一、設(shè)計(jì)立意

“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”是人教版高中生物學(xué)《必修1》第四章第一節(jié)《被動(dòng)運(yùn)輸》中“探究·實(shí)踐”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，新課標(biāo)要求學(xué)生“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原，闡明植物細(xì)胞通過吸水或失水維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的正?！?/span>^[1]。筆者應(yīng)用質(zhì)壁分離原理，并將本書第二章所學(xué)“細(xì)胞含水量與植物抗逆性的關(guān)系”知識(shí)遷移應(yīng)用，聯(lián)系常見的冬季耐寒景觀植物——羽衣甘藍(lán)，引導(dǎo)學(xué)生提升思維，提出可能的原因——植物通過減少自由水提高抗寒能力，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究植物細(xì)胞液濃度在低溫下的變化，以期闡明植物細(xì)胞通過增加細(xì)胞液濃度，提高抗逆性的機(jī)理。另外，教材中該實(shí)驗(yàn)為針對(duì)特定材料的定性觀察，筆者立足教材，又做了提升，結(jié)合所學(xué)“觀察葉綠體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)”提升思維，嘗試選擇新的實(shí)驗(yàn)材料展開實(shí)驗(yàn)^[2]，并將質(zhì)壁分離通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)為定量分析。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.通過探究低溫下植物細(xì)胞液濃度變化，闡明耐寒植物對(duì)低溫的適應(yīng)性，側(cè)重“結(jié)構(gòu)與功能觀”生命觀念的達(dá)成；

2.通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、提出問題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、尋找證據(jù)，得出結(jié)論的探究過程，側(cè)重科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的達(dá)成；

3.通過實(shí)驗(yàn)結(jié)論的獲得對(duì)生產(chǎn)生活提出建議，側(cè)重社會(huì)責(zé)任的達(dá)成。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和創(chuàng)新點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

以學(xué)生熟悉的冬季耐寒景觀植物——羽衣甘藍(lán)導(dǎo)入，嘗試解釋植物耐寒機(jī)制，提出設(shè)想，基于植物細(xì)胞質(zhì)壁分離原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。得出結(jié)論后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究低溫下植物細(xì)胞液濃度的大致范圍，再通過向?qū)I(yè)人士請(qǐng)教，全面、科學(xué)地了解植物耐寒機(jī)制。進(jìn)一步思維提升，理論聯(lián)系實(shí)際，用于解決實(shí)際問題：“如何馴化出相對(duì)耐寒的杜鵑花往北方引種？”并以一篇碩士研究文獻(xiàn)提供給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)和社會(huì)責(zé)任。

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2.設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

本節(jié)課設(shè)計(jì)在教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上拔高提升，旨在用生物學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，力求通過本節(jié)課學(xué)習(xí)提升學(xué)生的生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處有以下幾點(diǎn)：

（1）由學(xué)生熟悉的真實(shí)情境導(dǎo)入，避免刻板傳授；

（2）知識(shí)遷移應(yīng)用，提升學(xué)生的演繹與推理等科學(xué)思維；

（3）應(yīng)用植物細(xì)胞質(zhì)壁分離原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)比分析常溫和低溫下植物細(xì)胞液濃度變化；

（4）實(shí)驗(yàn)材料創(chuàng)新：葫蘆蘚葉片（綠色原生質(zhì)層且葉片為單層細(xì)胞）

（5）使用數(shù)碼顯微鏡定量檢測(cè)質(zhì)壁分離程度；

（6）專家科普答疑，解開植物耐寒真面目；

（7）思維提升——學(xué)術(shù)研究初體驗(yàn)，提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任。

四、教學(xué)策略

1.學(xué)習(xí)方式：任務(wù)驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)；合作探究式學(xué)習(xí)；現(xiàn)代化媒體技術(shù)教學(xué)，課堂形式多樣化高效化。

2.教學(xué)方式：教師為課堂的組織者、合作者、參與者和引導(dǎo)者。

五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程

1.觀察現(xiàn)象，提出問題

（1）實(shí)驗(yàn)變量分析：

①自變量：新鮮的紫色洋蔥鱗片葉、苔蘚小葉（右圖）常溫及4℃冷藏24h，課前教師提前處理好。

②因變量：對(duì)比常溫和4℃低溫處理后細(xì)胞質(zhì)壁分離情況。學(xué)生自主分析，提出可測(cè)量的指標(biāo)，將定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為定量實(shí)驗(yàn)。學(xué)生提出如下較好的測(cè)量指標(biāo)：

a.?初始細(xì)胞質(zhì)壁分離所需時(shí)間

b.?相同時(shí)間細(xì)胞質(zhì)壁分離占比

c.?相同時(shí)間原生質(zhì)體長度/細(xì)胞長度

（2）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：以常溫和低溫處理后的洋蔥鱗片葉外表皮為實(shí)驗(yàn)材料

（3）

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總和結(jié)果分析：

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2.實(shí)施實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)

課堂的展開以學(xué)生的預(yù)習(xí)為前提。學(xué)生經(jīng)預(yù)習(xí)，對(duì)本實(shí)驗(yàn)的基本原理、操作要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等有初步的把握，并發(fā)散思維，在實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)探究上提出新問題?；趯W(xué)生的討論，本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)材料除了紫色洋蔥鱗片葉外表皮，還選擇了新鮮葫蘆蘚小葉，并做4℃低溫處理，為便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)和分享，本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)碼顯微鏡收集信息。

進(jìn)而由學(xué)生結(jié)合自主學(xué)習(xí)情況設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作流程，選擇好本組所用實(shí)驗(yàn)材料后，展開實(shí)驗(yàn)，規(guī)范操作制作臨時(shí)裝片，正確使用數(shù)碼顯微鏡，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并在表格中記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析處理。完成后以小組為單位展示交流，同學(xué)們通過對(duì)比分析本組與其他小組之間的活動(dòng)成果，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3.分析結(jié)果，得出結(jié)論

部分小組成果如下表所示。

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對(duì)比不同組別之間的成果以及學(xué)生展示成果時(shí)的語言表達(dá)能力，不難發(fā)現(xiàn)，孩子之間科學(xué)探究和科學(xué)思維的能力存在一定的差距。例如數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性與否；實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析是否深入到位。匯總各小組數(shù)據(jù)后（見下表），我們也發(fā)現(xiàn)，只要操作規(guī)范正確的小組均發(fā)現(xiàn)了低溫處理后的細(xì)胞失水減少變慢，均不易發(fā)生質(zhì)壁分離，說明低溫環(huán)境下，植物細(xì)胞液濃度升高了，即：植物細(xì)胞通過增加細(xì)胞液濃度適應(yīng)低溫環(huán)境。

4.拓展探究，思維提升

基于上述結(jié)論的得出，生物興趣小組的同學(xué)開展了以下課外拓展實(shí)驗(yàn)。基于“滲透作用原理可以測(cè)定植物細(xì)胞液濃度的大致范圍”的實(shí)驗(yàn)原理，即將植物細(xì)胞浸潤在一系列濃度梯度的蔗糖溶液中，植物細(xì)胞未發(fā)生質(zhì)壁分離和初始發(fā)生質(zhì)壁分離所分別對(duì)應(yīng)的蔗糖溶液濃度區(qū)間作為植物細(xì)胞液濃度所在的大致范圍，開展了“探究常溫和低溫狀態(tài)下黑藻葉片細(xì)胞液濃度的大致范圍”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料、試劑和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：使常溫組和4℃低溫處理的黑藻葉片發(fā)生質(zhì)壁分離蔗糖溶液濃度分別在0.4~0.5mol/L和0.3~0.4mol/L之間，因此推測(cè)：4℃低溫處理和常溫組的黑藻葉片細(xì)胞液濃度分別處于0.4~0.5mol/L 和0.3~0.4mol/L之間。故得出結(jié)論——低溫會(huì)引起植物細(xì)胞液濃度的增加。上述興趣小組實(shí)驗(yàn)由小組相關(guān)負(fù)責(zé)同學(xué)以PPT形式向全班同學(xué)展示并講解。

耐寒植物究竟有哪些耐寒機(jī)制？為保證學(xué)生對(duì)此有更加全面、科學(xué)的了解，筆者通過聯(lián)系并采訪本地園藝所的專業(yè)人士得以全面了解，以采訪視頻的形式呈現(xiàn)給學(xué)生?；谏鲜鰧W(xué)習(xí)，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思維提升：低溫環(huán)境下，植物細(xì)胞液滲透壓增加對(duì)植物生存有何意義？由此結(jié)論可如何指導(dǎo)生產(chǎn)？

筆者呈現(xiàn)以下資料：“杜鵑花是中國傳統(tǒng)名花，廣泛用于園林綠化或盆栽觀賞，但杜鵑生長適溫為12~25℃，冬季要防寒，以保其安全越冬。研究發(fā)現(xiàn)杜鵑花品種“埃爾西·李”和“御代之榮”耐寒性相對(duì)較強(qiáng)，育種人員想通過人工低溫冷馴化的方法進(jìn)一步培育耐寒杜鵑花品種，以便杜鵑花往北方的推廣種植。如果你是育種人員，你會(huì)怎么做？”嘗試以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生理論融合實(shí)踐生產(chǎn)的思考，學(xué)生通過思維提升的頭腦風(fēng)暴后，筆者展示浙江大學(xué)一篇碩士研究生畢業(yè)論文《人工冷馴化對(duì)杜鵑花耐寒性的影響》^[3]，將學(xué)生的前期思考具象化，科研探究初體驗(yàn)達(dá)成。探究永遠(yuǎn)在路上，期待同學(xué)們?cè)诳茖W(xué)探究的道路上堅(jiān)定地走下去！

六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)與反思

通過本節(jié)課的教學(xué)，我對(duì)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)有以下反思和感悟：首先，需把握住實(shí)驗(yàn)教學(xué)這塊陣地，培養(yǎng)生物核心素養(yǎng)。本節(jié)設(shè)計(jì)基于教材又高于教材，既幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能觀，又讓學(xué)生在探究過程中，提升科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。其次，打破教學(xué)思維定勢(shì)，拓展學(xué)生創(chuàng)新空間。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生思維活躍，提出的方案新穎且可實(shí)施。教學(xué)中應(yīng)給學(xué)生足夠的思維空間，讓課堂碰撞出更多思維的火花。另外，需加強(qiáng)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)處理的訓(xùn)練，提升高階思維能力。課堂暴露出學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)不足，在將來的教學(xué)中應(yīng)尋找策略加以改善提高。

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參考文獻(xiàn)

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[2]章博遠(yuǎn).苔蘚植物在中學(xué)生物學(xué)質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué),2022（7）:54-55.

[3]曹燕.人工冷馴化對(duì)杜鵑花耐寒性的影響[D]杭州:浙江大學(xué)，2019年