学科交叉促体验 实验创新助探究

1、PAGE 6 -学科交叉促体验实验创新助探究罗福海摘要通过“细胞膜的渗透性实验”的跨学科融合创新，实现由原来的单一性演示实验到综合性探究实验的转变，对学生生物学核心素养发展起到了促进作用，收到了良好的教学效果。关键词生物学学科核心素养渗透性实验创新中图分类号Q-331文献标志码B普通高中生物学课程标准（2022年版）指出高中生物学学科核心素养是落实立德树人任务的操作性途径，是教师开展课堂教学的总目标。学生生物学学科核心素养的发展离不开实验教学，而实验创新是培养与发展学生生物学核心素养的有效途径。“渗透作用”是人教版（2022年）高中生物学必修1分子与细胞第四章第一节“被动运输”中的演示实验，对

2、学生认识生命活动和生命现象的本质特征有一定的益处，但却不利于学生生物学学科核心素养的提升。下面将这一演示实验进一步融合与创新，使其成为一个同时具备综合性、探究性、推理性三位一体的实验，使学生由原来的根据实验步骤毫无思考地操作、去验证实验结果转变为通过已知的实验数据去自主分析、推理实验结果。这种转变不但能够考查学生运用实验知识的能力，还能培养学生对实验数据的分析推理能力，同时还能够引起学生的学习兴趣以及思考问题的积极性，进一步加强学生的理解，最重要的是锻炼学生独立思考的能力和综合分析问题能力，有助于发展学生的生物学学科核心素养。1实验原理不同的物质进出细胞的方式是不同的，这与细胞膜的结构特性与功

3、能特性密切相关。进出细胞的物质本身属性和细胞膜的结构特性共同影响着细胞膜的通透性。现已知影响物质通透性的因素主要有脂溶性、分子大小、是否带电荷（离子）。本实验需运用化学知识解决生物学问题，学生只有深刻理解上述3个因素，才能做出正确判断及推理。2实验材料本实验选用兔血作为溶血材料，实验选取8种溶液，分成两组，每组4种溶液，第一组为盐溶液（物质量分数分别为0.17mol/L的氯化钠溶液、0.17mol/L的氯化铵、0.17mol/L的乙酸铵溶液，0.12mol/L的草酸铵溶液），第二组为有机溶液（物质量分数分别为0.32mol/L的葡萄糖溶液，0.32mol/L的甘油溶液，0.32mol/L的丙酮

4、溶液，0.32mol/L的乙醇溶液），分别用18的数字排序贴标签，量取对应溶液的量筒同样标明对应编号。3实验方法与实验步骤取8支干净试管，分别在试管上贴上有18编号的标签，依次用不同的量筒从8种不同溶液的试剂瓶中量取10mL相应的溶液，用滴管向每支试管中依次加入1mL稀释的兔血细胞悬液，计时观察是否出现溶血现象。另外，分别从已经判断出来的完全溶血、不完全溶血、不溶血的试管中吸取适量溶液，制作成装片并在显微镜下观察。同时另取稀释的血细胞悬液装片作为空白对照实验，观察其溶血状况。4实验结果与分析4.1实验结果的差异实验结果（表1）显示，引起红细胞溶血速率最快的是水分子。这是因为水是极性小分子，并且

5、红细胞的细胞膜上具有水通道蛋白，水通道蛋白参与了水分子的协助扩散。这就导致了水分子进入红细胞的速率远比另一种被动运输方式自由扩散快。因此，水分子的进入导致红细胞的溶血现象就可以作为其他物质导致溶血现象出现的参考依据。从实验结果可以看出：两组对比实验中，都会有1种溶液不能导致溶血反应的发生，每组剩余的其他3种溶液皆能够发生溶血现象。同时，经过对比，各组都表现出溶血速率的差异。实验需要学生对4种盐溶液从电解质强弱的层面进一部做出判断，需要了解钠盐与铵盐物质性质的区别所在。经过查阅资料，学生不难发现，在实验中用到的氯化钠溶液属于强电解质，铵盐属于弱电解质。根据“易穿膜的物质是不带电荷的分子，而对于同

6、样大小的分子而言，非电解质的跨膜运输速率要远远快于电解质物质，相应地，弱电解质也比强電解质的运输速率快”这一运输规律，学生不难推测出未能发生溶血现象的是氯化钠溶液。本实验的难点之处是学生如何分析3种铵盐的水解反应以及它们导致的溶血原因。这需要学生自主查阅文献资料，再对这三种铵盐产生水解反应的情况作出分析判断，最终知晓：这三种铵盐溶液虽然都是弱电解质，但是仍然有着有强弱之分，它们水解后得到的分子数量也不同，如乙酸铵水解产生乙酸和NH3H2O，草酸铵水解产生NH3H2O和乙酸（少量），而氯化铵水解只产生NH3H2O，根据不带电荷的分子越多越容易穿膜运输，溶血现象也发生的越快。由此，得知3种溶液的溶

7、血时间依次为：T氯化铵T草酸铵T乙酸铵，依次对应据表1中的3、1、2号试管。对于第二组有机溶液的分组实验的观察、分析，有机溶液遵从相似相溶这一原理，有机分子常常通过自由扩散的方式进入红细胞。经观察四组实验结果，其中同样有1种溶液不溶血，学生依据已有知识，可以得出，葡萄糖属于大分子物质范畴，不能通过自由扩散的方式进入红细胞，因此能够迅速判断出不发生溶血现象的是葡萄糖溶液。本组实验的难点在于乙醇、丙酮、甘油这三者在该浓度属于等渗溶液，而对于学生来说较难做出推断的是乙醇和丙酮。很多时候，学生根据己有知识分析其分子大小，往往忽略了脂溶性，从而容易得出错误的结论。在影响物质渗透性的因素中：“脂溶性比分子

8、大小的影响力更强”。此时，教师应适当提示学生，告诉学生脂溶性与分子极性的相关性，引导学生，从分子极性值的角度去考虑这一问题。关于分子极性值的内容，需要学生自主查阅资料才可以得到。学生通过查阅文献等可以得到分子极性也就是分子对称性大小为甘油乙醇丙酮，从而重新作出正确的实验结果判断。最后，教师通过使用显微镜观察溶血情况装片这一环节，促进学生回顾血涂片的制片技术以及显微镜使用的规范方法，再利用观察得到的结果进一步证明不同溶液导致的溶血现象。这能够给學生一个直观的视觉印象，进一步加深学生对溶血现象的理解，同时也丰富了实验教学内容。4.2实验创新效果分析本探究实验不但能引起学生的探索欲望，还能培养学生分

9、析问题和解决问题的能力。教师在实验前做出提示，溶血时间是推断实验结果产生的重要因素，要求学生仔细观察并记录溶血时间。这样能够提升实验课的课堂效率。实验完成后，小组针对各组的实验结果分析讨论，如有不同意见或者出现实验结果不准确的现象，需师生共同讨论解决。对于实验结果的推理，学生需要根据已有知识去主动查阅文献资料，以小组为单位自主学习并进行比较，才能认识到不同物质溶血跟溶液浓度相关，促进形成生命观念。学生很难根据实验数据直接作出正确的推断，需要运用化学知识，通过分析和推断最终得出实验结果。这样，学生对细胞膜通透性的理解会更直观更深刻，有助于形成科学思维，并运用科学探究理解科学本质。5讨论在“细胞膜

10、的渗透性实验”中，由于小组与小组之间在判断标准以及操作过程中有着较强的主观性，最后得到的的溶血时间数据也存在着差异。但是，只要同组判断溶血的标准和操作方法得当，对实验结果的推断就几乎没有影响。如果出现有些溶液的溶血时间相差几秒的现象，可能是实验操作不当，导致读数不准确，会影响到实验结果的分析。因此，为了保证实验结果的准确度，教师应采取以下措施：判断标准的统一。将学生分成若干组，每组分为34人，并在小组中指定1人负责观察溶血现象，以低渗溶液也就是蒸馏水的完全溶血现象为参照对象。加样操作的规范。为了减小实验的误差，在红细胞悬液中加入测试溶液的过程中，轻轻晃动试管23次，再静置观察。需注意不能强力晃动，以免人为造成红细胞破裂加快溶血，导致实验误差。取多次测量的平均值。实验过程中，为了减小实验误差，可以通过多次测量取平均值的方法。参考文献：1中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2022年版）S.北京：人民教育出版社，2022.2王金发.细胞生物学实验教程M.北京：科学出版社，2022：67-69.3孙颖，郝美璞.铵盐通透细胞