情境设置在高中生物学实验教学中的应用研究——以“制作和观察根尖细胞有丝分裂临时装片”为例

林建春

(浙江省温州市洞头区第一中学 温州 325700)

真实情境问题具有情境性、动态性、交互性等特征[1]。面对真实情境问题，学生能够查阅相关资料、设计并实施恰当可行的方案，并创造性地运用数学方法分析实验结果，成为了生物学学科核心素养达成的重要标志之一。

对于高中生物学实验教学而言，创设一个真实的情境问题非常重要。在真实情境问题中，教师逐步引导学生进行思考探究、实验操作、数据记录及处理分析等，最终解决真实问题。本文以“制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片”为例，探讨基于真实情境问题的高中生物学实验教学过程，为一线教师提供参考。

1 教材分析

“制作和观察根尖细胞有丝分裂临时装片”是浙科版高中生物学教材(2019年版)必修1第4章第1节“细胞通过分裂增殖”中的实验，教材将该实验定位为定性分析实验。《普通高中生物学课程标准(2017年版)》要求通过观察细胞的有丝分裂帮助学生理解“细胞通过分裂实现增殖”的核心概念，并获得细胞分裂过程中染色体行为变化的感性认识。本实验对加深细胞分裂的理解，提升临时装片的制作及高倍镜观察的技能非常重要，同时也是今后学习减数分裂、染色体变异、遗传信息传递等内容的前提。

2 学情分析

起始点： 进行本实验之前，学生已做过“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验，有了制作简单临时装片的基础，且已经学习了有丝分裂、细胞周期等相关知识，能够根据细胞分裂示意图说出分裂时期及该时期特点。此外，高一学生已掌握Excel软件基本的数据统计、绘图等功能。发展点： 掌握更为复杂的临时装片制作技巧，亲身观察细胞分裂过程中的染色体行为变化，并学会利用Excel软件制作细胞周期图。阻碍点： 临时装片是否制作成功。

3 实验教学目标

针对学生学情以及生物学学科核心素养，制订以下教学目标(图1)。

图1 实验教学目标

4 实验改进

4.1 临时装片制作过程 浙科版生物学教材中临时装片制作过程(图2a)中解离、漂洗所花时间较长，不利于后续实验的观察与分析。

为缩短临时装片制作时间，对制作过程进行改进[2](图2b)，即解离(20%盐酸，六孔点滴板，2 min)→漂洗(清水，六孔点滴板，3 min)→染色(醋酸洋红或龙胆紫溶液，载玻片，1～2 min)→制片。改进后的制作方法显著降低解离、漂洗时间，将原本约需25 min的制作时间缩至10 min以内，利于后续实验观察与分析的开展。

图2 临时装片制作过程(a： 教材中制作方法,b： 改进后制作方法)

4.2 实验分析过程 教材对实验结果的要求是进行定性分析，即观察并辨认洋葱根尖分裂期细胞。将该定性分析实验转变为定量分析实验，有利于学生体验科学研究过程，促成生物学核心素养形成。因此，除进行必要的观察外，需对不同时期细胞进行计数，并利用Excel软件绘制细胞周期图。

5 基于真实情境问题的实验教学过程

5.1 创设真实情境问题，启发学生思考 学生在学习细胞周期、有丝分裂之后，在习题中会遇到流式细胞仪，其原理较为简单，即根据细胞中DNA含量的不同对细胞分别计数，但却无法区别分裂前期、中期、后期的细胞。根据这一特点，创设问题情境，启发学生思考。

情境： 某科研单位欲探究洋葱根尖分生区细胞周期，利用流式细胞仪对分生区细胞进行分析，其结果如图3a所示。

图3 流式细胞仪分析结果(a)与细胞周期示意图(b)

情境问题1： 流式细胞仪能否对不同分裂时期细胞进行计数？

情境问题2： 为获取根尖不同分裂时期细胞数目，你能想到什么方法？

情境问题3： 在问题1与2的基础之上，能否制作图3b中类似的细胞周期图？

通过创设情境以及情境问题的形式，在启发学生思考的基础之上，引出本节实验课的教学内容，即制作临时装片、观察以及计数不同时期细胞、制作细胞周期图。

5.2 问题引导，学生自主学习实验原理 为获得洋葱根尖分生区不同时期细胞所占比例，首先需要制作临时装片。通过5个问题引导学生在阅读教材的基础上，以小组讨论、全班交流的方式，完成对本实验原理的学习。学生交流过程中，教师予以适当指导，并对每个问题的解答予以点评。具体问题如下所示： ①临时装片制作过程可分为哪几步？②临时装片制作过程中，解离、漂洗、染色所用的试剂是什么？分别起什么作用？③控制解离与漂洗的时间至关重要，过长、过短可能出现的后果？④压片过程需要注意哪些事项？⑤如何判断细胞所处的分裂时期？

5.3 学生辨认不同时期细胞，并说出特点 紧接上一环节，教师将课前制作好的洋葱根尖临时装片，利用数码显微镜将观察到的视野投影至大屏幕，请学生分别辨认不同时期细胞，并说出依据。如未能正确辨认，可让学生之间自行进行纠正，并说明理由。在学生进行实验操作之前，将分生区细胞图像展示给学生，是为了给学生一个感性认知，为后续自己寻找、计数不同时期细胞打基础。

5.4 制作、观察临时装片 学生开始采用六孔点滴板制作临时装片。值得注意的是，学生在制作临时装片过程中，教师现场应给予适当指导。临时装片制作结束后，学生进行观察不同时期细胞，可以在高倍镜下直接观察，也可以利用电脑屏幕进行观察。通过互动系统将他们观察到的显微视野投影至大屏幕，供其他小组交流、学习，对于一些典型失败装片(如细胞重叠等)，也可通过互动系统，让学生分析原因，并及时纠正。

5.5 对不同时期细胞进行计数，并制作细胞周期 观察的基础之上，每个小组至少统计3个视野中(合计150～200个细胞)不同时期的细胞数目，并将统计结果填入实验记录表中。接着，将记录表上的结果输入Excel表格中，绘制细胞周期图。通过互动系统将结果投影至大屏幕。教师将班级所有小组所观察到的结果进行汇总统计、分析，并展示给学生(图4)。

图4 细胞周期展示图

6 总结

本节实验课通过创设真实情境问题，启发学生将已学过的知识在真实情境中进行应用，并通过实验进行探究、结果分析，最终解决真实情境问题。由于教材中的实验大多数为定性或验证性实验，在基于真实情境问题探究的实验教学中，往往需要教师对实验进行改进与创新。本实验通过优化解离与漂洗过程，并采用六孔点滴板法制作临时装片，显著缩短临时装片制作时间，为后续细胞计数、制作细胞周期预留了足够多的时间。其次，将定性实验转变为定量实验，有利于学生体验科学研究过程，促进学科核心素养形成。