1甘肃省基础教育课程改革专项研究课题批准文号：甘教规办200507 号。中学生物实验的拓展与研究实 验 报 告课题负责人：张宝元 课题组成员：王春林 靳卫东 刘宗巨 王娟娟 张 斌 唐玉梅2008 年 9 月2成果简介：经过对“中学生物实验的拓展与研究”的开展，探索出了一些适合本地特色的高中生物教材中实验教学的可行方法，我们在 2007 级学生的生物实验教学中进一步应用，使这一课题研究成果得到再一次的检验。总结出一些成功实验教学经验。这些经验将直接指导我校高中生物实验教学，同时我们也力求和兄弟学校进行交流，使之得到进一步完善。撰写了一些关于中学生物实验教学理论与实践相结合的论文，9 篇论文获得由教科所等部门组织的教育教学评比一、二、三等奖，有多篇论文发表于中学生物教学 、 中学生物学 、 科学教育等期刊。整理出了一册关于高中实验改进和拓展教学的校本教材读本，我们拟在本课题经上级主管部门鉴定之后，再进行必要的完善和修改，作为嘉峪关市第一中学校本教材中学实验教学的改进与拓展在我校使用，这将填补我校生物校本教材的空白。3研究背景：随着新一轮高中生物新教材的进一步实施，课题组成员在总结新、旧版教材的基础上做了大量的前期准备工作，从课题研究的背景，到课题研究的意义进行了充分地论证，大家一致认为前期准备工作基本就绪，申报的时机已经成熟。非常荣幸的是 2005 年 10 月，经省课题教育科学规划领导小组批准，本课题被列为甘肃省基础教育专项课题，因此接到“立项通知”后，课题组立即完成了， 开题报告 ，及时上报省教育科学“十五”规划领导小组办公室，至此课题研究走上了一条规范的道路。为了充分体现新课程标准对学生实验和探究性学习活动的要求，本课题的研究分三个阶段实施，并在实施过程中大力借鉴了将要在全省推广实施的新一轮教材以及国外教材的先进经验。本实验报告主要着眼于实验材料、实验方法、实验实施步骤以及课外科技活动与实验教学相结合等几个方面进行了论述。课题研究的思路、方法、和实施步骤：课题负责人长期在中学生物教学一线从事教学工作，致力于中学生物教学探索与研究工作，具有深厚的生物学知识功底和较强的教育、教研研究水平，近几年有多篇研究报告和论文获奖、交流和发表。有能力组织课题组各成员积极开展本课题研究工作。结合课题组成员的具体教学，按照教学周期分为三个阶段。课题研究成果：第一阶段的课题研究成果（2005 年 6 月2006 年 7 月）4中学生物学的实验特点是：大多数实验材料需要自己采集，培养，选定。许多实验由于实验材料选择不当而告失败，在众多的实验材料中，筛选出适合中学生物学实验的最佳材料，是实验成功的关键。这就需要在实验中去发现，本阶段主要侧重于对实验材料的探索与研究。在此期间使用大量的实验材料做了“植物细胞的有丝分裂” 、 “光合色素的提取与分离” 、 “酶的活性测定” 、 “三大营养物质的鉴定”等实验，取得的研究成果主要有：1课题组成员靳卫东老师辅导的学生论文“对光合作用的若干探究”在2005 年嘉峪关市科技创新评比中荣获三等奖。2课题组成员唐玉梅老师撰写的论文“浅谈如何提高中学生物课堂教学的效率”在 2005 年 9 月甘肃省教育教学论文评比中荣获一等奖。3课题组成员唐玉梅、靳卫东老师撰写的论文“对高中生物必修教材部分实验的改进”在 2005 年 9 月甘肃省教育教学论文评比中荣获二等奖。4课题组成员靳卫东老师辅导的学生论文“动植物标本采集与制作技术实践”在 2005 年嘉峪关市科技创新评比中荣获二等奖。5课题组成员靳卫东、唐玉梅老师辅导的学生论文“探究细胞膜的选择透过性”在 2006 年 9 甘肃省科技创新大赛评比中获一等奖。除此而外，还有多篇论文校内、全市进行了推广和交流，对推动全市中学生物实验教学迈上新台阶奠定了良好的基础。第二阶段的课题研究成果（2006 年 8 月2008 年 1 月）5好的实验效果能够调动学生学习的积极性。在学生做实验之前，老师就应该反复练习，对实验过程中可能出现的各种问题和现象事先有所预见，这样，指导学生才能做到心中有数，取得较好的实验效果。各个学校的实验条件各不相同，可以因地制宜，根据现有的实验条件对实验的方法和步骤作适当的改进和提高，以达到最佳的实验效果。在这一阶段我们主要侧重于对实验方法和步骤的探索与研究。不断积累实验经验，丰富指导和驾御课堂实验教学的能力。此期间做的实验主要有 “减数分裂” 、 “DNA 分子的提取与鉴定” 、 “水中微生物的观察” 、 “植物组织中淀粉粒的观察” 、 “植物细胞质壁分离及渗透压测定”等实验。在此过程中拍摄了大量的显微照片，同时有多篇研究论文和实验报告发表或获奖。1课题负责人张宝元撰写的实验研究论文“日本高中生物教材介绍” 发表于中学生物教学 。 2006 年 10 月2课题组成员靳卫东老师撰写的论文“浸制标本的采集和制作”在 2006年 12 月甘肃省教育教学论文评比中荣获二等奖。3课题负责人张宝元及靳卫东老师撰写的实验研究论文“过氧化氢酶活性的定量测定”发表于科学教育2007 年第 4 期。同时在 2007 年 5 月第十四届全国中学生物教学论文评比中荣获一等奖。4课题组成员唐玉梅、张斌老师撰写的论文“植物细胞质壁分离和复原的实验改进”发表于科学教育2007 年第 4 期。同时在 2007 年 5 月第十四届全国中学生物教学论文评比中荣获二等奖。65课题负责人张宝元撰写的实验研究论文“合色素的提取与分离实验改进点滴”在 2007 年 6 月全国生物新课程理论与实践评比中获二等奖。第三阶段的课题研究成果（2008 年 2 月2008 年 8 月）课题负责人张宝元负责完成了课题研究结题报告 ，报告全面总结了课题的论证与立项和课题研究的两个阶段所取得的成果，分析了课题研究的意义和带给我们的启示，反思了课题研究中的不足和存在的问题，提出了改进的意见和建议，并确立了今后的研究方向，对于今后如何进一步搞好高中生物实验教学提供了可供借鉴的理论与实践经验。这一阶段主要是对前两个阶段积累的资料进行搜集和整理，完成“中学生物实验的拓展与研究”的结题报告，同时对拍摄到的大量显微照片进行处理，制作了大量高质量的幻灯片，并及时推广应用于课堂教学，受到学生的普遍好评。同时，还有“实验教学研究点滴” 、 “实验材料的采集与应用” 、 “实验材料的地域性与时效性”等论文正在投稿与参评当中。相信在此基础之上将会有更多的研究成果出此于我们之手，并广泛推广于生物实验教学的前沿阵地。课题研究过程：改进型实验篇1 植物细胞有丝分裂的观察1.1 提出问题 有丝分裂实验既是中学实验教学的重点，也是难点。但是，日常教学中存在的问题是培养洋葱时不易生根，而且细胞分裂相较少，在制作的装片上很难7找到处于分裂期的细胞。本实验的研究目的就是力求改进实验的上述环节以达到实验的预期目的。1.2 实验材料 洋葱种子（2n=16） ，豌豆种子（2n=14） 。1.3 实验药品 醋酸洋红液（洋红 1g 溶于加热的 45ml 的醋酸溶液中，加水至 100ml） ，1N盐酸，醋酸 Dahlia 溶液，固定液（酒精:冰醋酸=3:1） 。1.4 材料培养 我国中学生物教科书中，一般要求采用洋葱的鳞茎，水栽培法来培养根。但受季节及其他因素的影响，有时不易出根或出根后生长缓慢，处于分裂期的细胞较少。而选用植物的种子，采用“种子发芽法”培养根，既省时，实验效果也明显。1.5 实验方法 1.5.1 根尖的培养 取一个直径约 9cm 的培养皿，将吸水纸在自来水中浸湿，在培养皿中铺两层，将 100 粒左右的洋葱种子(或豌豆种子)均匀洒在吸水纸上，盖上皿盖,放在室温 2025的地方，大约 45 日便可以使用。1.5.2 装片的制作 将材料放入醋酸 Dahlia 溶液:1N HCl=7:3 的混合液中，室温（2030）1015 分钟固定，解离，染色一次完成（或者在染色之前将材料用 0.1%秋水仙素溶液室温处理 1 小时，然后转入冰箱中冷藏一昼夜，可以观察处于中期的染色体形态和数目，图 1 示） 。制片方法与教材中的方法相同。观察（倍率为 400 倍） 。对分裂期相对明显、染色体形态较为完整的细胞进行显微照相(图 3 示)。1.6 实验结果 细胞分裂各个时期的剪贴图片(图 1 表示)。洋葱体细胞染色体数为 16 条。8均为大型的染色体。有丝分裂间期 有丝分裂前期 有丝分裂中期有丝分裂后期 有丝分裂末期 秋水仙素处理后的中期图 1细胞有丝分裂的过程图 2教材中的植物细胞有丝分裂图片91.7 结果分析:本方法实验的优点：细胞分散良好，分裂相较多，便于学生观察。如图 1与图 2 形成明显的对照。增加固定这一环节，除快速杀死细胞外，还尽可能地使细胞内染色体的形态和结构保持在接近活体时的状态，可以不受时间的限制，随时完成实验，更能及时弥补首次实验可能出现的失败，即使失败，重做一次也不超过 10 分钟。固定时剪取根尖的长度为 12cm，这样，便于操作，还可以避免实验中材料的丢失。在热水浴中解离时间较短，对染色体的形态和分布影响较小。用种子培养根，一般不受季节限制，随教学进度即可实施。制作装片的时间缩短，有充足的时间观察。1.8 注意事项：培养根时，种子数量不能过多，要勤换水，水分量应适中，使根始终处于生长旺盛状态。取材最好在上午 1012 时选择 13cm 长的根，此时此区段的根生长点细胞分裂最旺盛。(表 1 是一天中不同时刻、不同次实验过程中处于分裂期细胞数目的统计结果，图 3 是最佳时期的 1 张显微照片)。压片时盖玻片下的水分量应适中，过多材料会随水流走，过少细胞分散不充分或气泡被封入其中。其它材料介绍：除此之外，大蒜、葱、韭菜、蚕豆、萝卜都是较好的实验材料。1.9 其它实验方法:（见附件材料）10表 1:时间(时) 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18细 胞 总 数(个 )200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 2001 12 17 23 38 29 22 10 14 17 15 112 12 18 15 36 34 22 12 15 18 12 123 11 16 22 39 27 24 11 11 20 11 94 13 17 23 32 30 22 10 12 17 13 105 15 19 25 41 37 25 13 13 19 11 126 10 15 23 33 30 24 13 12 15 10 97 12 16 22 37 34 24 11 12 18 12 118 13 18 27 36 32 20 9 11 16 13 109 15 15 20 34 28 21 12 13 20 12 810 11 12 15 28 23 18 10 9 12 8 611分裂期细胞个数(个)13 16 22 33 29 23 11 15 18 13 9平 均 数 12.5 16.4 21.5 34.8 30.3 22.3 11.2 12.5 17.3 11.8 9.7百分比(%)6.3 8.2 10.6 17.4 15.2 11.2 5.6 6.3 8.7 5.9 4.9图 3 显微照片112 光合色素的提取与分离2.1 实验材料龟背竹叶片、蓉树叶片。2.2 实验试剂提取液 （酒精:丙酮3:1 的溶液） 分离液 （甲苯） 石英砂2.3 实验器具试管、试管塞、研钵、滤纸条若干、剪刀、钥匙、毛细吸管、试管架。2.4 实验方法(1)将 5g 背竹叶片用剪刀剪碎放入研钵中，并加入 2 钥匙石英砂充分研磨。(2)向研钵中再加入