享。

由于视野中不只有目标细胞，可能会观察到的细胞有3类：花粉母细胞、毡绒层细胞、囊壁细胞。因此，让学生通过观察，先找寻关键观察对象并说明理由。若该环节学生无法自行完成，再呈现显微镜视野下放大不同倍数的花粉母细胞、毡绒层细胞、囊壁细胞。请学生观察照片，比较它们有什么典型区别帮助区分，以降低在实验过程中对减数分裂细胞观察的干扰。

3.3 交流思考 教师精心选取学生观察到的部分图像，在投影仪上呈现图像（部分如图2～图13所示，见封四）。学生从PPT 中认领观察结果，对各种生成图片进行排队组合，并说明理由。教师提出：“与有丝分裂相比，减数分裂可划分为哪些时期？ ”学生比较、归纳观察到的减数分裂各典型图像，并绘制模型简图建立减数分裂模型。教师展示理想化的减数分裂模式图，并与学生绘制的模型简图进行对比，以促成学生对减数分裂各时期染色体行为特点、意义的深刻领悟。这为进一步学习减数分裂一节抽象内容提供了实物背景，也奠定了良好基础，符合学生的认知规律。在组织教学过程中，教师提供了不同时间段的材料，学生观察对比后，寻找相互之间的差异并分析原因，从而拓展对减数分裂发生时间段的认识，为今后材料选择的思考能力打下基础。

4 教学反思

4.1 模式设置，创新有效 传统的实验教学模式往往为验证性学习，学生带着已知的实验结果或是带着教师给的具体问题观察，不同的学生带着同一个问题进行研究和学习，这样的学习方式将学生格式化了。这与多元的智能及多元的素养发展相矛盾，也与核心素养理念有差距。本实验的教学主导模式为自主合作探究式学习，经过本实验这样的设计，学生基于已有的有丝分裂知识及已有的各项技能展开探究实验和相关思考，自主构建减数分裂模型，体现了以学生为主体的建构主义思想，让学生成为课堂的主人,充分发挥了学生的主观能动性。

此外，在教学模式设置上除了关注自主性、重视探究性外，还通过移动互联网技术实现生生、师生间问题探讨的互动性与成果反馈的即时性。这样的教学尝试，极大激发了学生的学习兴趣和动手能力，教学效果也非常可观。

4.2 教学相长，双向共赢

1）学生兴趣更浓厚,参与度更高。本实验是教材中没有的课题，而实验材料却是学生生活中非常熟悉的，学生充满了好奇。此外,实验方案的设计、操作全部由学生自己合作完成,每个学生都能参与其中。

2）情境直观化，目标多元化。通过本实验，将原来微观世界的抽象概念，转为直观化教学，增加真实感，印象深刻。

3）实验课后学生大胆思考，发散思维，提出了一些有价值的探究性问题，例如探究观察减数分裂的其他优良材料、探究观察减数分裂上午的最佳取材时间段、探究花序初步裂开的花药是否还能观察到减数分裂的细胞等。其中，学生就第3个探究问题，课后主动带着材料来实验室进行了后续实验。他们发现花蕾期花药容易压片，呈雾状，且能观察到减数分裂各时期的细胞； 而用花序初步裂开的花药进行实验，发现不易压成雾状，细胞重叠，且观察不到减数分裂的细胞。从而更肯定了选择花蕾期花药进行减数分裂观察的正确性。学生通过自己操作得出结论，体验成功的快乐。

4）通过自主构建减数分裂模型，绘制减数分裂典型时期图像，对减数分裂过程的染色体行为变化特点形成初步的概念框架，为之后学习奠定了基础，也给教师的课堂打开了新的思路。

（感谢宁海县教研室邵万亮老师的指导及宁海县深甽中学姜春杰老师的技术支持）

“‘观察大葱花药减数分裂’的实验设计与实施”一文附图