高中生物学实验创新案例

摘 要：“建构植物细胞三维结构模型”的實验，通过三维建模使学生直观地理解植物细胞的结构，进而熟悉细胞的特性。通过这种全新的实验教学，一方面使学生对实验结果有一个清晰的认识，另一方面使学生感受到学习生物没有想象中的那么难，从而提高了高中生物课堂教学效果。

关键词：实验；模型；水果果冻

一、本课题实验在教材中的重要性

对于细胞，截至目前，没有一个固定的定义，但大家共同的一个看法是：细胞体形极微，在显微镜下方能窥见，形状多种多样，主要由细胞核与细胞质构成，表面有细胞膜。它是所有生物的基本元素，是生活体机体结构和功能的最基本单位，所以对细胞的理解，细胞生物实验是最好的选择。

“建构植物细胞三维结构模型”的实验，可通过三维建模的使用，使学生直观地理解植物细胞的结构，进而熟悉细胞的特性。如果只对细胞的结构和功能进行简单的介绍，学生因为没有观察过实物，缺乏直观形象的影响，就难以理解。通过本次实验，给学生形成直观形象的影响，培养了学生动手操作的能力，提高了课堂教学效果。

二、本课题实验需要改进之处

课本原创实验是用泡沫塑料、木块、纸板、纸片塑料袋、布、细绳、细铁丝、大头针等作为实验材料。在实验中，使用这些材料建构模型时存在这样一些缺陷，需要进一步改进和完善。具体表现在：第一，操作困难。实验进行期间，根据以往经验用泡沫塑料作为构建模型主题材料时，切除一个平面时还好操作，如果上面挖出一个表面比较光滑的凹穴操作起来非常困难，即使挖出来了一个凹穴，但凹面也不光滑，万一碰到或不小心，真个模型就会遭到破坏，进而无法使用；第二，缺乏立体感。即使成功地挖出凹穴，然后把所有的结构摆上去，这样所有的结构显得都在一个面上，整个模型的立体感不强，这不是真正意义上的三维结构模型。第三，缺少细胞基质。按课本所给材料建构的模型操作时，缺少了细胞中很重要的一个成分，即缺少细胞质基质。

三、本课题实验在教学中的改进办法和创新措施

（一）改进办法

新的课程课标和教学大纲在实验方面对我们的要求是着重培养学生创新意识和创造能力。根据新课标的要求，笔者进行了这样一种设计，上课前不提有关课本知识的内容，只说制作一种“水果果冻”，这样一下子就可以调动学生们的积极性，学生们很快制作起来，学习热情非常高涨。然后按照实验步骤教同学们进行水果果冻的制作，制作完成后启发同学们制作的果冻跟最近学习过的哪一种物体结构相似。学生们争先恐后地回答植物细胞。然后采取小组讨论的方式找出果冻中对应的细胞结构，其中橙子的果皮就是建构细胞的主体，外果皮代表细胞壁，内果皮代表细胞膜，草莓代表细胞核，上面的种子代表核孔，荔枝代表液泡，黄瓜切片代表高尔基体，内果皮丝代表内质网，用食用色素染色过的小米代表核糖体数量多一点。通过这种全新的实验教学，提高了学生的观察能力、探究能力和创新能力，为我们的生物课堂增添了无限的乐趣。

（二）创新措施

首先，笔者用天然存在的果实的果皮（例如橙子）代替泡沫塑料等实验材料，这样操作起来比较简单，也比较容易成功；其次，改用琼脂分层填充的方法，实验结果表明，不仅琼脂很好地充当了细胞质基质，分层填充的效果使所有结构具有较强的立体结构，真正地具有三维结构，而且使用的所有材料都是环保的，不会存在环境污染的问题。

四、本课题实验的目标

（1）真核细胞三维结构模型的制作方法探究；

（2）建构模型制作过程的领悟。

五、实验材料

实验材料主要有琼脂粉、橙子、草莓、荔枝、黄瓜、绿豆、大豆、小米、烧杯、酒精灯、三脚架、镊子、刀片等。

六、实验操作步骤

（1）用天平量取琼脂粉9g，加水200ml，加热溶解（用开水也行）待用。

（2）取一个橙子，从中间慢慢切开（小心手指），小心挖出果肉（同学们可以分享），留下果皮（要完好）待用。

（3）将溶好的琼脂慢慢倒入果皮中至三分之一处，放入草莓（切去少许立体感更强）、荔枝（要剥掉外表皮，果肉要完整）。

（4）再加入少量琼脂，要均匀平整至果皮二分之一处，放入橙子内果皮丝，加入一定数量用食用色素染色了的小米，再放入一定造型的黄瓜表皮。

（5）之后再加入少量琼脂至果皮三分之二处，放入几粒绿豆代表叶绿体，再放入一定数量大豆，注意在制作时要注意各细胞器的大小和数量。

（6）最后再加琼脂至果皮切面水平，冷却，模型建构完成。

七、实验创新点

（1）用水果和种子进行建构，绿色环保。生活中的一些水果和种子的表观结构跟细胞中的结构表面相似，比如，草莓可以很好地充当细胞核，它上面存在的种子就是天然的核孔，还有橙子的果皮，黄色的外表皮就是天然的细胞壁，白色的内表皮可以很好地充当细胞膜。同时所有的材料都是绿色环保的，不会造成环境污染。

（2）利用琼脂分层填充，凸显三维结构。琼脂既很好地充当了细胞质基质，分层填充的效果又使所有结构具有较强的立体感，真正地具有三维结构。

八、实验的不足与改进

在具体做实验时发现了一些不足和改进的地方。

（1）试验中用琼脂作为凝固剂，存在透明度较差的问题，影响实验结果的观察。针对这个问题，可以改用食用凝胶作为凝固剂，提高透明度。

（2）本实验中利用橙子皮代表细胞壁及细胞膜，由于体积小，操作比较困难。可以选择体积较大的柚子皮来代表细胞壁及细胞膜，这样体积较大，操作难度大量下降。

（3）用橙子内果皮丝代表内质网，因为橙子内果皮丝的颜色较淡，与琼脂的颜色接近，不易观察。橙子内果皮丝还存在易断裂等问题，提高了实验难度。可以改用发菜代替，发菜的颜色较深，而且有一定的韧性。

九、实验结果展示

十、创新实验

“尝试用水果果冻制作植物细胞模型”的补充——尝试用其他材料制作植物细胞模型。

本节课的核心素养是：

（一）科学思维

（1）提高学生对细胞器的结构、功能的理解掌握。

（2）尝试制作真核细胞的三维结构模型。

（二）科学探究

（1）提高对细胞器的亚显微结构模式图的识别能力。

（2）培养学生的实践能力、动手能力和创新能力等多种能力。

（三）生命观念和社会责任

（1）激发学生评判性思维，丰富学生知识，提升学生语言组织能力。

（2）培养学生合作学习的意识和沟通交流能力，增进学生的友谊。

（3）提高学生对本学科的学习兴趣，获得成功后的满足感和自豪感。

【教学重点】真核细胞的三维结构模型制作。

【教学难点】细胞器的功能和细胞器之间的相互关系的理解。

【教学资源】

实验材料：琼脂、彩色泥等。

实验用具：1000mL的烧杯，玻璃棒，酒精灯（包括石棉网、三脚支架），碗，大头针若干等。

【教学方法】教师引导下的分析、讨论和学生自主实验

【教学过程】

说明：在理解和掌握本节课的重点、难点的基础上进行该实验。

（1）合理设计实验方案。

真核细胞，主要以动物细胞为例进行研究，主要结构是一团原生质，由它分化出细胞膜、细胞核、细胞质和各种细胞器等。

在实验过程中，动物真核细胞的模型构建材料的选择是，选用琼脂做细胞质，选用各种不同颜色的彩泥捏制成各种细胞器，并在琼脂中予以固定。

（2）课前准备材料。

教师提前摆放好实验工具，准备好实验用的材料（包括彩图和模型）。

（3）细胞器的选择。

根据实验参考数据，细胞器大小的选择要适合，并且在制作过程中各种细胞器大小要按一定比例去选择。

核糖体：选择最小的；

溶酶体：直径0.2～0.8μm；

线粒体：直径0.5～1μm，长度为2～3μm；

中心粒：直径0.2～0.4μm；

细胞核：直径5～10μm。

（4）制作模型：

细胞模型的制作，教师指导学生按照教材中的圖示进行（课本中用彩色已标注各部分结构）。

（5）分组实验：

根据学生实有人数，先进行分组，根据分组情况结合模拟的形式制订本组模拟方案。

（6）模型展示：

根据分组情况，小组成员首先分工准备模拟材料，其次动手制作模型，再将制作的模型以小组为单位进行展示。展示的过程中，要有书面说明。最后小组之间进行评定，通过小组自评、组组互评、教师评价三者相结合的方式进行评定，评选出最佳模型，并评选出最佳模型制作小组和个人，老师在课堂上予以表扬。

【成果展示】（同学们制作的模型如下）

参考文献：

［1］杨冰.高中生物学实验改进和创新策略研究［J］.考试周刊，2020（59）：135136.

［2］王琦.果冻产品发展趋势及相关问题的初探［J］.食品工业科技，2010（4）：7778.

［3］何菊梅.对新课标下高中生物学实验改进策略的研究［J］.学周刊，2016（12）：6061.

［4］张四槐，梁威，杨安华.高中生物学考必备用书［M］.湖南大学出版社，2011.

作者简介：周歧智（1973— ），男，汉族，甘肃永靖人，本科，中小学高级教师，研究方向：高中生物教学与研究。