高中生物學實驗創新案例

摘?要：“建構植物細胞三維結構模型”的實驗，通過三維建模使學生直觀地理解植物細胞的結構，進而熟悉細胞的特性。通過這種全新的實驗教學，一方面使學生對實驗結果有一個清晰的認識，另一方面使學生感受到學習生物沒有想象中的那么難，從而提高了高中生物課堂教學效果。

關鍵詞：實驗；模型；水果果凍

一、本課題實驗在教材中的重要性

對于細胞，截至目前，沒有一個固定的定義，但大家共同的一個看法是：細胞體形極微，在顯微鏡下方能窺見，形狀多種多樣，主要由細胞核與細胞質構成，表面有細胞膜。它是所有生物的基本元素，是生活體機體結構和功能的最基本單位，所以對細胞的理解，細胞生物實驗是最好的選擇。

“建構植物細胞三維結構模型”的實驗，可通過三維建模的使用，使學生直觀地理解植物細胞的結構，進而熟悉細胞的特性。如果只對細胞的結構和功能進行簡單的介紹，學生因為沒有觀察過實物，缺乏直觀形象的影響，就難以理解。通過本次實驗，給學生形成直觀形象的影響，培養了學生動手操作的能力，提高了課堂教學效果。

二、本課題實驗需要改進之處

課本原創實驗是用泡沫塑料、木塊、紙板、紙片塑料袋、布、細繩、細鐵絲、大頭針等作為實驗材料。在實驗中，使用這些材料建構模型時存在這樣一些缺陷，需要進一步改進和完善。具體表現在：第一，操作困難。實驗進行期間，根據以往經驗用泡沫塑料作為構建模型主題材料時，切除一個平面時還好操作，如果上面挖出一個表面比較光滑的凹穴操作起來非常困難，即使挖出來了一個凹穴，但凹面也不光滑，萬一碰到或不小心，真個模型就會遭到破壞，進而無法使用；第二，缺乏立體感。即使成功地挖出凹穴，然后把所有的結構擺上去，這樣所有的結構顯得都在一個面上，整個模型的立體感不強，這不是真正意義上的三維結構模型。第三，缺少細胞基質。按課本所給材料建構的模型操作時，缺少了細胞中很重要的一個成分，即缺少細胞質基質。

三、本課題實驗在教學中的改進辦法和創新措施

（一）改進辦法

新的課程課標和教學大綱在實驗方面對我們的要求是著重培養學生創新意識和創造能力。根據新課標的要求，筆者進行了這樣一種設計，上課前不提有關課本知識的內容，只說制作一種“水果果凍”，這樣一下子就可以調動學生們的積極性，學生們很快制作起來，學習熱情非常高漲。然后按照實驗步驟教同學們進行水果果凍的制作，制作完成后啟發同學們制作的果凍跟最近學習過的哪一種物體結構相似。學生們爭先恐后地回答植物細胞。然后采取小組討論的方式找出果凍中對應的細胞結構，其中橙子的果皮就是建構細胞的主體，外果皮代表細胞壁，內果皮代表細胞膜，草莓代表細胞核，上面的種子代表核孔，荔枝代表液泡，黃瓜切片代表高爾基體，內果皮絲代表內質網，用食用色素染色過的小米代表核糖體數量多一點。通過這種全新的實驗教學，提高了學生的觀察能力、探究能力和創新能力，為我們的生物課堂增添了無限的樂趣。

（二）創新措施

首先，筆者用天然存在的果實的果皮（例如橙子）代替泡沫塑料等實驗材料，這樣操作起來比較簡單，也比較容易成功；其次，改用瓊脂分層填充的方法，實驗結果表明，不僅瓊脂很好地充當了細胞質基質，分層填充的效果使所有結構具有較強的立體結構，真正地具有三維結構，而且使用的所有材料都是環保的，不會存在環境污染的問題。

四、本課題實驗的目標

（1）真核細胞三維結構模型的制作方法探究；

（2）建構模型制作過程的領悟。

五、實驗材料

實驗材料主要有瓊脂粉、橙子、草莓、荔枝、黃瓜、綠豆、大豆、小米、燒杯、酒精燈、三腳架、鑷子、刀片等。

六、實驗操作步驟

（1）用天平量取瓊脂粉9g，加水200ml，加熱溶解（用開水也行）待用。

（2）取一個橙子，從中間慢慢切開（小心手指），小心挖出果肉（同學們可以分享），留下果皮（要完好）待用。

（3）將溶好的瓊脂慢慢倒入果皮中至三分之一處，放入草莓（切去少許立體感更強）、荔枝（要剝掉外表皮，果肉要完整）。

（4）再加入少量瓊脂，要均勻平整至果皮二分之一處，放入橙子內果皮絲，加入一定數量用食用色素染色了的小米，再放入一定造型的黃瓜表皮。

（5）之后再加入少量瓊脂至果皮三分之二處，放入幾粒綠豆代表葉綠體，再放入一定數量大豆，注意在制作時要注意各細胞器的大小和數量。

（6）最后再加瓊脂至果皮切面水平，冷卻，模型建構完成。

七、實驗創新點

（1）用水果和種子進行建構，綠色環保。生活中的一些水果和種子的表觀結構跟細胞中的結構表面相似，比如，草莓可以很好地充當細胞核，它上面存在的種子就是天然的核孔，還有橙子的果皮，黃色的外表皮就是天然的細胞壁，白色的內表皮可以很好地充當細胞膜。同時所有的材料都是綠色環保的，不會造成環境污染。

（2）利用瓊脂分層填充，凸顯三維結構。瓊脂既很好地充當了細胞質基質，分層填充的效果又使所有結構具有較強的立體感，真正地具有三維結構。

八、實驗的不足與改進

在具體做實驗時發現了一些不足和改進的地方。

（1）試驗中用瓊脂作為凝固劑，存在透明度較差的問題，影響實驗結果的觀察。針對這個問題，可以改用食用凝膠作為凝固劑，提高透明度。

（2）本實驗中利用橙子皮代表細胞壁及細胞膜，由于體積小，操作比較困難?？梢赃x擇體積較大的柚子皮來代表細胞壁及細胞膜，這樣體積較大，操作難度大量下降。

（3）用橙子內果皮絲代表內質網，因為橙子內果皮絲的顏色較淡，與瓊脂的顏色接近，不易觀察。橙子內果皮絲還存在易斷裂等問題，提高了實驗難度?？梢愿挠冒l菜代替，發菜的顏色較深，而且有一定的韌性。

九、實驗結果展示

十、創新實驗

“嘗試用水果果凍制作植物細胞模型”的補充——嘗試用其他材料制作植物細胞模型。

本節課的核心素養是：

（一）科學思維

（1）提高學生對細胞器的結構、功能的理解掌握。

（2）嘗試制作真核細胞的三維結構模型。

（二）科學探究

（1）提高對細胞器的亞顯微結構模式圖的識別能力。

（2）培養學生的實踐能力、動手能力和創新能力等多種能力。

（三）生命觀念和社會責任

（1）激發學生評判性思維，豐富學生知識，提升學生語言組織能力。

（2）培養學生合作學習的意識和溝通交流能力，增進學生的友誼。

（3）提高學生對本學科的學習興趣，獲得成功后的滿足感和自豪感。

【教學重點】真核細胞的三維結構模型制作。

【教學難點】細胞器的功能和細胞器之間的相互關系的理解。

【教學資源】

實驗材料：瓊脂、彩色泥等。

實驗用具：1000mL的燒杯，玻璃棒，酒精燈（包括石棉網、三腳支架），碗，大頭針若干等。

【教學方法】教師引導下的分析、討論和學生自主實驗

【教學過程】

說明：在理解和掌握本節課的重點、難點的基礎上進行該實驗。

（1）合理設計實驗方案。

真核細胞，主要以動物細胞為例進行研究，主要結構是一團原生質，由它分化出細胞膜、細胞核、細胞質和各種細胞器等。

在實驗過程中，動物真核細胞的模型構建材料的選擇是，選用瓊脂做細胞質，選用各種不同顏色的彩泥捏制成各種細胞器，并在瓊脂中予以固定。

（2）課前準備材料。

教師提前擺放好實驗工具，準備好實驗用的材料（包括彩圖和模型）。

（3）細胞器的選擇。

根據實驗參考數據，細胞器大小的選擇要適合，并且在制作過程中各種細胞器大小要按一定比例去選擇。

核糖體：選擇最小的；

溶酶體：直徑0.2～0.8μm；

線粒體：直徑0.5～1μm，長度為2～3μm；

中心粒：直徑0.2～0.4μm；

細胞核：直徑5～10μm。

（4）制作模型：

細胞模型的制作，教師指導學生按照教材中的圖示進行（課本中用彩色已標注各部分結構）。

（5）分組實驗：

根據學生實有人數，先進行分組，根據分組情況結合模擬的形式制訂本組模擬方案。

（6）模型展示：

根據分組情況，小組成員首先分工準備模擬材料，其次動手制作模型，再將制作的模型以小組為單位進行展示。展示的過程中，要有書面說明。最后小組之間進行評定，通過小組自評、組組互評、教師評價三者相結合的方式進行評定，評選出最佳模型，并評選出最佳模型制作小組和個人，老師在課堂上予以表揚。

【成果展示】（同學們制作的模型如下）

參考文獻：

［1］楊冰.高中生物學實驗改進和創新策略研究［J］.考試周刊，2020（59）：135136.

［2］王琦.果凍產品發展趨勢及相關問題的初探［J］.食品工業科技，2010（4）：7778.

［3］何菊梅.對新課標下高中生物學實驗改進策略的研究［J］.學周刊，2016（12）：6061.

［4］張四槐，梁威，楊安華.高中生物學考必備用書［M］.湖南大學出版社，2011.

作者簡介：周歧智（1973—?），男，漢族，甘肅永靖人，本科，中小學高級教師，研究方向：高中生物教學與研究。