高中生物教学论文 开设“细胞学遗传学实验技术”校本选修课的实践与思考(pdf).pdf

笙箜鲞笙 塑 生 塑 兰 望 塑 开设 细胞学遗传学实验技术 校本选修课的实践与思考 2 7 周 湘 北京市第四中学北京 1 0 0 0 3 4 摘 要 开设 校 本 生 物 学 选修 课 细胞 学遗 传 学 实验 技 术 有 助 于拓 展 学 生 的 生 物科 技 视 野 进 一 步 激 发 学 生 的 学 习 兴 趣 提 高 学 生 的 实验 和 科 学 研 究 能 力 创 新 意 识 和 实 践 能 力 培 养 学生 的 科 学 态度 和 科 学精 神 促 进 学 生发 展 介 绍 了课 程 开设 的 背 景 目标 实施 过 程 关键词 校本课程 生物学选修课 中 国 图 书分 类 号 G 6 3 3 9 1 文 献 标 识 码 A 1 课 程开 设 背景 目标 1 1 开 设 背 景 与 必 修 课 相 比 校 本 生 物 学 选 修 课 结 合 学 校 的实 验 室 设 备 条 件 在 生 物 学 的 某 个 领域选择一些与统编教材 内容 既不 冲突也不 雷同 的专题 有利于适 当地拓展 和引伸课 内学 习的相 关 内容 发挥 灵 活 机 动 的教 学 设 计 思 路 引 导 学 生 开 展 研 究 性 学 习 活 动 利 于培 养 学 生 的实 践 能 力 和创新意识 选修 细胞学遗传学实验 技术 的学生大 多对 生命 科学有极大的热情和兴趣 在完成必修课 程 的 基础 上 希 望 有 更 多 的 机 会 进 行 生 命 科 学 的实 而不 能 作 出 价值 判 断 即 应 该 怎样 的 问题 学 习 科 学史 以史 为鉴 能 够增强 学生 的社会 责任感 培养正确 的情感 态度 与价值观 当他们参 与社会 时 就能够有 意识 地规 范科学技术在社会 生活方 面 的应 用 使 科 学 技 术 切 实 地 造 福 人 类 教 学 中 结合教学 内容适 时穿插 和渗透一些现代社 会面临 的 急 需 解 决 的重 大 问题 是 必 要 的 如 水 资 源 危 机 能 源 危 机 环 境 污 染 臭 氧 层 破 坏 温 室 效 应 酸雨等 如在教学 生态系统 的物质循环 时 告 诉学生硫氧化合物会污染环境 严重危害人 们的 健康 1 9 5 2年 1 2月发生在英 国的震惊世界 的 伦 敦烟雾 事件 就属此例 再如 由 C O 等 引起 的 温 室 效 应 氟 利 昂 引 起 的 臭 氧 层 破 坏 塑 料 形 成 的 白色污染 等等 以此培养学生形成 3个观念 爱 护淡水 资源节约用水的观念 节约能源 合理利用 现 有 能 源 的 观 念 防 止 污染 保 护 良好 生 态 环 境 的 观念 强 化 2个 现 代 意 识 科 技 意 识 和 减灾 意 识 最 后 谈 一 下 生 物 科 学 史 教 学 中 的反 思 历 史 验研 究 其 中 部 分 优 秀 学 生 有 机 会 进 人 中科 院 和 大 学 的 实 验 室 在 专 家 的 亲 自指 导 下 进 行 专 题 研 究 活 动 1 2具体 目标 1 根据实验课题 及其实验要求 学会培养 采 集 和 预处 理植 物 实 验 材 料 学 会 培 养 需 要 的动 植 物 获 取 相 应 的 实 验 材 料 2 学 习一 般 的 生 物 制 片 方 法 明 确 常 用 染 色 剂 的着 色 原 理 和 染 色 方 法 学 会 用 装 片 法 涂 片 法 压 片法 切 片法 稀释法等制作 临时玻片标 本 意 识 是 一 个 人 一 个 民族 成 熟 的标 志 读 史 使 人 明 智 因 为历 史 感 之 中 包 含 着 一 种 清 醒 的判 断 能 力 即根 据背景 和情境来 对事 物进 行判定 的能力 从 而避 免 失 之 片面 和武 断 但 凡 事都 要 注意 一 个 度 过 分 重 视 生 物 史 的教 育 功 能 重 视 挖 掘 生 物 史 的 内涵 会 让 人 有 本 末 倒 置 主 次 不 分 的感 觉 如 果 在 生 物 学 教 学 的过 程 中 恰 当运 用 生物 科 学 史教 育 以生物学 家 团结合作 互相尊 重 乐观 向上的情绪来影响 感染学生 以鲜活 的生物史知 识调 动学生的学习兴趣 培养学生 的情操 以客观 的 探 究 事 例 激 发 学 生 敢 于 并 乐 于 提 出 和 探 究 问 题 让 生 物 科 学 史 教 育 熠 熠 生 辉 这 无 疑 在 高 中 生物 学 的新 课 改 中又 增 添 了浓 厚 的一 笔 主 要 参 考 文 献 1 刘 冰 江 洋 科学史 与 教育 上 海 上海 交通 大学 出版 社 2 0 0 8 4 4 5 6 2郑春 和 注重 生物 科学 史 的学 习 生 物学 通报 2 0 0 4 3 9 1 1 2 7 3 0 E ma i l n b r p y l s i n a t o m 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 1 1 期 3 熟 练地使用放 大镜 解剖 显微镜 体 视镜 和 电光源显微镜观察实验对象 识别和描述视野 中 的研 究对 象 或绘 制 生 物 图 学 会 测 微 尺 和 计 数 器 的使用 方 法 4 引导学生探究植物细胞 中质体的类型及转 化 果蝇 的性状变 异 染色体 显带技术等 鼓励 学 生 自主探究减数分裂过程 中染色体行为 用果蝇 杂交实验验 证遗传学基本规律等 增强学 习生命 科学的兴趣 习得科学探究的基本方法 养成实事 求 是 的科 学 态 度 培 养 锲 而 不 舍 一 丝 不 苟 团 结 协 作 的科 学 精神 1 3实验 内容 研究性学 习的实验课题广泛 实 验 内容 具 有 弹 性 根 据 不 同 的 学 期 材 料 的 取 舍 学生的意 向等变化 实验 内容 的选择灵活机动 为 了 达 到 上 述 的预 期 目标 课 程 安 排大 体 如下 1 实 验 材 料 的 培 养 大 肠 杆 菌 或 枯 草 杆 菌 的 培养 酵母菌 的液体培养 果蝇 的招 引和饲养 植 物根尖材料 的培养 蝗虫精巢的储备 牡丹花蕾的 采集和储备等 2 染 色 与 制 片 尝 试 用 亚 甲基 蓝 中性 红 詹 纳 斯 绿 B等 活 体 染 色 剂 显 示 细 胞 的 相 应 结 构 分 别用 龙 胆 紫 染 液 醋 酸洋 红染 液 改 良的 苯 酚 品 红 染液将相应 的染色体材料染色 用吉姆萨染液使 染色体显带 用 甲基绿一 吡 咯红染液显示 D N A和 R N A的分布 用 F e u l g e n进行核 染色等 3 观 察 与 鉴别 用 解 剖 显 微 镜 鉴 别 果 蝇 的 雌 雄 用 电光 源 显 微 镜 观察 和鉴 别 质 体 的类 型 使 用 油镜观察和鉴别细菌三型 用测微尺测量几种细 胞的大小 用计数板测定 酵母菌 的种群数量 识别 分裂细胞 的中期染色体 果蝇唾液腺 巨大染色体 减数分裂细胞 中染色体行为 4 实 验 探 究 学 生 在 教 师 引 导 下 探 究 植 物 体 内不 同质 体 之 间 的转 化 果 蝇体 表 性 状 的变 异 寻 找人类 X染色体 巴氏小体 尝试染 色体显带技 术等某个课题 自主探究减数分裂 的实验观察 用 果蝇杂交 实验验证遗传 基本规律 或伴性遗传 低 温诱导染色体 加倍 哈代一 温伯 格遗传平衡 等某 个课题 此外 学生可以 自选课题进行实验探究 2课 程 开 设 状 况 和方 式 2 1 开设年 级和 时间 以细胞 学遗传 学基本 实 验方法培 养为主要 目标的这 门研 究性学 习课 程 是面向高二年级学生开设的 主要 吸纳对 生物学 有浓厚兴趣和特殊需 求的爱好者 该课程 每学期 开设 1轮 每 轮大约 l 5个 学习单 元 每单元 2课 时 总 课 时 数 为 3 0 每一轮的招生数限制在 1 5 2 O人左右 在课 程计划的实施过程 中 每个学生都有一套完整 的 实验设备保证 并有 利于师生之 间和生生之 间进 行 充 分 的交 流 2 2 开 设方式 一 是 自主学 习与小组合作 相结 合 例 如 制 作 临 时玻 片 标 本 的方 法 测微 尺 和计 数 器 的使 用 方 法 等 主要 是 通 过 自主 学 习 方式 完成 酵母菌 的液体培养 果蝇 的招引和饲养 植物根尖 材料的培养 探究 活体染色剂显示细胞 的相应结 构 等 则 是 以小 组 合 作 学 习方 式 完 成 的 二 是 弓 I 导 探 究 与 自主探 究 相 结 合 例 如 探 究 植物体 内不 同质体之间的转化 果蝇体表性状 的 变 异 寻找人 类 x染 色体 巴氏小 体 尝试 染色 体显带技术等 是在教师提供研究 材料 提 出问题 的引导下 学生进行 的探 究活动 而哈代一 温伯格 遗传平衡 的探究 人类遗传病的调查 以及学生 自 选 课 题 的 探 究则 是 自主性 探 究 活 动 教 师 更 多 是 在 学 生 遇 到 问题 时与 学 生 进 行 讨 论 使 学 生 在 自 主探 究 的 过 程 中 更深 入 更 严 谨 取 得 更 大 的收 获 3课 程 实 施 案 例 3 1 具体 实例 2 0 0 8年 1 0月 2 1日 青少 年科 技教育创新国际研讨会在北京市召开 这次研讨 会 由北 京 市 国际教 育 交 流 中心 西 城 区 教委 首 师 大首都基 础教育发展研究 院共 同举 办 以 科技 教育 创新 为 主题 在这次 活动 中 笔者 以活体 染 色 剂 及 应 用 为 主题 进 行 了课 堂 教 学 展 示 组 织 学 生 进 行 实 验 探究 达 到预 期 的学 习 目标 得 到与 会 专 家 的 好 评 3 1 1 实验 目的 在 细胞 生 物 学 的 实 验 研 究 中 活体染色剂被广泛应用于研究活细胞 的结构和代 谢活动 学生通过 引导探究和 自主探究 的实验活 动过程 要达成 以下 目标 学会体外细胞活体 染 色 的 基 本 方 法 观 察 动 植 物 或 细 胞 内 的某 些 基 本结构 探究常用 的活体染色剂对不 同细胞染 色 效 果 的差 异 认 识 活体 染 色 剂 的性 质 及 其 应 用 范 围 明确使用活体染色剂 的注意事项 用亚 甲 2 0 1 0 年 第 4 5卷 第 1 1 期 生物学通报 2 9 基蓝染液使洋葱根尖实验材料 染色 分 析根细胞 的离子交换吸附现象 证 明活体染色剂 不干扰活 细胞 的生命 活动 设计 实验证 明所用染 色剂为 活体 染 色 剂 培养 进 行 独 立 实 验 设 计 的 能力 同 时 培养敢 于质 疑的科 学态度 以实验小组为研究 单 位 培 养 交 流 分 享 的科 学 精 神 3 1 2实 验 原 理 动 物 植 物 和 真 菌 属 于 真 核 细 胞 细 胞 内有 明显 的 细胞 核 细胞 质 内 有 多 种 结 构 复 杂 功 能 特 异 的 细 胞 器 活 体 染 色 和 固 定 染 色 技 术 则 是 观 察 和 研 究 细 胞 基 本 结 构 的 有 效 方 法 之 一 中学生物学实验 常用 的活体染色剂有 亚 甲基 蓝 中性 红 詹 纳 斯 绿 B等 3 1 3实 验 器 具 及 准 备 略 3 1 4 实验 活动 1 引导 探究 活体 染色 剂 的性 质 2 自主 探 究 詹 纳 斯 绿 B染 色 剂 的性 质 3 1 5活 动 过 程 设 计 1 引 入 课 题 学 生 曾观 察 过 植 物 细胞 的 质 体 液泡 胞 质环流 和染色 体等 结构 其 中 有 的结构 需 要 染 色 有 的 结 构 则 不 需 要 染 色 因 此 教 学 的 起始 可提出一系列 问题促使 他们思考并作 出 回 答 如 观察植 物细胞 的结构 时 为什 么容易识 别 和 区 分 各种 质 体 呢 紫 皮 洋 葱 表 皮 细 胞 的 液 泡 为 什 么容 易 识 别 呢 观 察 真 核 细 胞 的 染 色 体 结 构 时 需 要 染 色 这 种 细 胞 具 有 活性 吗 说 明 理 由 对 上 述 问题学生经 过思考后 能够说 出不同质体有各 自的形 态 和 颜 色 紫皮 洋 葱 表 皮 细 胞 液 泡 内 的细 胞液 中有紫色素 以及染色体 制片过程 细胞 被杀 死 而 结 构 被 固定 在 此 基 础 上 进 一 步 质 疑 能 否 用 染色法观察 活细胞 的代谢活 动或细胞结构 动态变 化 呢 这个 问题将引起学生强烈 的探究 欲望 2 引导探究活体染 色剂 的性质 引导探究 是 指学生对教 师提出的问题进行探究 或者按 照既 定 的探 究 实 验 程 序 进 行 操 作 通 过 对 实 验 数 据 的 分 析 而 有 所 发 现 在 该 项 探 究 实 验 活 动 中 先 让 学 生 阅 读 讲 义 了解常用的活体染色剂 的种类 并通过讨 论提 出 一 致性 的探究问题 如活体染色剂 的性质 如何 活 体染 色剂对不 同细胞 染色效果是 否相 同 然后 组织学生 照既定 的实验程序完成 2项探 究实 验操 作 一是用适宜 浓度 的 中性红染液使 洋葱 内表皮 细 胞 染 色 观 察 其 细 胞 质 壁 分 离及 复 原 二 是 用 适 宜浓 度 的亚 甲基 蓝染液使 洋葱 或大蒜 根尖着 色 观察其细胞 的离 子交换 吸附现象 在洋葱 内表皮细胞质 壁分离及复原 的实验过 程 中 学 生 通 过 观 察 发 现 中 性 红 染 液 进 入 液 泡 内 但 不 影 响 细 胞 吸 水 或 失 水 的代 谢 活动 在根 尖 细胞 的 离 子 交 换 吸 附实 验 过 程 中 学 生 通 过 观察 发现 将 亚 甲基蓝染色 的根尖 细胞 置于质量分数 为 1 氯化 钙溶 液会发 生离 子交换 吸附 但 部分 亚 甲基 蓝 阳 离 子 已 经 进 入 细 胞 内 部 不 能 再 被 C a 交 换 下 来 引 导 探 究 的 关 键 在 于 启 发 学 生 通 过 分 析 实 验 数 据 包 括 实 验 现 象 得 出 结 论 即 做 到 有 所 发 现 教 学 时 先让 学 生 对 获 得 的实 验 数 据进 行 尝 试性 分析 然后经过讨论都 能认 识到活体染 色剂 几乎不 干扰活细胞的代谢 活动 且 有利于观察细 胞 结 构 的 动 态 变 化 或 者 推 测 细 胞 的生 命 活 动 这 种 情 况 下 让 学 生 陈述 论 据 和 论 证 方 式 这 时 教 师 用 问题 点 拨 学 生进 行 深 层 思 考 和 回 答 如 中性 红处理 的细胞仍然 能够吸水或失水说 明什么 细 胞 外表面吸附 的部分亚 甲基蓝 阳离子是 怎样进 入 细胞内部 的 这样 的问题 使学生豁然开朗 原来 中性 红 染 液 不 影 响 活 细胞 的原 生 质 层 透 性 亚 甲 基 蓝 染 液 也 不 影 响 细 胞 膜 以 主动 运 输 方 式 吸收 离 子 主动运输 则是活细胞膜 的选择 通透性 的具体 表 现 3 自主 探 究 詹 纳 斯 绿 B的性 质 自主 探 究 是 学生在教师点拨下 发现并提 出探 究问题 作 出假 设 和 提 出验 证 假 设 的 实 验设 计 实 施 实验 设 计并 获 得 数 据 分 析 数 据 和 得 出结 论 詹 纳斯绿 B是线粒体 的特 异性染色剂 学生 已经知道 线粒体 是细胞呼吸的主要场所 为生命 活 动提供直 接能源 因此 在该项实验活动 中 鼓 励 学 生 通 过 自主 探 究 认 识 詹 纳 斯 绿 B 的性 质 是 完全能够达到预期 目标 的 自主 探 究 始 于 提 出 问题 提 出 的 问题 必 须 是 真 实 的 而 且 能 够 通 过 实 验 加 以 验证 因 此 教 学 时先 向学 生阐 明 詹纳斯 绿 B用 于线粒 体染 色 然后 让学生讨 论 围绕 詹纳斯绿 B的性 质 各个 小 组 提 出 哪 些 探 究 性 问 题 学 生提 出的 问 题 一 般 有 詹纳斯绿 B是活体染色剂吗 詹纳斯绿 B 只能使线粒体染色吗 詹纳斯绿 B对动植物细 3 0 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 1 1 期 胞线粒体的染 色效果有差异吗 詹 纳斯绿 B对 线 粒 体染 色 能用 于鉴 定 细 胞 死 活 吗 将 学 生 提 出 的问 题集 中起 来 后 让 他 们 逐 一 地 讨 论 实 验 检 验 的可 行性 每个 小 组 都 倾 向于 探 究 后 3项 中 的某 个 问 题 假设要用规范 的陈述句表述 教学 时 先用例 证 阐明 表述 假 设 2种 形 式 一 是命 题 陈述 式 如 詹 纳 斯 绿 B是 线 粒 体 的特 异 性 染 色 剂 二 是 标 准 规 范 式 如 果 詹 纳 斯 绿 B是 线 粒 体 的 特 异 性 染 色 剂 那么 它不能使叶绿体 等其他细胞器染色 在 例证的启发下 多数小组采用标准规范式表述作 出假设 因为这种陈述句隐含着探究实验 的设计 思路 有利于实验设计的顺利完成 学 生 自行 设 计 实 验 方 案 是 自主 探 究 与 引 导 探 究 相 区别 的 主要 方 面 之 一 由于 该 项 探 究 实 验 是 研 究 性学 习小 组 的首 次 自主 探 究 活 动 所 以 教 学时先向学 生阐明了实验设计 的依据 特别是应 遵循 的 单 因子 变量 有对照 大样 本 原则 以 及实验步骤的大体安排 然后 每个小组 都能够完 成 选 择课 题 的 实验 方 案 的设 计 并 能 实 施 实 验 方 案 和 获得 相 应 的实 验 数 据 如 不 同小 组 的实 验 组 合 设 计 如 下 实 验组 合设计 假设表 述 实 验组 对 照组 植物 活细 胞 中 如果 詹纳 斯绿 B是线粒 体特 活 细胞 中 的线 的质 体和液 泡 异性 染色 剂 那 么 不能使 叶 粒 体 绿体 等其 他细胞 器染 色 如果 詹纳 斯绿 B染 色 与线粒 体特 定功 能有关 那 么 代 谢 蛙表皮 细胞 与 口腔黏膜 上皮 细胞 水平 不 同的细胞 线粒 体染 色 效果 有差 异 如 果詹纳 斯绿 B对线粒 体染 经 过 死 亡 预 处 活体 实验材料 色 能用于 鉴定 细胞死 活 那 理 的实验材 料 么 死 细胞 中线粒 体不着 色 3 1 6思 考 与 讨 论 1 活体染色剂 的共同特征是什 么 2 活体染色剂对细胞没有毒性 吗 3 分析说 明活体染色剂 的染色原理 与染 色体 的染 色 原 理 有 什 么 区别 4 亚 甲基 蓝 对 细 胞 质 染 色 与詹 纳 斯 绿 B对 线 粒体染色 两 者的染色原理一样吗 3 1 7实验 结 论 略 3 2教 学 反 思探 究 是 科 学 学 习的 中心 环 节 也 是开展校本选修课的一种主要学习方式 在高 中 生物 学 必 修 模 块 的实 验 教 学 活 动 中 也 有 相 当数 量 的探 究 实 验 课 题 囿 于 实 验 课题 内 容 和 时 间 的 限制 学 生 探 究 的 活 动 时 间 和质 量 难 以得 到 保 证 以研究性学 习为主要方式的校本选 修课 学习 内 容 的选 择 不 受 限 制 学 习 时 间 比较 充 足 有 利 于 安 排 学 生 的探 究 学 习 在 本 次 探 究 活动 中 学 生 对 常 用 的 3种 活 体 染 色剂 的性质进行探究 不仅习得有关活体染色 的相关知识 而且观察到根尖细胞的交换吸附现 象 以及细胞对