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利用实验促进中学生对细胞知识内容的学习

[日期:2013-01-13] 来源:中学生物学 2012年12期  作者:杨青青 [字体: ]
  摘 要 列举几个促进细胞知识学习的实验,介绍实验的原理、部分实验步骤方法的改进以及实验结果的分析,结合生物教学阐述实验对中学生学习细胞学知识的重要性,旨在为中学一线教师和学生提供学习生物学一些思考方向,诸如实验是为细胞知识体系这个有机整体服务的。
  关键词 细胞知识 生物学教学 细胞壁 质壁分离与复原 核酸染色
  中图分类号 G633.91 文献标识码 B
  1 引言
  生物知识的学习是学习者从自身已有的知识和经验出发,对所要“理解”和“消化”的知识作出自己的解释,从而获得知识的意义的过程。这个过程必须有学习者主动的参与才能有效地发生,而且适合于所有的学科。在多年的下校听课和师训工作中发现,许多学生学习细胞基础知识,尤其是微观知识方面有一定的困难。一方面这部分知识本身较难理解,许多学生在学习初就失去了学习兴趣;另一方面,对于大部分微观知识,教师没有找到合适的引导学习的教育教学方法。而最直观也是最有效的就是实验法和观察法。教师可以针对不同的细胞学知识选择合适的实验教学,利用实验课程的有效开展帮助学生理解相关的细胞学知识,并且达到举一反三,为在高等学府的深造打下坚实的基础。
  2 中学细胞知识重难点选择
  人体都是由细胞构成的,生命体的一切奥秘都发生在细胞上。细胞知识无非分为两大部分:结构与功能,其中结构是物质基础,体现了各部分的性质,而功能是细胞乃至生命体最终实现目标。典型的教学重难点为细胞壁、生物膜和遗传物质——核酸。
  3 几个重要实验的概述、部分改进及对细胞知识学习的重要性
  细胞内的膜系统是细胞知识的重头戏,但是因其微观和深奥,简单的中学生物教材很难阐明,但是在考试中或者今后的学习深造中,这些知识又是最基本最重要的,包括核酸是遗传物质等内容,如何通过实验更清晰更简明易懂地传授给学生相关的生物知识是一个需要仔细思考的问题。教师利用实验促进学生对相关细胞知识内容的理解和掌握,最终的目标让学生通过设计实验的方法促进自身对难点知识的理解和学习,并能将其应用到解题和解决实际生活问题。
  3.1 几个重要实验的概述与部分改进
  3.1.1 植物细胞壁研究实验介绍
  研究细胞壁的性质有助于深入了解植物组织的构造及其功能的多样性。根据实验要求,选取合适的实验材料,如观察木质化细胞壁可选取厚壁组织中的石细胞、纤维,输导组织的木质部中的导管、管胞等;栓质化细胞壁可选取位于植物体根和茎表面的木栓层;角质化细胞壁常位于植物的表皮外侧,矿质化细胞壁可选择禾本科植物的叶片;选择合适的固定液固定材料,进行石蜡切片。运用不同的组织化学染色法,对组织切片进行染色处理实验,通过比较观察结果,确定合适的染色法;封片;使用光学显微镜及其他研究型显微镜进行观察研究,拍摄相关照片。实验中或结束后,教师可引导学生思考这样2个问题:在实验结果观察中可以见到植物细胞壁上具有一些特殊结构,你能列举出这些特殊结构所具有的生理机能吗?随着相关科学研究的进展,细胞壁在细胞分化中的重要意义,已引起植物学家的广泛关注。你能说出哪些?
  3.1.2 细胞质壁分离复原实验
  植物细胞质壁分离的实验材料可选择紫色洋葱鳞片叶的外表皮,因为紫色洋葱的液泡呈紫色,易于观察,也可用水绵代替。用0.3 g/mL的蔗糖溶液做质壁分离剂对细胞无毒害作用。通过此实验让学生学会植物细胞壁分离与复原的方法以及了解细胞发生渗透作用的原理。
  实验中要注意几个直接影响实验成功的关键点:① 制作洋葱表皮的临时装片时,撕取洋葱鳞片叶外表皮放在水滴中展平(也可挑取几条水绵放入水滴中)。盖盖玻片应让盖玻片的一侧先触及载玻片,然后轻轻放平,防止装片产生气泡。② 观察洋葱(或水绵)细胞可看到:液泡大,呈紫色,原生质层紧贴着细胞壁(或水绵细胞中有带状叶绿体,原生质层呈绿色,紧贴着细胞壁)。液泡含花青素,所以液泡呈紫色。先观察正常细胞与后面的“质壁分离”起对照作用。③ 观察质壁分离现象。从盖玻片的一侧滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液,在另一侧用吸水纸吸引,重复几次。镜检。观察到:液泡由大变小,颜色由浅变深,原生质层与细胞壁分离。原生质层与细胞壁之间充满蔗糖溶液。重复几次蔗糖浓度不能过高,若蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度,细胞通过渗透作用失水,细胞壁伸缩性小原生质层的伸缩性大,液泡和原生质层不断收缩,所以发生质壁分离。④ 观察细胞质壁分离的复原现象。从盖玻片的一侧滴入清水,在另一侧用吸水纸吸引,重复几次。镜检。观察到:液泡由小变大,颜色由深变浅,原生质层恢复原状。发生质壁分离的装片,不能久置,要马上滴加清水,使其复原。重复几次。细胞液的浓度高于外界溶液,细胞通过渗透作用吸水,所以发生质壁分离复原现象。
  3.1.3 核酸染色实验不成功的原因分析
  实验原理:甲基绿和吡罗红与核酸发生竞争性结合,甲基绿与DNA双螺旋外侧的磷酸基团结合力强,结合后阻止吡罗红从碱基之间插入,甲基绿与DNA结合产物为绿色。吡罗红与RNA结合力强,RNA结构松散,吡罗红可以插入,从而中和磷酸基团,阻止甲基绿染色,吡罗红与RNA结合物呈红色。由于甲基绿-吡罗红染色法方法的经典性和应用广泛性,在高中实验教材中出现了该实验,目的是提高学生的动手能力,进一步理解DNA和RNA在细胞中的分布,并体会这一染色法的广泛应用。但此项实验是比较难掌握的染色技术,在中学教学实践中该实验效果不太明显,甚至有些教师反映染色之后细胞核呈现紫色而不是绿色,下面对收集到的一些问题,进行解析。
  (1) 经人教版教材所示方法得出细胞核呈现紫色的原因分析:
  DNA分子在高温及强酸作用下容易发生变性,导致化学结构与空间构型发生改变,聚合度降低。从核酸聚合的水平来分析:吡罗红和甲基绿这两种染料分别染色RNA和DNA,区别在于两种核酸的聚合水平,而不是两种核酸的本身。由于甲基绿可以染高度聚合的核酸(DNA),吡罗红可以染低聚合体RNA和DNA,因此口腔上皮细胞核内DNA经HCl解离导致空间构型改变后,不但可以与甲基绿结合,而且某些低聚体DNA还可以和吡罗红发生反应,根据三原色原理,一定比例的被染成红色和绿色的DNA混合,使细胞核呈现出紫色。
  (2) 不解离、不烘干的好处。
  因口腔上皮细胞涂处是透明的,放入盐酸中解离后,很难辨认出载玻片上涂上皮细胞的位置,给染色造成困难。对核酸破坏大,同样烘干也会对核酸造成很大的破坏。
  (3) 洋葱细胞质中的RNA着色不明显原因分析。
  在实验中发现洋葱细胞质中的RNA没有口腔上皮细胞中RNA染色明显,主要因为成熟植物表皮细胞内含有大体积的液泡,液泡内不含RNA,,约占细胞体积的90%,因此洋葱细胞质中的RNA着色不明显。
  (4) 三种表皮细胞作为材料优缺点对比。
  在材料改进上,中学实验教材提供的是洋葱的下表皮和口腔上皮,白洋葱的上表皮也适合做为此试验的材料(紫色洋葱的上表皮液泡有颜色,会影响结果观察,不适合作为材料),综上所述,可以为一线教师得到的实验结论是:上皮细胞不需要酸解直接染色,实验结果明显;采用新材料白洋葱的上表皮直接染色4~5 min效果明显。
  3.2 4个实验对促进细胞知识学习的重要价值
  细胞知识的基础就是细胞结构知识,由于极其微观,教师必须借助实验手段帮助学生学习,同时还能激发学生学习的主动性。在实验教学中,还能培养学生综合利用各学科知识的能力,在实验结果分析中必须考虑到生物学、物理学、化学等诸多学科的因素。同学习其他理科一样,生物学的知识也要在理解的基础上进行记忆,但是,初中阶段的生物学还有着与其它理科不一样的特点。
  细胞知识是生物学知识的核心和难点,在教学中,一线教师必须认识其重要性,并认真选择教授的策略和方法,具体的实验能将抽象的细胞学知识形象的展示出来。除此之外,通过从细胞壁到核酸的四个实验,不仅让学生对细胞的基本结构有了较深刻的认识,同时通过质壁分离与复原实验让学生更真切的感受了原生质层的生命动力,还让学生对膜的结构、膜的基本生命活动以及核酸定位有了直观的体会。学生不仅对基础的细胞学知识有了较深刻的理解,同时还培养了实验设计能力、实验问题解决能力以及实验结果分析能力,赋予学生一项有用的工具,对于今后更深奥难懂的生物学知识,学生也可以通过设计简单的实验将知识简单化,提高学习效率和效果。
  4 结语
  生物学是一门实验科学。没有实验,生物学就不可能取得如此辉煌的成就。同样,不重视实验,也不可能真正学好生物课。但是实验不是生物学的全部,它只是帮助学生理解并应用生物学知识的工具,教师要适时地利用好实验教学带给生物学理论知识意想不到的教学效果和教学积极性。
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