高中生物实验教学中的能力培养
生物学是一门实验性科学。对高中学生来说,生物实验教学主要包括常见的仪器、器具、药品的使用能力,还有对实验程序的理解能力,对实验结果的分析能力,对实验中出现的异常情况的处理能力等。
一、让学生明确仪器的原理和药品的特性,是培养学生使用它们的能力的基础
“知其然,应该知其所以然”。对仪器的原理、药品的特性不了解,使用起来就会带有盲目性,就不可能形成使用能力。例如,学生对低倍镜和高倍镜的选择上,经常不能根据观察对象的特点和观察目的进行合理的选择来使用,学生常常由于好奇心的驱使和对低倍镜、高倍镜特点的无知,总是一上来就用高倍镜,认为高倍镜总比低倍镜观察清楚。这种盲目性,是由于学生不了解显微镜的基本原理,不了解高倍镜放大倍数大,分辨率高,但所看到的实际面积小,即视野小。而且倍数越高,看到材料的厚度就越薄,高倍镜适宜观察局部和细节。低倍镜所看到的面积大,适宜观察材料的整体结构,以及寻找观察目标。只要学生了解了这些基本原理,才能正确选用低、高倍镜。由低倍镜换高倍镜时,如果图像不太清晰,只需调节细准焦螺旋,就可以看清图象了。至此学生只有了解了上述的基本原理和操作方法,才能正确使用高倍镜。另外,如果镜中有污染的花斑或异物,就会影响对微细结构的观察,清除花斑或异物,也是形成使用能力的一个方面。清除污染物,首先应确定污染物在目镜、物镜还是装片(或切片)上。因此应让学生了解目镜在镜筒上可用手做圆周转动,装片(或切片)在载物台上可用手向任意一个方向移动或用移动器上下左右移动,如污染物在装片(或切片)上,移动装片(切片),污染物则随之移动而反方向移动,否则,污染物就在物镜上。在清除直镜筒的显微镜目镜和物镜上的污染物时,还应让学生了解先后顺序,应先摘下物镜,然后再摘下目镜,试擦完毕装上时,则应先装目镜后装物镜,因为这样可以防止因摘装目镜时与镜筒摩擦下来的尘渣沿镜筒落入物镜的内部。
在明确学生实验中药品的使用能力方面:例如,在观察植物细胞的有丝分裂实验中,应让学生了解龙胆紫或洋红是与染色体结合的碱性染料,碱性染料是指有色离子是阳离子的染料,而不是染液的pH呈碱性。这样就引出了一个问题,醋酸起什么作用?应让学生了解2 %醋酸是染料的溶剂,在染色时增加了细胞的通透性,而不引起细胞膨胀,利于染液的离子进入细胞而使细胞核内的染色体着色。在观察根对矿质元素离子的交换吸附现象时,要让学生了解自来水中有许多阳离子,可以将已交换吸附在根细胞表面的亚甲基蓝阳离子交换下来,使蓝色的根变浅,而影响实验效果,从而使学生明确为什么用蒸馏水冲洗根上的浮色,并且知道整个过程中所用的蒸馏水不能被污染。在提取叶绿体色素中,要让学生了解叶绿体色素是有机物,可以溶于有机溶剂。了解在叶绿素中的Mg易被叶子的细胞液内的有些有机酸的H取代而转变成去Mg 的叶绿素,影响对色素的观察,从而使学生明确为什么要用丙酮作提取剂,为什么一定不要让层析液没及滤纸上的滤液细线,为什么在研磨前要加入碱性盐——少量的碳酸钙。当然,也只是在这个基础上学生才能灵活地运用它。
总而言之,教师要善于把实验仪器及药品性质、使用原理讲清,这对提高学生使用它们的能力大有好处。
二、培养学生善于分析实验程序
一个较为复杂的实验过程是设计人员长期辛勤劳动的结晶,它往往是经过几十次甚至上百次的反复摸索。所以,学生实验中,不能单纯地用实验指导进行“按方抓药”出现结果就行了。而要指导学生去分析实验中每一步骤的作用,每一个处理意义以及各步骤之间的联系,从中学习解决问题、研究事物的方法。例如,在观察植物细胞有丝分裂实验过程中,大致为:培养→10%HCI解离→漂洗→染色→压片。 要让学生了解根尖放在10%HCI溶液中是为了溶解细胞间的果胶质, 使根尖细胞间变得松散,便于压片,否则根尖细胞很难压散,不利在镜下观察。另外,通过10%HCI的处理,使细胞迅速死亡, 让细胞分别保留各自的分裂状态。漂洗是为了冲洗解离液(10%HCI),否则影响染色效果。 又如用龙胆紫或醋酸洋红溶液染色的目的是,这两种染料易使细胞核内的染色体着色,从而增大细胞核与周围部分的反差,便于观察染色体分布和变化,压片的目的是使细胞分散开,变成单层,否则光线无法透过会影响观察。加清水是起润滑剂和利于细胞分散的作用,压片时,在盖玻片上再加一片载玻片的目的是防止手指与盖玻片直接触压,会将极薄的盖玻片压碎(在镜下观察前应将载玻片取下,并注意不要让盖玻片移位)。在叶绿体中色素的提取和分离实验中,制备滤纸条时,应让学生了解将滤纸剪成长10厘米是因为胡萝卜素在纸条上扩散的距离约为9 厘米左右;宽1厘米是利于划出齐而均匀的滤液细线, 去两角为了使层析液在纸条上扩散速度均衡,后两者都是为了扩散出四条平行的色带。在距去两角的一端1厘米处用铅笔画一横线, 目的是为划滤液细线提供参照线并且防止层析时在盛有3毫升层析液的烧杯(100毫升)中,滤液细线被层析液没及。划滤细线时还应让学生知道干燥后重复划2—3次,是为了增加色素的分子数,以便在纸条上走出四条明显的色素带来。如果在不干燥的情况下连续划线,色素会随滤液中的液体(如丙酮)在纸条上的扩散而扩散,划出的滤液细线较宽,其结果是相邻的两条色带会发生部分重叠。因此,在实验中,应根据学生程度和涉及原理的难易不同,由教师讲清或提出问题让学生思考,使学生既知道实验应怎么做,也知道为什么这样做。
三、培养学生善于分析实验现象
在实验中,经常存在着对实验最后结果的记录,而轻视对实验过程中间出现某些现象的记录,重视结果而不重视分析结果,重视对成功实验的肯定,而不重视对实验中的失败查找原因等现象。这不利于学生实验能力的提高。例如,在观察植物有丝分裂的实验中,在显微镜的某个视野中,要让学生了解为什么看到的细胞多数为间期的细胞。在质壁分离和复原的实验中要让学生了解液泡的体积大小、颜色变化如何。在叶绿体中色素提取和分离实验中四种色素彼此分离的原理是什么,这一原理单靠高中教科书中的知识还不够,应让学生了解滤纸是一种吸附剂,层析液是一种展开剂,四种色素的化学结构和性质不同,它们在滤纸上吸附能力不同,在层析液中(展开剂)溶解度不同,因此,四种色素随着层析液在滤纸条上的扩散速度就不同,胡萝卜素溶解度大而吸附力小,扩散速度快,叶绿素b溶解度小而吸附力大,扩散速度则慢。
在实验中,因某种原因,个别学生的实验结果不明显或失败,老师应指导学生查找原因。如叶绿体中色素提取和分离的实验结果四条色素带部分或全部不明显,老师可提示:(1)是否丙酮用量过多, 滤液太稀;(2)是否用的新鲜叶,是否用的全部是幼嫩的叶;(3)划滤液细线时是否重复的次数少了一些;(4 )层析时滤纸条上的滤液细线是否被层析液没及过。在质壁分离和复原的实验中,有的学生很快就观察到质壁分离和复原现象。但有的学生虽然在步骤方法上都按要求进行了,但没有发现质壁分离现象,教师应启发学生寻找原因:取下的表皮是否是死亡的角质层细胞?是否由于未用蔗糖溶液浸泡材料?是否蔗糖溶液被原清水稀释而造成浓度不够?是否视野太亮,反差度小而未能看清?还有的学生虽然质壁分离了却不能复原,教师也询问一下,是否蔗糖溶液浓度自行加高了?是否质壁分离时间太久而造成细胞死亡?
总之,在生物教学过程中,教师应加强对学生的能力的培养,定会事半功倍,全面提高教学质量。
