观察叶绿体和胞质环流实验的实施与拓展

观察叶绿体和胞质环流实验的实施与拓展

汪敏杰

浙江省平湖中学 314200

摘要：“观察胞质环流实验”是生物教材的一个活动，本实验效果明显，现象有趣，本实验作为观察类实验除了增强学生对生物学学习的兴趣，笔者发现本实验还可适当拓展提高学生科学探究能力，有利于生物学素养的达成。

关键词：胞质环流；科学探究；核心素养

2018年，我国教育部颁布的《普通高生物学课程标准（2017年版）》中已明确指出：生物学课程要求学生积极主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设和发现规律等过程中习得生物学知识，养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，培养终身学习和创新实践的能力^[1]。观察胞质环流这一实验是否只能作为观察类实验，能否挖掘其更多的价值，笔者结合自身教学实际展开了以下探索。

1. 实验开设意义

1. 教材分析

浙科版高中生物（必修一）中《细胞质》部分主要讲述细胞溶胶和细胞器两方面的内容。细胞溶胶是除细胞器以外的液体部分，是多种新陈代谢的主要场所；关于细胞器的内容，重点讲了线粒体和叶绿体这两种细胞器，主要说明这两种细胞器在动植物体中存在的部位、在细胞内的分布、基本结构和主要功能。此外，还简要讲述了内质网、核糖体、高尔基体、中心体和液泡这 5 种细胞器。在活细胞完成各种生命活动的过程中，细胞溶胶和细胞器是相互协调的，各种细胞器之间也是密切联系的。紧接着就安排了《观察叶绿体和胞质环流》实验，以便让学生加深对知识的理解。

（二）激发学生对生物学习的兴趣

笔者在学校附近水域里收集了实验材料黑藻。作为观察类实验之一，本实验操作不复杂，效果十分明显。学生在经过亲手制作装片，使用显微镜，并且看到了清晰的叶绿体存在时体验到了生物学实验的乐趣，感受到生物学的媒力，激发了学习动力。

（三）化抽象为具体

浙科版生物教材本实验在学习了各类细胞器后开展。学生学习了叶绿体、线粒体等各类细胞器。掌握了各个细胞器的结构与功能特点。但学生从书本文字描述和图片对其有一个较为抽象的认知，没有具体的认知。学生能看到叶肉细胞明显的叶绿体，叶绿体是绿色的椭球形，并且叶绿体会沿着细胞壁环状移动，更深刻形象得理解了细胞质不是静止的，是流动的。通过观察活的叶肉细胞学生有了更具体的印象。

二、实验记录

1. 实验材料与器材

黑藻、镊子载玻片、盖玻片、胶头滴管、光学显微镜等

（二）实验过程

事先将观察用的黑藻放在光照充足、温度适宜的条件下培养。将黑藻从水中取出，用镊子从新鲜枝上取一片幼嫩的小叶；实验室，取载玻片，滴一滴干净的水，将小叶放在载玻片的水滴中，盖上盖玻片。制成临时装片。低倍镜下找到黑藻叶肉细胞，再换高倍镜观察黑藻叶肉细胞。注意叶绿体在细胞中的运动和细胞中的其他结构。

（三）实验结果

观察结果表明：黑藻（图一）叶肉细胞中的叶绿体呈绿色扁平的球状或椭球状，大多数叶绿体靠近细胞壁处。观察结果表明：在黑藻叶片细胞中，多数叶绿体是沿着中央大液泡向一定方向作循环流动；同一视野下不同细胞内既有顺向运动也有逆向运动。不同视野胞质环流的速度也有差异。

图一：光学显微镜下的黑藻细胞

三、实验拓展

（一）实验材料的选择

浙科版教材用的是黑藻这一水生高等植物。选择黑藻的原因主要是它的叶片非常薄，细胞层数少。制成临时装片高倍镜下叶绿体清晰可见。但是黑藻这一实验材料并不很容易获得。笔者所在的学校附近水域并没有找到黑藻。有没有实验材料能够就地取材能够替代黑藻，笔者展开了调查与实验。笔者从学校河边捞上来了一些水草。经过筛选，用了以下四种植物作为实验材料。蜈蚣草、水蕴草、水遁草、金鱼藻。

图二：从左上至右下分别是水遁草、蜈蚣草、水蕴草、金鱼藻

笔者分别用以上四种材料得到了以下实验结果。水遁草叶片薄在显微镜下能看到非常清晰的叶肉细胞。并且其叶肉细胞有着很大的叶绿体，数量不多，叶绿体少而大，非常适合用于叶绿体的形态的观察。水遁草叶肉细胞的叶绿体并不是主要分布在靠近细胞壁的位置，与黑藻叶肉细胞有差异。同时也没有观察到胞质环流现象。金鱼藻的叶片呈针状，相对较厚，在显微镜下能看到叶肉细胞的叶绿体，但是由于有多层细胞效果不清晰，只有个别细胞中叶绿体有轻微移动。笔者用蜈蚣草和水蕴草做该实验效果非常好，与黑藻做材料类似，都能看到明显的胞质环流现象。因此笔者认为观察叶绿体及胞质环流现象这一实验不是一定要用黑藻。材料选择是有多样的，教师可以因地制宜就地取材寻找合适的材料。

图三：水遁草实验结果图 图四：蜈蚣草实验结果图

图五：水蕴草实验结果图 图六：金鱼藻实验结果图

（二）探究实验的开发

笔者的学生在实验过程中提出了这样一个疑问“为什么别人的叶绿体胞质环流的速度比我的快？如果放置在黑暗情况下还能否观察到胞质环流现象？”对于这两个问题，笔者也没有把握来回答，于是由此疑问引导学生来开发一个新的探究课题，通过已有的认知，来进行大胆的假设，根据假设去搜集资料并设计实验方案。学生开展了两个课题：1、探究黑藻叶片的衰老程度与胞质环流速度的关系2、黑暗处理黑藻对其胞质环流速度的影响

第一个课题，学生从同一株黑藻上取了新叶和老叶制成临时装片观察，发现能看到新叶的胞质环流速度明显要快。分析：新叶的生命力强，代谢旺盛，所以新叶胞质环流速度快。此外还观察到在叶中脉的胞质环流速度明显地快与其他位置。分析：叶中脉由于水分交流活跃，水分进出多且水分充足，所以胞质流速快。

第二个课题，学生分别黑暗处理黑藻3天，对照组至于自然光照下。然后用其制作装片观察。发现黑暗会影响胞质环流速率。黑暗处理3天的一开始胞质环流速度明显小于对照组，但是在显微镜上放置一段时间，由于显微镜自带光源，它的胞质环流速率会恢复。分析：黑暗条件下黑藻没法进行光合作用，总体细胞里面的代谢反应变弱，胞质环流速率自然下降，但是当恢复光照时，随着正常的生命活动的进行，胞质环流速度能够恢复。

笔者在这一观察类实验的基础上尝试与此相关的探究类实验的拓展。在此过程中的各个环节都能促进其科学思维的发展，锻炼科学探究能力，更全面地理解胞质环流这一现象，体会“生物会对外界刺激做出反应”，领悟生命的观点。

四、实验思考

（一）科学思维、科学探究能力的培养

“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力^[1]。在高中生物教学活动中，教师要通过各种探究活动培养学生的实证意识和寻求证据的能力，同时也要指导学生依据生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，对生物学问题进行思考或展开探究。在实验开展过程中，提出问题、合理假设、构想实验方案以及对实验结果的分析等环节中都能够促进科学思维的发展。笔者在开展观察叶绿体和胞质环流实验中没有预设到学生会展开这么多联想，当学生提出这质疑时，他本身就有了好奇心和求知欲，此时教师可以适当的引导学生来开发一个新的探究课题，引导学生通过已有的认知，来进行大胆的假设，根据假设去搜集资料并设计实验方案，最终实施实验并对实验现象进行观察记录，分析总结得出实验结论。在这个过程中锻炼了学生的科学思维以及科学探究能力。课程目标要求学生掌握科学探究的思路和方法，形成合作精神，善于从实践层面探讨或尝试解决现实生活的问题^[1]。教师在实验教学中留意学生提出的问题，可以开设一些可实施的课题。

2. 教师自身专业发展

笔者在开展这个实验的过程中也碰到了很多问题。比如胞质环流的方向问题。胞质环流的方向与什么有关，有无规律。学生问的黑暗会不会影响胞质环流速率，由此继续深入探讨光照强度与胞质环流速度的关系。这些问题都是笔者之前从未考虑过的。教师在平常教学中要关注学生提出的一些问题，尤其是一开始心里没有答案的问题，在探讨过程中会大有收获。对于书上的实验教师可以适当改进，比如这个实验中对于实验材料的选择，不一定一定要选择黑藻。水遁草非常适合观察叶绿体形态，蜈蚣草、水蕴草有十分明显的胞质环流现象。实验材料可以创新，怎样做效果最好，怎样做操作更简洁这都需要教师去思考，去实践，而在这个过程中自身实验教学水平必然有提升。

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（2017年版）[S]. 人民教育出版社,2018.