“观察小鱼尾鳍血液的流动”实验的再探究及思考

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摘 要 因对一道关于“动脉、静脉和毛细血管判定” 试题的不同见解，引发了对“如何判定小鱼尾鳍血管种类”的争议，在“观察小鱼尾鳍血液的流动”实验再探究的基础上，寻找到了问题的答案，同时还提出了对试题命制、科学探究和重要概念教学的深入思考。

关键词 小鱼尾鳍血液流动 试题命制 科学探究 重要概念

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

清代学者刘开认为：“非学无以致疑，非问无以广识。”科学探究实验正是由“问题”开始，以实验为途径，最终达成“广识”的。《义务教育生物学课程标准》（2011版）指出：“生物课程中的科学探究是学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究方法而进行的各种活动。”下面通过由一道“观察小鱼尾鳍血液的流动”试题引发争议与思考，以期与大家探讨科学探究的一般过程与方法及其对于概念形成的重要价值。

1 提出问题

某课堂教学中，教师呈示问题如下，试题1：图l表示“观察小鱼尾鳍血液的流动”实验中材料的处理及小鱼在显微镜载物台上的摆放位置。图2是实验过程中显微镜视野下观察到小鱼尾鳍血液流动的情况。请据图作答：

经过一番讨论后，学生主要有两种不同观点，其中正方认为：“图2中，血管A中血液向左侧分流，血管B中细胞成单行通过，血液在C血管中汇合。则可判断A为动脉、B为毛细血管、C为静脉。判断的主要依据是显微镜下的血液流动方向。”反方的观点则是：“光学显微镜是依据凸透镜成像的原理，经凸透镜两次成像形成的一种倒立放大的虚像，如物体为‘F’，在显微镜下观察到的物像为‘[F]’。图2是在低倍镜视野中观察到的小鱼尾鳍内血液流动的情况，A和C处血液流动方向均为右左，实际血液流动应为左右，所以C为动脉、B为毛细血管、A为静脉。”正方反驳：“依照对方观点，显微镜成的虚像与物体上下、左右正好相反，除了血液流动方向相反外，血管对应的位置也是相反的。所以仍旧A为动脉、C为静脉。”在争论中，正方观点逐渐占上风。此时，反方一位学生提出不同观点如下：“在图1中，小鱼在显微镜载物台上的摆放位置是头在右侧，尾在左侧，那么在显微镜的视野中，应其头部在左侧、尾部在右侧，而心脏是位于头部鳃下侧的位置。图2中的血液流动方向均为右左，也就是血液都是从尾部流向心脏，若A为动脉的话，有悖于‘动脉是血液从心脏流向全身的血管’这一概念。”两种观点针锋相对，且很难以更有说服力的证据辩驳对方的观点。当教学中的生成超出了预设，教师又未能及时以智慧去化解时，课堂就陷入了暂时的寂静。

2 实验探究

那么，究竟该如何“分辨血管的种类以及血液在不同血管内流动的情况”呢？师生共同回到实验室，开展“观察小鱼尾鳍血液的流动”实验的再探究，从而以事实作为证据、以逻辑作为辩论的武器，真正说服对方。

2.1 作出假设，设计并实施实验

经分析，针对本次探究提出的假设为：① 在低倍镜视野中，辨识动脉、静脉和毛细血管依据有哪些？② 依据何种特征判定动脉、静脉和毛细血管最为实用和准确？③ 用泥鳅等材料进行本实验，效果是否会优于小鱼？

实验材料：市场购得的单尾小金鱼、长4～5 cm左右的泥鳅、纱布、小号（直径9 cm）培养皿、数码显微镜（型号DMWSK200IP-VC）（含载玻片）、滴管等。

实验步骤与方法：

（1） 挑选尾鳍色素较少的小金鱼，用湿润的纱布包裹小金鱼的头部鳃盖和躯干部，露出口和尾部，再将小金鱼放在培养皿里，将培养皿中多余的水倒干，擦干培养皿外壁水珠。

（2） 将小金鱼的尾鳍平贴在培养皿底壁内，按头在右侧、尾在左侧的方式，放置在载物台上，将盖玻片盖在尾鳍上。使尾鳍正对通光孔。待小金鱼安静后，用低倍镜观察小金鱼尾鳍内的血管及血液在血管内的流动情况。移动培养皿，寻找合适的视野。记录视频，截取照片如图3（放大100倍）。

（3） 实验完毕后，将小金鱼放回水中。

（4） 将泥鳅先放入浓度为5%的酒精溶液中进行轻度麻醉（由于泥鳅生性活泼，注意泥鳅放入酒精时，要盖上盖子，以防泥鳅受到刺激后跃出容器）。根据实际情况，一般麻醉时间控制在2 min左右。

（5） 将轻度麻醉的泥鳅放在培养皿中，用湿润的纱布盖住头部的鳃盖和躯干部，同步骤2。可以不盖盖玻片，在低倍镜下直接观察泥鳅的尾（胸）鳍内的血管及血流情况，并记录视频，截取照片如图4（放大100倍）。

（6） 实验完毕后，将泥鳅放入清水中，一段时间后，麻醉自行解除。整理实验器材。

2.2 观察现象，分析数据并得出结论

（1） 在显微镜视野中，辨识动脉、静脉和毛细血管的依据有哪些？理论上根据血管的管腔大小、血液的流动速度以及血液流动方向等都是判定的依据。判定毛细血管的最好的方法就是红细胞是否单行通过，由于此实验是活体观察，小鱼时不时会出现跳动，因而大多数学生不易观察到此现象。真实实验中，较易观察到的是小动脉和小静脉血管中的血液流动情况。但是通过比较血管管腔大小、血流速度快慢等特征并不能准确判断动脉、静脉，原因有三：① 在显微镜下，管腔大小特征确实明显，但各级动脉和静脉的管腔有差别，故无法据此做出判断。② 在所观察的区域里，如果速度有明显差别的可以基本判定流速慢的是静脉，流速快的是动脉。但是在观察时，流速快慢可能难以分辨，不能据此判定动脉和静脉。再者，管腔大小是影响血液流动速度的主要因素，不同级别的动脉、静脉的流速本来就有差异，以此特征判定动脉和静脉也不准确。③ 若依据血液是回流到心脏还是从心脏出发输送到尾部来判定，学生首先要有清晰的显微镜成倒像的概念，进而判断血管类型，这一点在实际操作很难做到。再者，鱼尾鳍中的血管排布并非都是规则的，实际上，在显微镜的一个视野中出现动脉、静脉和毛细血管的血液朝同一方向流动也是正常的，所以此特征也不是最为恰当的方法。

（2） 依据何种特征判定动脉、静脉和毛细血管最为实用和准确？由于显微镜下实际观察是很难看到由小动脉毛细血管小静脉组成的同一个微循环，因此观察时往往需要不断移动尾鳍位置。如果找到红细胞单行通过的血管为毛细血管；如果观察到血液流动方向逐渐出现分支（分流）的血管为小动脉；反之，逐渐汇合（合流）的血管，即小静脉。根据血液分流、合流的情况，这是判定动脉、静脉最为实用和准确的依据。

（3） 用泥鳅等材料进行本实验，效果是否会优于小金鱼？以泥鳅作为实验材料，开展了“观察泥鳅尾（胸）鳍的血液流动”实验。与小金鱼相比，略逊一筹。原因有三：① 泥鳅具有材料易得、价格便宜的优点，其生命活力强，持续观察时间也较长。但其活动能力较强，即使进行轻度麻醉（重度麻醉会导致其死亡），也较难使其安静下来，不便于观察。② 以泥鳅的胸鳍为对象观察血液的流动情况优于尾鳍。主要原因是泥鳅的尾鳍有色素斑点存在，影响观察效果。泥鳅胸鳍色素沉积较少，观察效果更好。但是胸鳍中血液流动速度非常快，用肉眼也很难区分血液流动方向。并且泥鳅的胸鳍比较小，容易紧贴在躯干上，对实验操作要求较高。而小金鱼的尾鳍中的血液流动速度相对较缓，便于观察。③ 泥鳅外表有黏液很滑，不易捕捉。

3 教学反思

3.1 以激励教学为指向，提升试题编制的严谨性

我国中学生物教学目前采用的主要评价手段和方式依旧是纸笔测试。那么，命题者该如何编制试题，以更为全面地了解学生生物学课程学习的过程和结果，更好地激励学生学习和改进教师教学呢？在考查内容上，要重视对生物学重要概念及概念体系的考核，尽量避免考查枝节的、零散的知识；在能力导向上，要重视对生物学概念、原理的理解和应用，注重科学方法的考查，适当减少对事实记忆、概念背诵和实验结论复述等低层次能力的考核；在呈现方式上，材料情境要尽可能地贴近于学生的生活世界，表述要规范、简练，便于学生阅读，设问指向明确，逻辑思维清晰，参考答案表述规范，评价指向明确；在价值导向上，要特别尊重科学事实，以科学性作为检验试题质量的首要标准。

试题1以“观察小鱼尾鳍血液的流动”实验为背景材料，综合考查了光学显微镜成像、血液循环等知识，其抽象思维、逻辑推理等能力的要求超过了初中学生的实际。客观来说，试题1本身并无科学性问题，图2中的动脉、毛细血管和静脉未构成一个微循环，且血管A、C中的血流方向一致，这都是实验过程中常见的现象，但不符合典型的血液循环的特征，若学生缺乏亲身体验，仅凭血液流动方向来判断血管种类，则会产生解题思维的混乱。而“观察小鱼尾鳍血液的流动”实验的主要教学目标是让学生通过观察“观察血液在动脉、静脉和毛细血管内流动的情况”，尝试“分辨血管的种类以及血液在不同血管内流动的情况”，在提炼事实的基础上，形成“血液循环系统包括心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液，其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、废物和激素等物质”的重要概念，并提高显微镜操作技能和实验观察能力。试题1的考查显然与此目标不相符合，这样的评价也会挫伤教与学的积极性。因此，建议修改如下：

修订1：图5是小鱼尾鳍内血液流动的情况。请根据实验的方法步骤和现象，回答下列问题：

参考答案：动脉、毛细血管、静脉；A中血流方向是由主干流向分支，B中红细胞单行通过，C中血流方向是由分支流向主干。

修订1思考角度有别于试题1，学生只需要依据血液流动中的分流、合流来判断动脉和静脉，依据红细胞成单行通过来判断毛细血管。减少了显微镜光学成像特点对学生的解题造成的影响，凸显了基础知识和重要概念的考查。命题者若坚持要考查显微镜成像特点，在试题1其他条件不变的前提下，只需将图2改为图6，参考答案同修订1。以此方式呈现情景，既尊重了实验事实，更符合学生的典型思维模式，提高了学生运用概念解决问题的效率，评价激励了学生的学习。

当教师将教学重点放在核心概念教学上来时，就会重视对概念内涵和外延的理解，教学评价应该更多的考察学生对概念的理解，以及更高认知层次的概念应用，鼓励学生采用基于理解的学习方式。

3.2 以实验探究为导向，提升实验教学的真实性

古人云：“学起于思，思源于疑。”科学探究将疑问、思考、实证与结论有机整合，是一种有效的学习策略，而培养学生的探究能力则是初中生物学课程的重要目标之一。但受“应试教育”等多种因素的影响，探究性学习并没有真正被重视、落实，探究教学的“新八股”趋势却愈演愈烈。一些学校的实验开设率很低，学生对实验本身缺乏直观感受和亲身体验，对真实的问题解决过程缺乏思考，对于材料的选择、步骤的设计、现象的分析等探究要点只会生搬硬套，不从实际出发，实验操作技能并没有提高，探究能力也没有真正发展。那么，生物教学中该如何落实上述课程目标呢？课标明确指出：“理解科学探究和对科学探究能力的形成需要学生亲历探究性学习的过程。”中学生物教学应大力倡导探究性实验，在教学中，适时将部分验证性实验转变为探究性实验，或者开展一些实验的再探究，都是很好地培养学生探究能力的渠道。在本文中，让学生重新进入实验室“观察小鱼尾鳍血液的流动”，就是对“实验再探究”思想的具体实践。在再探究的基础上，以学生的体验为基础，对试题1修改如下：

修订2：图7为“观察小鱼尾鳍内血液的流动”实验材料的处理方式，图8为低倍镜镜下观察时，小鱼于载物台上的实际摆放位置，图9为显微镜下看到的视野图像。请根据图9中血流方向的箭头判断，A为

血管，B为 血管。（提示：鱼的心脏位于头部下方）

参考答案：静脉 动脉。

修订2主要考核了学生血液循环和显微镜成像的基本原理。解题需要学生理解及运用的概念是：① 动脉是将血液从心脏输送到身体各部分去的血管；静脉是将血液从身体各部分送回心脏的血管。② 鱼的心脏位于头部下方。因此观察鱼尾鳍内血液流动方向时，向头部流动的应该为静脉，向尾部流动的应该为动脉。③ 显微镜下所观察的像是倒像，因此在显微镜下金鱼的头在右侧，尾在左侧。图9中的A血管中的血流方向是往右的，即流向心脏，因此A血管为静脉；同理可得，B血管为动脉。教师应关注学生在探究活动中逐步形成观察、发现和提炼问题的能力，逐步提高设计实验、调查研究、动手实验的能力，逐步养成收集和分析数据、表达和交流的习惯等。教师应结合探究活动的全过程评价学生的探究能力。

3.3 以凸显概念传递为核心，提升课堂教学的有效性

本次初中义务教育阶段课标的修订（2011年）凸显了重要概念的传递。中学生物学的学习，若将学习的重点放在背诵一些事实或记忆一些孤立的信息上，这样的学习成果在科学素养的提高上显然是低层次的，不是课改所期望的结果。中学生物学的学习，重要的是要让学生在掌握事实的基础上去同化概念、建构概念体系，在理解概念的基础上，运用概念解决具体问题。

教学中，呈现生物学事实的途径可以是教材资料、教师讲述、媒体信息等，也可以让学生动手做实验获取事实，通过归纳、类比推理和演绎等多种方法提炼事实的本质属性，进而帮助学生建立相对抽象的概念。本节内容，通过“观察小鱼尾鳍的血液流动”，学生获取了有关“血管与血液流动”的事实证据。教师再用图10来表示本节课的概念框架，其中包含的基本知识有以下两点：① 血液是在由心脏、动脉、毛细血管、静脉构成的密闭空间里流动的。② 动脉是运输血液离心的血管，起于心脏，止于毛细血管；静脉是运输血液回心的血管，起于毛细血管，止于心脏。血液是从动脉逐步分流向毛细血管然后再由毛细血管逐步汇聚回流至心脏的。从而在归纳、提炼事实的基础上，建立起相对抽象的血液在动脉、毛细血管、静脉流动的概念关系图，提高了学生对于血液循环概念的理解，优化了概念学习的策略。

当然学生学习生物学知识的主旨还在于运用知识解决实际问题。探究“小鱼尾鳍血液的流动”是为了帮助学生更好地理解血液循环的原理，并用血液循环的知识解决学生生活世界的具体问题。因此建议在教学最后让学生思考以下问题：医生在给病人打点滴时针头插入的是什么血管，为什么要选择这种血管？在抽血或输液时，为什么要将针刺入部位的上方（近心端）用乳胶管捆扎起来？为什么尽管有地球引力的存在，而你腿部静脉中的血液仍然能向上流回心脏？三种血管受伤后出血的急救措施有何区别？惟有我们“从社会中来”发现存在的问题，“到社会中去”寻找运用知识解决实际问题的方法，才能更好理解科学、社会与技术的关系（STS）。

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