生物学实验教学策略分析

崔昕昕，冯晨光*，蔡 晶

（西北工业大学 陕西 西安 710129）

实验是生物学教学的重要组成部分。在高校生物学实验教学中，教师应立足实验教学的整体角度开展实验教学设计。本次研究以生物学专业的“细胞生物学”课程实验教学为主要内容。教师根据本次实验课的实验——“细胞骨架的分布与观察”，明确目标，灵活采用情境教学法、问题教学法等不同的手段，加强对学生思维的引导。同时，科学设计生物学实验探究活动，凸显实验学习的观察性、开放性、探究性，体现学科特点，支持学生学习与发展[1]。

1 生物学实验教学活动

1.1 教学内容

“细胞骨架的分布与观察”是高校生物学专业“细胞生物学”课程的主要教学实验。本次实验教学，主要是让学生通过观察参与实验探究，让学生发挥主体作用，自主设计“细胞骨架的分布与观察”实验，通过观察、标记等方法，了解细胞骨架分布、骨细胞定位因素等生物学概念，掌握更多的实验操作与探究方法。

1.2 教学目标

①能够根据以往生物学知识储备、实验学习经验，自主设计细胞骨架的分布与观察实验，小组协作完成实验现象观察、实验讨论交流、实验探究，获得实验结果。②利用不同的方法观察人宫颈癌HeLa 细胞，发现细胞中微管的分布情况，包括：免疫荧光标记法、鬼笔环肽标记法。③能够通过实验，归纳出细胞骨架分布与定位的影响因素，自主归纳整理学科知识。④能够在实验探究中做出创新性实验设计与行为，发展创新意识，感受学术的严谨性与科学性[2]。

1.3 生物学实验教学活动的设计思路

本次生物学实验教学，共分为8 个学时，包含2 个基础性实验板块，均在课堂上完成。每周完成一个板块，两周完成两个基础实验板块（免疫荧光标记法观察细胞中的微管分布实验、利用鬼笔环肽标记法的细胞微丝分布观察实验）。之后以半开放的形式在课下进行拓展性实验板块，让学生根据教师提供的思路设计实验方案，教师利用线上平台及时获取学生的作业反馈，给出点评，适当给予指导。再之后，在课下以半开放的形式完成创新性实验板块，充分发挥学生的学习主体性，让学生自行查阅资料及相关文献，设计大鼠C6 成纤维细胞骨架的观察实验，学生在课后以小组的形式完成实验设计与操作，做好实验记录，分析与交流实验结果，形成研究性报告。

1.4 生物学实验教学片段

考虑到本次实验教学活动的整个周期较长，且设计了两个课下半开放自主探究实验，学生课下实验探究活动的整理难度过大，因此，本文中仅呈现“细胞骨架的分布与观察”课堂实验教学的部分片段，作为生物学实验教学的参考。

学生首先领取本次实验所需要的材料，爬片细胞、常规试剂、抗体、鬼笔环肽药品、细胞培养箱、生物安全柜、荧光显微镜等。教师为学生布置任务：观察细胞骨架的分布情况，要求学生思考问题：“根据细胞骨架观察，你们认为应当选择什么类型的实验？”学生们纷纷表示应当选择观察类实验。之后，教师对学生的回答表示肯定，并且提出问题：“回忆过去我们开展的观察类生物实验，我们一般采用什么方法设计实验、对目标物进行观察？”在教师的引导下，学生联想到了免疫荧光标记法与鬼笔环肽标记法。教师顺势提出任务，要求学生分别说说这两种方法的特点、分析二者的差异与相似之处。

各学生小组讨论，得出结论：①细胞的神经纤维末梢具有吸收性，可以吸收荧光化合物、荧光染料，将其运输到细胞体内。②免疫荧光标记法就是利用了细胞神经末梢的这个原理，在细胞内建立荧光标记。③免疫荧光标记法的仪器与材料主要是待偶联抗体、碳酸氢钠缓冲液、庵氰酸荧光素、电磁搅拌器等。④鬼笔环肽标记法是利用鬼笔环肽药品，在细胞内形成微细结构建立标记的方法，我们之前使用这种方法观察过洋葱鳞茎的内部结构。

教师继续安排学生以小组为单位开展实验，要求：选择免疫荧光标记法或者鬼笔环肽标记法，设计细胞骨架的分布与观察实验。设计意图：教师为了最大程度上发挥学生的主体性，强化学生的探究体验，没有直接提出基础实验I 的要求，而是将基础实验I 与基础实验II 同时呈现给学生，让学生自主选择方法，设计实验。这样做的好处是能够让学生全过程“自主”参与实验的设计与探究，同时加深学生对观察方法的理解，也便于下一节课让学生利用另外一种方法设计实验，对两节课的观察实验进行对比分析。各学生小组纷纷按照教师的要求，选择了利用免疫荧光标记法/鬼笔环肽标记法作为实验观察手段，根据不同观察手段的特点，设计细胞中微观的分布观察实验。

某小组设计了“利用免疫荧光标记法的细胞微管分布观察”实验，根据资料厘清实验思路，设计实验方案：利用PBS 溶液冲洗细胞切片，采用固定—通透法进行预处理，采用孵育法发育细胞，利用两组细胞进行对比观察。学生利用领取的实验器材开展实验操作，具体过程为：①使用PBS 溶液冲洗细胞，冲洗3 次；②利用多聚甲醛对细胞进行固定，持续20min；③继续使用PBS溶液冲洗3 次；④利用Triton X-100 设备，通透细胞5min；⑤再次利用PBS 溶液对细胞进行3 次冲洗；⑥对实验组的细胞样品，以微管蛋白抗体37℃进行孵育，持续30min；对对照组的细胞样品，采用PBS37℃进行孵育，持续30min；⑦使用PBS 溶液对细胞样品进行避光漂洗3 次；⑧对两组细胞样品，二抗37℃孵育，持续30min；⑨第四次使用PBS 溶液冲洗3次；⑩利用荧光显微镜对两组细胞样品进行观察。

在实验操作与研究的过程中，学生认真观察实验中细胞样品的微管分布情况，同时详细记录实验过程、细胞样品的具体变化，形成观察实验研究报告。在学生设计与操作实验的过程中，教师时刻关注各学生小组的实验探究情况，适当为各学生小组提供提示，引导学生小组观察细胞微细的结构、分布，思考荧光淬灭的客观影响因素等，让学生通过实验探究进一步了解细胞微管的分布特征，掌握细胞微细结构的观察与实验操作方法。

2 基于案例提出生物学实验的有效教学策略

本次生物学实验教学中，教师开堂就抛出了充满学术气息的问题，且为学生提供了充足的实验材料，让学生们根据已有认知与经验自主设计与操作实验。在本节课中，教师借鉴“情境创设”“问题驱动”等教学思想，以创设过往研究情境、提出思考问题等方法引导学生思考与探究，让学生在设计、观察实验的过程中验证自己的观点、得出新的结论，以便于学生掌握观察实验的操作方法，发展学生的实验创新能力、学术探究思维及科学精神[3]。回顾这次实验教学活动，归纳出如下教学策略。

2.1 适度使用预实验

预实验是一种生物学实验教学手段。通过开展预实验，教师可以提前掌握本次实验教学的流程，更精准地把握实验教学关键点。在“细胞骨架的分布与观察”实验教学中，教师开展了预实验，从而为学生提供更具体的实验方法选择范围[4]。通过开展预实验，学生发现了不同标记实验法之间的差异，在之后的课堂教学中教师引导学生对比两种方法的观察实验差异，促使学生更深入地了解这两种方法的原理与优势特点，进一步提高学生的综合实验能力。

2.2 以问题引导学生自主设计实验

教材中的实验，大多是为学生提供实验思路、实验启发，而教师需要根据学生的学习能力与思维发展水平，做好实验教学规划，引导学生精心设计实验。实验设计的本质，是学生应用实验理论、生物学知识制订实验方案，是学生探究思维显化的过程，也是发展学生创造性思维、科学思维的重要途径。实验设计的关键，在于发展学生的批判性思维[5]。在生物学实验教学中，教师可以从学生角度出发，提出学生较为熟悉的问题，引导学生设计实验，并且根据实验过程提出问题。“细胞骨架的分布与观察”这节实验教学课中，教师就从不同实验方法的角度入手，提出问题，让学生在思考的过程中自然选择自己感兴趣的方法，完成实验设计，确定实验的操作方向。

2.3 营造生活化的趣味性实验情境

学术化情境是一种基于学术研究场景所创设的情境。教师应尽可能丰富学生的主观体验，让学生主动参与实验设计与操作。因此，教师可以从学生的日常学习、学术研究等角度入手，以学生以往的学术研究经历作为素材，创设情境，这样一来，学生会对本节课的课程知识、实验方向感到熟悉，并形成强烈的主观感受。在实验过程中，教师可以根据实验教学内容与学生的情况，灵活采用多种方法创设实验情境。在本次呈现的“细胞骨架的分布与观察”实验教学中，教师采用的是基于学生过往生物学实验经历创设的情境，让学生根据生物学学习中亲身经历的研究、实验活动进行思考，回答问题。除此之外，教师还可以从社会热点事件创设情境，或者结合生活实例创设情境[6]。现代社会中的生物基因、细胞移植、太空植物、内陆仿真海洋、疫苗研发等均与生物学密切关联，教师可以引入这些社会热点话题，以真实发生的社会事件为背景，创设情境，引起学生对社会热点问题的思考，让学生就此发出疑问，设计实验，自然地参与实验探究与讨论。

3 结语

本次开展的生物学实验教学活动，旨在让学生们通过实验更全面、深刻地理解细胞的元素构成，发展学生的科学思维与宏微观思维，提升学生的生物学学习能力。在今后的生物学实验教学中，教师应当根据课程内容选择合适的实验作为教学素材，根据学生的实际情况精心设计生物学实验，或者利用学术问题发散学生的思维。在课堂的实验教学中，教师可以利用创设情境、提出问题等方法，引导学生观察实验，结合实验数据与现象进行综合分析，支持学生自主探究，促使学生在实验探索的过程中获取生物学知识，逐步提升思维能力与实验能力。