洋葱鳞片叶表皮细胞的结构实验设计

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“观察洋葱鳞片叶表皮细胞的结构”为苏教版初中生物学教材七年级上册第３章第１节“植物细胞的结构和功能”一节的学生实验，其目的是让学生通过制作洋葱鳞片叶外表皮细胞的临时装片并用显微镜观察，阐明植物细胞的基本结构并说出各部分结构的主要功能，建构“细胞是植物体生命活动的基本单位”这一重要概念。然而，在实际的实验教学中发现，一是所选实验材料比较单一，学生会产生疑问：洋葱其他部位的细胞及别的植物细胞也是这样的吗？二是在正常情况下，由于植物细胞的细胞膜与细胞壁紧贴在一起，在光学显微镜下是很难观察到的；第三，紫色洋葱鳞片叶的外表皮液泡比较大，细胞核不明显，低倍镜下不易观察到，且洋葱鳞片叶的外表皮没有叶绿体，低倍镜下不易看到细胞质的流动，这对学生建构植物细胞概念缺少事实性的支撑；第四，对于初一刚开始学习生物学知识的学生来说，由于缺乏相关的基础知识，在绘制植物细胞简图过程中，除了看到的结构外会误认为其他部分是空的，植物细胞是近似六边形或长方形的平面结构等，这些疑问或错误的认知影响学生对重要概念“细胞是生物体结构和功能的基本单位”的建构和深度理解。笔者认为，学生科学概念是建立在对充足的材料进行观察和比较的基础上。为此，本文通过丰富实验材料、拓展实验内容和优化实验方案，让学生在大量直观感知的基础上，围绕所观察到事实的共同属性和本质特征，通过抽象和概括，建立和理解植物细胞的概念。

１实验的优化拓展

１．１丰富实验材料除了教材上洋葱鳞片叶以外，一是增加木耳菜、菠菜、韭菜等，这些蔬菜基本上一年四季都有，而且容易撕取，获得的表皮面积大，特别适合初学者尝试；二是增加葫芦藓、水绵等低等植物观察，葫芦藓的叶片比较薄，仅由一层细胞构成，水绵为多细胞丝状结构个体，这两种材料可以直接制成装片，且分布广泛，容易获取。

１．２拓展实验内容教材上观察紫色洋葱鳞片叶的外表皮，学生可以观察到细胞壁、细胞质、紫色大液泡，增加对内表皮细胞的观察，通过碘液染色，学生很容易观察到细胞核。增加一个紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离的演示实验，通过希沃白板技术实时投影到大屏幕上，或者教师课前制作，让学生观看视频，学生可以直观看到植物的细胞膜结构；制作并观察木耳菜、菠菜或韭菜等表皮细胞临时装片，目的是让学生发现不同的植物细胞其结构基本相同；制作葫芦藓或水绵等细胞结构的临时装片，重点是让学生观察绿色的叶绿体；观看高倍镜下黑藻叶片细胞质的流动的视频。

２实验教学的实施

２．１制作并观察植物细胞装片引导学生回顾前面已学习的制作临时玻片标本的一般步骤：擦、滴、取、展、盖、染（染色不是必需的基本步骤）、吸，小组成员分工合作，分别制作紫色洋葱鳞片叶的内表皮和外表皮细胞临时装片、木耳菜或菠菜或韭菜叶片上表皮（或下表皮）细胞临时装片、葫芦藓或水绵细胞结构的临时装片。学生把制作好的各种临时装片依次放在显微镜下观察。对于初一刚开始学习生物学知识的学生来说，缺乏对微观世界的辨识经验，引导学生结合植物细胞模式图的挂图，仔细辨认显微镜视野下细胞的各部分结构。首先通过观察紫色洋葱鳞片叶的内、外表皮细胞临时装片和观看紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离实验，学生直观感知洋葱鳞片叶表皮细胞都具有细胞膜、细胞质、细胞核、细胞壁和液泡等结构（图１）。接下来是观察木耳菜或菠菜或韭菜叶片上表皮（或下表皮）细胞临时装片，学生可以发现不同的植物细胞其结构基本相同（图２）。最后观察葫芦藓或水绵细胞结构的临时装片，学生会发现低等植物和高等植物，其细胞的基本结构具有高度的统一性；除了基本结构以外，学生还可以观察到叶绿体（图３），这样学生初步形成植物细胞概念。

２．２画出植物细胞的平面结构引导学生依照在显微镜下观察到的细胞形态和结构，用铅笔画一个细胞的结构简图。学生展示、交流自己绘制的细胞结构图（图４），归纳植物细胞的形态和结构。引导学生对比植物细胞模式图并思考：在植物细胞内，除黑点状的结构外，其他部分是空的吗？教师呈现线粒体、内质网等电镜照片及植物细胞亚显微结构示意图，目的是让学生明白，由于使用的是低倍的光学显微镜，放大的倍数较低，导致许多细微结构无法观察到。

２．３制作植物细胞的结构模型在学生认为已经完全认识细胞结构后，教师展示细胞的立体模型，引导学生对比细胞模型与自己画的细胞结构图的区别，学生观察发现，原来洋葱表皮细胞不是近似长方形，而是近似的长方体；细胞核不是小的圆形，而是球状［１］。为了加深对立体结构的认识，教师提供硬纸板、彩色超轻黏土（或橡皮泥）、胶水等材料，小组动手制作植物细胞模型（图５）。小组展示、交流，完成对细胞从平面到立体的认识，并将其在概念形成过程中的思维发展以“可视化”的模型直观呈现，也是对学生较高层次思维发展的锻炼［２］。当然，学生在宏观展现“细胞”微观世界的过程中也体验到了成功的快乐，激发学生学习生物学的兴趣。

２．４形成动态的植物细胞系统认知学生通过显微观察、画图、制作模型，逐步形成细胞各结构→细胞的平面结构→细胞的立体结构的认知。教师设疑引思：细胞内的结构是静止不动的吗？细胞各部分结构具有怎样的功能？播放高倍镜下黑藻叶片细胞质的流动视频，教师适时拓展，细胞是最基本的动态生命系统，是生物体进行新陈代谢的基本单位，要不断地与周围环境进行物质交换，细胞质的流动能够加速细胞与外界环境物质运输与能量交换，有利于细胞内各种生命活动进行。教师还可以通过打比方，如果把一个植物细胞看成一个完整的现代化“工厂”，那么“生产产品的车间”就相当于细胞质，其中线粒体就是工厂的“动力车间”，叶绿体是“有机物制造车间”等等，让学生形象地理解细胞各结构的功能。还可以结合一些实例（例如，红苋菜放在清水中清洗，清水不会变成红色，但若放入沸水中烫一下，水很快变成红色，这主要与植物细胞的什么结构有关？捏挤洋葱鳞片叶有辛辣的汁水流出、切西瓜有甜甜汁水流出等，这些汁水来自于植物细胞的什么结构？“种瓜得瓜、种豆得豆”，植物繁衍后代由细胞的什么结构控制？等等），通过知识的运用来深化对细胞各结构的功能的理解，同时初步渗透结构与功能观。细胞各结构的具体功能在后面的学习中，学生会逐步深入，此处不宜过度拓展。至此，学生认识到植物细胞是一个高度有序的、动态的生命系统。

２．５建构植物细胞的概念体系基于实验的生物学概念教学不应仅仅停留在让学生记住一些零散的生物学事实、碎片化的知识，还要引导学生依据概念间内在的逻辑关系架构一个完整的知识框架体系。引导学生对观察到的感性认识归纳、整理，建构概念图，再进一步抽象和提炼，最终形成“细胞是植物体结构和功能的基本单位”这个重要概念（图６）。

３实验教学反思

科学探究是学生学习生物学的重要方式。《义务教育生物学课程标准（２０２２年版）》倡导生物学课程高度关注学生学习过程中的实践经历，建议教学要重视概念的主动建构。本节实验教学就是在此理念下，引导学生“做中学”“用中学”“创中学”，学生在实验探究中发现大量的、具有代表性的事实，为科学概念的建构提供了有力的支撑，从根本上把握概念形成的来龙去脉，既加深学生对生物学概念的理解，促进知识的迁移应用，又提升了科学探究能力，更加激发学生探索生命奥秘的兴趣［３］，这正是实验教学的根本所在。

主要参考文献

［１］赵广宇，张良，罗诗语．“细胞基本结构”的概念教学设计［Ｊ］．生物学通报，２０１６（７）：２０２３．

［２］袁艳华．基于“做中学”的“植物细胞的结构与功能”的教学设计［Ｊ］．生物学教学，２０１５，４０（９）：３３３５．

［３］中华人民共和国教育部．义务教育生物学课程标准（２０２２年版）［Ｍ］．北京：北京师范大学出版社，２０２２：３６３７．■

作者:周海英 罗玲 单位:淮阴师范学院生命科学学院 江苏省泗洪县教师发展中心