试论高中生物实验分析的一般方法及能力培养

试论高中生物实验分析的一般方法及能力培养

陈丽华

四川省营山县第二中学陈丽华

一、实验分析的一般方法

在高中生物实验教学过程中，我们经常发现不少学生只重视实验结果，不重视分析结果；只满足于实验的成功，而不愿对实验失败的原因进行分析。造成这种现象的原因，除了是学生对实验的根本目的缺乏深刻的认识而外，不懂得如何分析实验、没有掌握实验分析的一般方法是非常重要的因素。生物学是一门实验性很强的学科，在实验过程中会有多种因素影响、干扰实验结果，致使实验失败。此时，实验分析就显得很重要：一方面，可以找出并排除影响因素，使实验重做获得成功；另一方面，还可以总结出经验教训，甚至可能还有意外的收获、新的发现，这在科学史上是不乏其例的。因此，尽管现行高中生物教学大多没有明确实验分析这一目的，而且实验也比较简单，笔者觉得，在高中生物实验教学中，除了使学生达到提高动手能力、了解实验原理和方法、验证所学知识这些目的以外，教育学生辩证地看待实验的成功与失败、教给学生进行实验分析的一般方法、初步培养学生实验分析的能力还是必要的！

㈠实验分析的一般方法——“四步分析法”

笔者在实验教学过程中，注重培养学生实验分析的能力，并就实验分析的方法进行了初步探索，总结归纳成了“四步分析法”，即从取材、药品与试剂、步骤及操作、显微镜的使用四个方面对实验进行分析的方法。

１.第一步：取材分析

正确取材是实验成功的第一步。有的学生实验失败的原因，往往是取材不正确而引起的，因而在实验分析时，要首先考虑取材是否正确。例如，实验一“观察植物细胞的有丝分裂”（以下简称“实验一”）中，准确切取洋葱根尖生长点部位，是实验成功的前提。一些学生制成的装片中往往看不到或看到很少的分裂相细胞，就是因为切取部位不正确导致的，即没有选准根尖的生长点部位。实验二“观察植物细胞的质壁分离和复原”（以下简称“实验二”）中，取材部位应该是在新鲜的洋葱鳞片叶外表皮的紫色较深处。而在内表皮或紫色很浅的部位取材，往往观察不到或仅有很少紫色液泡。实验三“观察根对矿质元素离子的交换吸附现象”（以下简称“实验三”）中，剪取的是有活性的根，如果是死根、烂根，则观察不到预期的结果。实验四“叶绿体色素的提取和分离”（以下简称“实验四”）中，选取的时片要肥厚、色浓，而老叶、发黄的叶子则不能选取。

２．第二步：药品与试剂分析

药品与试剂的量、浓度、纯度等都是影响实验正确结果的重要因素，要逐一检查，不能忽视。

⑴关于量的问题。有些实验对药品与试剂的量有一定的要求，如实验四中，丙酮、层析液的量就要按规定使用：提取５ｇ叶片中的色素，用２ｍｌ丙酮是适中的，若丙酮过多，会使色素浓度降低，减少滤纸条上色素的量，使分离效果不明显；若丙酮少了，色素提取又不充分。色素分离时，向烧杯中倒入层析液时，其量的标准是液面不能超过１ｃｍ（距烧杯底），否则将没及滤纸条上的滤液细线，色素就迅速溶解到层析液中去了，结果在滤纸条上得不到相应的色素分离图谱。

⑵关天浓度问题。实验中，规定的浓度，都是人们经过多次试验后，认为最适合的。实验员在实验前配制药品与试剂时，浓度要配准，否则将会影响学生实验。如蔗糖溶液浓度较高时（高于３０％），会使细胞因发生强烈质壁分离而失水过多，细胞死亡，不能复原。亚甲基蓝溶液在配制时，要求更高，浓度高一点点，就会影响根的活性。

⑶关于纯度问题。有的实验如实验三对试剂的纯度有较高的要求，如果所用蒸馏水中混入杂质阳离子，或用自来水代替，则漂洗时，不仅洗去了浮在根细胞表面的亚甲基蓝阳离子，而且也会把吸附在根细胞表面的亚甲基蓝阳离子交换下来；在对比实验中，含杂质阳离子的蒸馏水也会变蓝。

３.第三步：步骤及操作分析

步骤及操作是否正确是影响实验结果的主要因素，故应重点分析，主要有以下三种情况。

⑴漏做某个实验步骤。实验步骤不能少，如实验一中，根尖用１０％盐酸解离后，若不经漂洗直接染色，则染色效果极差，因为根尖上附着的盐酸将和碱性染料起中和反应，从而影响着色；制片时，用镊子尖把根尖开碎，这一步也易漏掉。

⑵操作方法错误。在具体操作某个步骤时，没有按规定的操作方法做，肯定会影响实验结果。如临时装片制作时，有的学生将盖玻片直接放在清水滴上，这样制成的装片中，气泡较多，严重影响观察。

⑶操作不严格。如解离、染色时间不够，漂洗的时间或次数不足。制作洋葱表皮临时装片时，未将清水滴中卷起的表皮平展开来；做质壁分离复原实验时，滴入清水的次数少，滤液细线划得不细不齐都会对实验果有一定的影响。

４.第四步：显微镜的使用分析

需用显微镜的实验，有时会因为显微镜的操作，镜头污染等问题，而影响观察，看不到已经出现的现象或结果。显微镜的操作要按一定的程序进行，如对光程序、高倍镜观察程序等。有的学生不按程序操作，结果既耽误了时间，又观察不到相应的结果，而且易损坏显微镜。例如常有学生在用高倍镜观察时，把盖玻片压碎了，弄脏了镜头，就是由于这些学生在下降镜筒时，眼睛看的是目镜而不是物镜，这样，镜筒下降到什么位置就不知道了。正确的程序应该眼睛看着物镜，同时下降镜筒，让物镜接近装片，然后眼看目镜、调节细准焦螺旋直至观察到清晰物像。此外，目镜或物镜头被严重污染、焦距没有调好、放大倍数不够、视野较暗、标本不在通光孔的中心位置等诸多因素，都会直接影响观察。

以上介绍的“四步分析法”紧扣教材，贴近学生的知识水平，符合学生的思维习惯，容易被学生接受并掌握，而且经过尝试，也取得了良好的效果。因此，该方法可以作为高中生物实验分析的一般方法。

㈡“四步分析法”的应用

“四步分析法”可以在实验课上讲授，也可以在实验（理论）专题复习课中讲授。在具体的实验分析或解题过程中，既可顺次运用，亦可综合运用，具体问题，灵活分析。

二、实验教学中的能力培养

生物学是一门实验性科学。对高中学生来说，生物实验教学主要包括常见的仪器、器具、药品的使用能力，还有对实验程序的理解能力，对实验结果的分析能力，对实验中出现的异常情况的处理能力等。

㈠让学生明确仪器的原理和药品的特性，是培养学生使用它们的能力的基础。

对仪器的原理、药品的特性不了解，使用起来就会带有盲目性，就不可能形成使用能力。例如，学生对低倍镜和高倍镜的选择上，经常不能根据观察对象的特点和观察目的进行合理的选择来使用，学生常常由于好奇心的驱使和对低倍镜、高倍镜特点的无知，总是一上来就用高倍镜，认为高倍镜总比低倍镜观察清楚。这种盲目性，是由于学生不了解显微镜的基本原理，不了解高倍镜放大倍数大，分辨率高，但所看到的实际面积小，即视野小。而且倍数越高，看到材料的厚度就越薄，高倍镜适宜观察局部和细节。低倍镜所看到的面积大，适宜观察材料的整体结构，以及寻找观察目标。只要学生了解了这些基本原理，才能正确选用低、高倍镜。由低倍镜换高倍镜时，如果图像不太清晰，只需调节细准焦螺旋，就可以看清图象了。至此学生只有了解了上述的基本原理和操作方法，才能正确使用高倍镜。

总而言之，教师要善于把实验仪器及药品性质、使用原理讲清，这对提高学生使用它们的能力大有好处。

㈡培养学生善于分析实验程序

一个较为复杂的实验过程是设计人员长期辛勤劳动的结晶，它往往是经过几十次甚至上百次的反复摸索。所以，学生实验中，不能单纯地用实验指导进行“按方抓药”出现结果就行了。而要指导学生去分析实验中每一步骤的作用，每一个处理意义以及各步骤之间的联系，从中学习解决问题、研究事物的方法。例如，在观察植物细胞有丝分裂实验过程中，大致为：培养→10﹪HCL解离→漂洗→染色→压片。要让学生了解根尖放在10﹪HCL溶液中是为了溶解细胞间的果胶质，使根尖细胞间变得松散，便于压片，否则根尖细胞很难压散，不利在镜下观察。另外，通过10﹪HCL的处理，使细胞迅速死亡，让细胞分别保留各自的分裂状态。漂洗是为了冲洗解离液（10﹪HCL），否则影响染色效果。因此，在实验中，应根据学生程度和涉及原理的难易不同，由教师讲清或提出问题让学生思考，使学生既知道实验应怎么做，也知道为什么这样做。

㈢培养学生善于分析实验现象

在实验中，经常存在着对实验最后结果的记录，而轻视对实验过程中间出现某些现象的记录，重视结果而不重视分析结果，重视对成功实验的肯定，而不重视对实验中的失败查找原因等现象。这不利于学生实验能力的提高。例如，在观察植物有丝分裂的实验中，在显微镜的某个视野中，要让学生了解为什么看到的细胞多数为间期的细胞。在质壁分离和复原的实验中要让学生了解液泡的体积大小、颜色变化如何。在叶绿体中色素提取和分离实验中四种色素彼此分离的原理是什么，这一原理单靠高中教科书中的知识还不够，应让学生了解滤纸是一种吸附剂，层析液是一种展开剂，四种色素的化学结构和性质不同，它们在滤纸上吸附能力不同，在层析液中（展开剂）溶解度不同，因此，四种色素随着层析液在滤纸条上的扩散速度就不同，胡萝卜素溶解度大而吸附力小，扩散速度快，叶绿素b溶解度小而吸附力大，扩散速度则慢。在实验中，因某种原因，个别学生的实验结果不明显或失败，老师应指导学生查找原因。如叶绿体中色素提取和分离的实验结果四条色素带部分或全部不明显，老师可提示：（1）是否丙酮用量过多，滤液太稀；（2）是否用的新鲜叶，是否用的全部是幼嫩的叶；（3）划滤液细线时是否重复的次数少了一些；（4）层析时滤纸条上的滤液细线是否被层析液没及过。在质壁分离和复原的实验中，有的学生很快就观察到质壁分离和复原现象。但有的学生虽然在步骤方法上都按要求进行了，但没有发现质壁分离现象，教师应启发学生寻找原因：取下的表皮是否是死亡的角质层细胞？是否由于未用蔗糖溶液浸泡材料？是否蔗糖溶液被原清水稀释而造成浓度不够？是否视野太亮，反差度小而未能看清？还有的学生虽然质壁分离了却不能复原，教师也询问一下，是否蔗糖溶液浓度自行加高了？是否质壁分离时间太久而造成细胞死亡？

总之，在生物教学过程中，教师应加强对学生的能力的培养，定会事半功倍，全面提高教学质量。