让孩子像科学家一样思考——生物实验教学中的意外发现

马文净

草履虫

培养液

实验

柱头

花粉

自制

子叶

百合花

菠萝蜜

假设

不是非要学生成为生物学家或是选择相关的专业，而是希望他们拥有像科学家一样思考的能力。

这个学期在开展初中生物实验教学的过程中，我发现了一些有趣的事情。

一、像科学家一样通过观察现象发现问题、分析问题、做出假设、设计实验

卓刀泉中学张宝红老师拍摄

问题1：为什么他能观察到这么密集的草履虫，而我找一只都困难？ 对于问题1的假设。

假设1：他的手气好，恰好吸取了那么多草履虫。

假设2：他吸取草履虫培养液的位置和我不一样。

显然假设2的可能性比较大。

我按教材上的提示，“从草履虫培养液的表层吸一滴培养液”，因为草履虫具有趋光性和趋氧性，所以在表层吸取的培养液中含有草履虫的可能性比较大。

他吸取培养液的位置在哪里呢？我可以直接问他，也可以自己先试试。

难道在培养液最底层？试一试！ 实验设计：吸取草履虫培养液底层的液体进行观察。 实验结果：成功了！ 为什么教材上提示：“从草履虫培养液的表层吸一滴培养液”，实际操作却不尽人意？生物教材出错了吗？

查阅资料：因为草履虫具有趋光性和趋氧性，所以在表层吸取的培养液中含有草履虫的可能性比较大。

那为什么底层培养液中草履虫的数量更多？

接着做出假设：

假设1：草履虫快死了沉下去了。

假设2：草履虫要逃避表层的某些东西。

假设3：草履虫喜欢底层的某些东西。

结合观察：

草履虫仍在快速游动，有活力；

草履虫培养液表层并没有发现任何对它有害的物质或生物；

烧杯底层有营养物质的残渣；

烧杯中长期未加任何草履虫的食物。

草履虫大概率是需要营养物质因而聚集到底层。

继续设计实验：如果在烧杯中加一层富含食物残渣的玻璃板，草履虫应该会聚集到那块玻璃板上。有待继续实验、研究……

卓刀泉中学七（1）班学生实验照片

问题2：为什么他能用碘液把菜豆种子的子叶染上这么深的颜色？我怎么做不出来？ 观察现象：被染上颜色的两个地方都有凹陷和刺破的痕迹。

做出假设：可能子叶内的物质含有淀粉，遇到碘液变蓝。

设计实验：用刀片削去子叶表面，再滴加碘液，观察颜色。

右边的子叶被削去表面后遇碘液变色

蚕豆的子叶遇碘液也会变蓝

接着思考：双子叶植物的种子，子叶中也有淀粉。有没有淀粉含量更丰富、实验现象更明显的种子？

在有一次吃菠萝蜜的时候，灵光乍现，我剖开了菠萝蜜的种子，并在剖面滴加碘液。

菠萝蜜种子的剖面呈现深蓝色，实验效果非常明显。知网论文中有说菠萝蜜种子中淀粉含量约为40%到60%，还含有蛋白质。煮熟后口感真的不错哦。实验成功了！（菠萝蜜种子太滑，不好剖，容易划伤手。不建议学生尝试。）

但是，我没有看见它的胚芽、胚轴和胚根。很可能是我切偏了，没有剖到正确的位置。

怎样才能准确找到菠萝蜜种子的胚芽、胚轴和胚根？根据之前的实验经验，豌豆种子浸泡时间稍长就会生根发芽。那么，我可以等菠萝蜜种子略微生根的时候剖开种子，就能找到胚芽、胚轴和胚根。

自己录制，声音偏小

也许是我剖开的第7个菠萝蜜种子？

实验终于成功了！这次观察到了清晰的胚芽、胚轴和胚根。

然而我们遇到了更多的问题。

实验过程中，学生不小心把碘液滴到了白纸上，白纸变蓝了，于是提问：为什么白纸遇碘液也会变蓝?

卓刀泉中学七（7）班学生的建议

做出假设：

假设1：白纸也含有淀粉。

假设2：白纸中的其他物质遇碘液变蓝。

假设3：实验之前白纸从某处粘上了淀粉。

学生设计实验：

我们可以用宣纸、卫生纸、牛皮纸、素描纸、吸油纸等其他纸代替白纸，滴加碘液，观察现象。

还有学生提出更多问题：为什么白纸变干后蓝色会褪去?

这些实验都有待尝试。

二、科学家也不知道自己会研究什么

科学家有时候并不知道自己最终会研究出什么成果，他们只是有个大方向。但是他们乐于分享和交流，相互促进。

比如杰克逊实验室曾经培育出两种体型异常肥硕的黑色的小老鼠。道格.科曼（Douglas L Coleman）通过连体老鼠的实验引发了人类对瘦素蛋白的探索热情。虽然科曼本人并没有获得诺贝尔奖，但是他的研究为人类探索控制肥胖的方法开启了希望的大门。

异常肥胖老鼠（左）和正常老鼠（右）（图片来自网络）

文中的例子也是得益于教师之间的交流。比如文章的第一个草履虫密集分布的视频是卓刀泉中学张宝红老师在课堂上拍摄的。正是这个视频引发了我的兴趣。

文章的第一张图片中显示出红腰豆的子叶遇碘液变色。华师一附中初中部的杨田老师认为双子叶植物种子的子叶中也含有淀粉，建议我切断子叶、在剖面滴加碘液试试。多次实验之后，我终于看到了明显的实验现象。

后来剖开菠萝蜜的种子看到胚的完整结构，甚至都不敢相信做成功了。肖遥老师和方静老师给出了很好的建议。

这个实验可以说明，菜豆（双子叶植物的典型代表）的营养物质储存在子叶中。今后在讲“种子植物”这节课时，我们就可以在教材实验的基础上加上这个实验，有利于学生理解双子叶植物和单子叶植物种子的区别。

实验教学过程中出现的问题也许正是我们探讨的良机。我们希望学生能够拥有科学家一样的思维品质，首先自己得有精益求精的工匠精神。

《开花和结果》一课中，需要观察花的结构。教材中以桃花为模型，教学中教师多选择百合花。我曾经到花店里仔细观察过，发现桔梗花也是很好的材料。花瓣不大也不多，雄蕊、雌蕊都明显，也容易观察到胚珠。

自制—桔梗花

自制—桔梗花的胚珠（纵切子房）

百合花大、结构明显，学生就是不太容易观察到胚珠。纵切百合子房可以看到一长排胚珠，横切子房可以看到和永久玻片一样标准的结构，像朵小梅花。

自制—百合子房纵切

自制—百合子房横切

也试过康乃馨，康乃馨的花瓣比较多、雄蕊短不太明显，优点是容易看到胚珠。

自制—康乃馨

自制—康乃馨的胚珠

仔细观察这三种花，我们会发现它们的雌蕊都比雄蕊长（很少有人关注到这点）。雌蕊比雄蕊长，花粉怎么落在柱头上呢？难道，花并不希望柱头上粘上同一朵的花粉?

它们用长期演化后的结构告诉我：渴望异花传粉。事实上，有些花甚至会出现“自交不亲和”的现象。谁说植物并不排斥回交以及近亲繁殖?它们也希望后代有丰富的基因型。

我们知道依据传粉方式不同，可以将花分为风媒花和虫媒花。它们不仅仅是大小、颜色、气味不同，花粉也不一样。

赤松的花粉（图片来自网络）

电镜下欧洲赤松的花粉-松的花粉有两个大大的气囊，有利于花粉随风传播。

山柳菊（hawkweed）和它的花粉粒（图片来自网络）

虫媒花的花粉粒较大，有粘性，会粘附在前来采蜜的昆虫身上。山柳菊的花粉就有很多小倒钩，便于粘附在昆虫上。（其实引导学生制作花粉模型模拟风媒花和虫媒花，会很精彩，有说服力。）

那么百合花、桔梗花、康乃馨的花粉又是怎样的呢？我不仅解剖了百合花，还分别制作了花粉、柱头、子房的临时玻片标本。

自制—百合花

我在光学显微镜下观看它们的花粉粒，并没有发现特别符合虫媒花的典型特征。失望~

自制—百合花的花粉粒

百合花的花粉粒表面有网眼状的外壁纹饰，也许也能增加摩擦？失望之余我又想到柱头可以分泌粘液。柱头上有什么奥妙吗？于是我又纵切了百合花和桔梗花的柱头。

自制—百合花柱头纵切15倍

自制—桔梗花柱头纵切15倍

仔细观看会发现它们的柱头凹凸不平。有戏？赶紧放在显微镜下看。

自制—百合花柱头纵切400倍

自制—桔梗花柱头纵切400倍

柱头可以分泌粘液，而且细胞凸起，这些特点都有利于黏住花粉。

同时，我又产生了新的疑问：柱头表面的粘液是不是这些凸起的细胞分泌的？我真的需要继续加强学习……

变形虫的天敌是谁？

这个问题我真的暂时还没有找到答案。度娘和知乎上都没有看到明确的答案。而有些种类的变形虫很厉害啊！它们进入人体后甚至可以吃人的脑！这样看来它已经站在食物链顶端了？所以别去脏水区游泳哦！

有时候我们不知道学生会问出什么问题，我们不知道将要探索什么课题，会遇到哪些困难和新的问题，更不知道最终的结果。

这才是真正的探究实验。

这也是教学的乐趣所在。