高中生物学连续性探究实验设计分析

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摘要：生物学实验能否全面有效地发挥其功能，实验的设计是关键。以种子、叶或块茎为材料来设计连续性实验，材料都来源于学生熟悉的日常生活，操作简便，能较好地贯彻科学探究的思想。

关键词：探究实验；连续性设计；科学探究；高中生物学

本文选择几种常见的农作物为实验材料，进行连续性实验设计，可有效培养和发展学生的学科核心素养。在实验过程中还能增加学生与农作物相关的知识，增进学生的认知和情感［1］。

1以小麦、玉米及大豆种子为材料的连续性实验

可开展如下15个实验:①种子形态结构的观察将种子浸泡24h，观察处于吸胀状态的种子形态，用刀从大豆种子的种脊位置把种皮割开，剥掉种皮，观察子叶、胚芽、胚根及胚轴;用刀片沿着小麦和玉米种子的纵沟切为两半，借助放大镜或解剖镜观察，分辨果皮与种皮、胚和胚乳几部分结构。②种子中蛋白质的检测将浸泡好的大豆种子进行研磨，取2mL研磨液倒入试管中，加入1mL0．1g/mL的NaOH溶液，摇匀，再加4滴0．01g/mL的CuSO4溶液，摇匀。观察试管中溶液颜色的变化。③种子发芽率的快速测定(TTC法)将吸胀状态的小麦或玉米种子用刀片纵切，取一半放入大培养皿中，向培养皿中加0．5%TTC(氯化三苯四氮唑)溶液，放置在30℃恒温箱中0．5—1h，种胚红色的是活种子。④测定萌发种子呼吸强度检测装置可以参考有关教材插图，取刚刚萌芽的小麦、玉米或大豆种子，用纱布包好，悬挂在广口瓶塞的弯钩上，相同时间小烧杯中玻璃管内水位上升的高度，可代表种子呼吸作用的强弱。⑤检测萌发种子中淀粉酶取已萌发和吸胀状态的小麦种子分别研磨，用研磨液的上清分别在玻璃皿内含淀粉的琼脂平板上绘一字样，置于25℃温箱20—30min，用稀释的I－KI溶液浸泡平板，观察2个玻璃皿中字样的位置上琼脂被染成蓝色的程度。⑥幼苗结构及其形成过程观察将浸泡好的小麦、大豆和玉米种子种在蛭石中培养生长。在每天的同一时间观察其萌发的状态并记录每种种子的生长情况。⑦根尖生长部位的探究性实验取6粒处于吸胀状态的大豆种子，将种子固定在滤纸上，培养发芽。等幼根约2cm时，将2幼根在距根尖1cm处切断;其余4根在距根尖2．5mm处向上每隔1mm划线直到距根尖1cm处，将其中2根距根尖5mm处切断。继续培养2—3d，观察幼根的生长情况，并测量根的长度及划线之间的距离。⑧观察植物种子的向性运动向光性运动:将小麦种子播种于湿沙中，培养到胚芽鞘1—2cm时，在几株幼苗的胚芽鞘上套锡纸套，将小苗置于开有一孔的光照箱中，使光线从孔射入，照在幼苗上。经过1—2d后，观察小苗的胚芽鞘是否产生向光性弯曲;向水性运动:将大豆种子播种到玻璃培养缸湿沙中，贴近玻璃壁播种，在离种子一定距离处埋下一个底有破洞的试管，待种子发芽根部长出2—3cm时，就不再往培养缸内洒水，而往试管中加水，保证试管下方的土是湿润的，注意幼苗根的生长方向。⑨生长素类似物对根芽生长的不同影响取刚萌发露白点的小麦幼苗，放置在盛有10ppm、10－1ppm、10－3ppm、10－5ppm的萘乙酸(生长素类似物)及蒸馏水的培养皿中滤纸片上，等3—5d后，测量种子根和芽的长度。⑩细胞分裂素类似物(6－BA)对幼苗生长的调节取高约3cm的小麦幼苗，在离幼苗顶端1．3cm切下，放置在盛有蒸馏水和20mg/L6－BA溶液的培养皿中的滤纸上，培养3d，观察小麦幼苗的状态，测量小麦幼苗的长度。瑏瑡环境因子对植物吐水的影响在盆钵中种植小麦、玉米种子，幼苗长出后，用玻璃钟罩罩住盆钵。植株的叶片开始吐水时，吸去水滴，再盖上钟罩，记录水滴形成的时间;将盆钵放在盛有冰水的容器中，吸去水滴，再盖上钟罩，记录水滴形成的时间。瑏瑢印迹法观察表皮细胞和气孔用指甲油涂抹小麦苗、玉米苗及大豆苗叶片，指甲油干燥后，掀起油膜制成装片，在显微镜下观察叶片表皮细胞、气孔及保卫细胞形态。瑏瑣幼苗光合作用速率的测定实验装置可参考有关教材插图，将幼苗放入带塞的大玻璃瓶中，在弯曲的玻璃管加有色液滴，在小烧杯中放NaHCO3溶液。装置放在适宜的光强下，观察有色液滴的移动。瑏瑤光对幼苗光合作用的影响将小麦苗、玉米苗及大豆苗放在暗处培养24h，用黑色遮光纸及各色玻璃纸小块将一段幼苗的叶片上下都包裹住，在光下培养4—5h。剪下叶片，脱色后，碘液染色，观察叶片的染色情况。瑏瑥幼苗茎横切面显微镜观察用刀片从中间纵向掰断，并列对齐刀刃，用胶带在外侧粘贴2刀片，捏住刀片，在小麦苗、玉米苗及大豆苗茎的位置切下，将切片制成装片，在显微镜下观察。这个办法也可以观察根和叶的横切面。

2以菠菜和洋葱为材料的连续性实验

可开展如下12个实验:①叶片细胞叶绿体和线粒体的观察用镊子撕下一块菠菜叶片的下表皮，制成装片，在显微镜下找到叶绿体并观察。如果观察线粒体，则将表皮铺在载玻片上，滴加健那绿B，盖上盖玻片，放置在显微镜下观察。健那绿B用前要过滤，染色时间加长效果较好。②色素提取和分离及理化性质鉴定将菠菜叶片进行研磨，用纸层析法将研磨液中不同的色素分离;将研磨液放入1支玻璃试管中，用一束白光照射试管，在反射光的一侧观察荧光现象，在透射光位置放1个三棱镜，可以探索色素对光的吸收情况［2］。还可以进行铜代反应和皂化反应等实验。③环境因素对光合作用强度的影响用打孔器在菠菜叶片取下小圆片，用注射器抽出圆形叶片内的空气，再将叶片放到不同的环境下，可以探索到不同光照强度及二氧化碳浓度对光合作用的影响［3］。④叶片气孔密度和面积的测定用镊子撕下1小块菠菜叶片的上表皮制成装片，在显微镜下观察，数视野中气孔的数目，测量该物镜的显微视野的直径，计算视野下的叶片面积，计算气孔的平均数/视野面积，就是气孔的分布密度。借助mm方格纸画出气孔图，根据显微镜的放大倍数，求出气孔的实际面积。⑤离子对气孔开度的影响用镊子撕取菠菜叶片表皮若干块，放入装有0．5%KNO3、0．5%NaNO3溶液及蒸馏水的培养皿中，置于25℃温箱放5min，再光照30min，制成装片，在显微镜下观察表皮上气孔的开度。⑥植物组织含水量的测定将菠菜叶片称重，在烘箱中烘干叶片中的水分再称重，计算叶片中蒸发掉的水分，除以叶片的鲜重，就得到含水量。如果将叶片在清水中浸泡到饱和状态再称重，烘干后再称重，也可以得到相对的含水量。⑦细胞与细胞核大小关系用镊子撕下洋葱的内表皮，制成装片。用醋酸洋红染色2min，在显微镜下观察细胞核。取洋葱不同层的鳞叶，按照上述的方法处理，观察细胞的大小与细胞核大小之间的关系。⑧植物细胞的吸水和失水撕取洋葱鳞片的外表皮，叶肉面向上铺在载玻片上，盖上盖玻片，使表皮浸在0．3g/mL蔗糖溶液中，显微镜下观察细胞是否发生质壁分离。如果配制不同浓度的蔗糖溶液，观察能引起质壁分离最小浓度和不能引起质壁分离的最大浓度，根据公式就能计算出组织的渗透势。⑨DNA的粗提取将洋葱鳞叶放在研钵中研磨，研钵中加洗涤剂稀释液、食盐和蒸馏水。研磨液过滤后，加入等量的无水乙醇，用玻璃棒轻轻地朝一个方向搅拌，白色的絮状物就是DNA，可用甲基绿鉴定。⑩DNA和RNA在细胞内分布撕下洋葱内表皮平铺于载玻片上，在洋葱表皮上滴加甲基绿－派洛宁(吡罗红B)，染色4—5min。制成装片，在显微镜下观察。瑏瑡细胞骨架的染色与观察撕下洋葱的内表皮，浸泡在戊二醇中固定，然后在TritonX－100抽提液中浸泡15min，用考马斯亮蓝R－250染色，制成装片，在显微镜下观察。瑏瑢分生组织细胞的有丝分裂洋葱泡在清水中诱导生根后，在分生组织分裂旺盛的时间段将根尖剪下，经过固定、解离和染色等步骤后，压片观察。可以观察到细胞有丝分裂的各个时相。如生根后放在秋水仙素溶液中培养，待根尖膨大后再剪下，经过上述处理后，可以观察到加倍的染色体。

3以马铃薯为材料的连续性实验

可开展如下6个实验:①马铃薯的种植将马铃薯块茎切块，每个切块至少含有1个芽眼，将切块放在花盆中，盖土，适量浇水，就可以观察马铃薯的生长过程。收获的块茎还可用于以下的实验。②马铃薯块茎周皮的观察用刀切取带周皮的小块，做徒手横切片，制成装片，在显微镜下观察。③检测生物组织中的淀粉将马铃薯块研磨，取2mL研磨液倒入试管中，滴加3滴碘液，观察溶液颜色;也可徒手切取马铃薯切片，放在载玻片上，碘液染色，制成装片，在显微镜下观察。④过氧化物酶活性的测定将马铃薯块研磨，取滤液倒入1支试管内，再向试管中加入2mL过氧化氢溶液;另1支试管不加研磨液，只加过氧化氢溶液作为对照。将点燃的卫生香放入2支试管内液面的上方，观察试管中的卫生香燃烧情况。⑤块茎的吸水和失水状况用打孔器在马铃薯上打孔，取出3条马铃薯条。1条用保鲜膜包裹，1条放入清水，1条放入蔗糖溶液，打孔后的马铃薯也用保鲜膜包裹。12h后将3条马铃薯条放回之前的孔中，观察马铃薯条是否发生了吸水或失水的现象。⑥马铃薯块茎的茎尖培养在实体显微镜下制备带有2个叶原基的生长点，将茎尖生长点放在MS培养基中滤纸桥的凹陷部位，将试管放到无菌培养室中培养。长出苗后移植到花盆中。

参考文献

［1］张俊列．普通高中课程结构改革的问题与对策［J］．课程•教材•教法，2013，33(3):17－23．

［2］廖红芳．“绿叶中色素的提取和分离”实验改进与教学设计［J］．生物学教学，2019，44(2):50－51．

［3］王菁．“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验教学设计［J］．生物学教学，2018，43(8):63－64．

作者：孟安华 王秀莉 单位： 东北师范大学教育学部