一、设计立意
“探究植物细胞的吸水和失水”是人教版高中生物学《必修1》第四章第一节《被动运输》中“探究·实践”实验内容，新课标要求学生“观察植物细胞的质壁分离和复原，阐明植物细胞通过吸水或失水维持细胞结构和功能的正常”[1]。笔者应用质壁分离原理，并将本书第二章所学“细胞含水量与植物抗逆性的关系”知识迁移应用，联系常见的冬季耐寒景观植物——羽衣甘蓝，引导学生提升思维，提出可能的原因——植物通过减少自由水提高抗寒能力，设计实验探究植物细胞液浓度在低温下的变化，以期阐明植物细胞通过增加细胞液浓度，提高抗逆性的机理。另外，教材中该实验为针对特定材料的定性观察，笔者立足教材，又做了提升，结合所学“观察叶绿体流动实验”提升思维，尝试选择新的实验材料展开实验[2]，并将质壁分离通过数据呈现，设计为定量分析。
二、教学目标
1.通过探究低温下植物细胞液浓度变化，阐明耐寒植物对低温的适应性，侧重“结构与功能观”生命观念的达成；
2.通过发现现象、提出问题，设计实验、寻找证据，得出结论的探究过程，侧重科学思维和科学探究素养的达成；
3.通过实验结论的获得对生产生活提出建议，侧重社会责任的达成。
三、实验设计思路和创新点
1.实验设计思路
以学生熟悉的冬季耐寒景观植物——羽衣甘蓝导入，尝试解释植物耐寒机制，提出设想，基于植物细胞质壁分离原理设计实验进行探究。得出结论后，引导学生进一步探究低温下植物细胞液浓度的大致范围，再通过向专业人士请教，全面、科学地了解植物耐寒机制。进一步思维提升，理论联系实际，用于解决实际问题：“如何驯化出相对耐寒的杜鹃花往北方引种？”并以一篇硕士研究文献提供给学生，培养学生的科研意识和社会责任。
2.设计创新点
本节课设计在教材内容的基础上拔高提升，旨在用生物学知识解决实际问题，力求通过本节课学习提升学生的生物学科学素养，总结实验设计的创新之处有以下几点：
（1）由学生熟悉的真实情境导入，避免刻板传授；
（2）知识迁移应用，提升学生的演绎与推理等科学思维；
（3）应用植物细胞质壁分离原理创新设计，对比分析常温和低温下植物细胞液浓度变化；
（4）实验材料创新：葫芦藓叶片（绿色原生质层且叶片为单层细胞）
（5）使用数码显微镜定量检测质壁分离程度；
（6）专家科普答疑，解开植物耐寒真面目；
（7）思维提升——学术研究初体验，提升学生专业素养和社会责任。
四、教学策略
1.学习方式：任务驱动式学习，学生主动学习；合作探究式学习；现代化媒体技术教学，课堂形式多样化高效化。
2.教学方式：教师为课堂的组织者、合作者、参与者和引导者。
五、实验教学流程
1.观察现象，提出问题
（1）实验变量分析：
①自变量：新鲜的紫色洋葱鳞片叶、苔藓小叶（右图）常温及4℃冷藏24h，课前教师提前处理好。
②因变量：对比常温和4℃低温处理后细胞质壁分离情况。学生自主分析，提出可测量的指标，将定性实验转化为定量实验。学生提出如下较好的测量指标：
a. 初始细胞质壁分离所需时间
b. 相同时间细胞质壁分离占比
c. 相同时间原生质体长度/细胞长度
（2）学生分组实验：以常温和低温处理后的洋葱鳞片叶外表皮为实验材料
（3）
实验数据汇总和结果分析：
2.实施实验，观察现象并记录数据
课堂的展开以学生的预习为前提。学生经预习，对本实验的基本原理、操作要点、注意事项等有初步的把握，并发散思维，在实验材料和实验探究上提出新问题。基于学生的讨论，本实验在实验材料除了紫色洋葱鳞片叶外表皮，还选择了新鲜葫芦藓小叶，并做4℃低温处理，为便于实验结果的呈现和分享，本实验采用数码显微镜收集信息。
进而由学生结合自主学习情况设计实验操作流程，选择好本组所用实验材料后，展开实验，规范操作制作临时装片，正确使用数码显微镜，观察实验现象，并在表格中记录实验数据并分析处理。完成后以小组为单位展示交流，同学们通过对比分析本组与其他小组之间的活动成果，总结实验结论。
3.分析结果，得出结论
部分小组成果如下表所示。
对比不同组别之间的成果以及学生展示成果时的语言表达能力，不难发现，孩子之间科学探究和科学思维的能力存在一定的差距。例如数据采集的科学性与否；实验结果和实验结论分析是否深入到位。汇总各小组数据后（见下表），我们也发现，只要操作规范正确的小组均发现了低温处理后的细胞失水减少变慢，均不易发生质壁分离，说明低温环境下，植物细胞液浓度升高了，即：植物细胞通过增加细胞液浓度适应低温环境。
4.拓展探究，思维提升
基于上述结论的得出，生物兴趣小组的同学开展了以下课外拓展实验。基于“渗透作用原理可以测定植物细胞液浓度的大致范围”的实验原理，即将植物细胞浸润在一系列浓度梯度的蔗糖溶液中，植物细胞未发生质壁分离和初始发生质壁分离所分别对应的蔗糖溶液浓度区间作为植物细胞液浓度所在的大致范围，开展了“探究常温和低温状态下黑藻叶片细胞液浓度的大致范围”的实验。实验材料、试剂和实验结果如图所示。
实验结果说明：使常温组和4℃低温处理的黑藻叶片发生质壁分离蔗糖溶液浓度分别在0.4~0.5mol/L和0.3~0.4mol/L之间，因此推测：4℃低温处理和常温组的黑藻叶片细胞液浓度分别处于0.4~0.5mol/L 和0.3~0.4mol/L之间。故得出结论——低温会引起植物细胞液浓度的增加。上述兴趣小组实验由小组相关负责同学以PPT形式向全班同学展示并讲解。
耐寒植物究竟有哪些耐寒机制？为保证学生对此有更加全面、科学的了解，笔者通过联系并采访本地园艺所的专业人士得以全面了解，以采访视频的形式呈现给学生。基于上述学习，教师继续引导学生思维提升：低温环境下，植物细胞液渗透压增加对植物生存有何意义？由此结论可如何指导生产？
笔者呈现以下资料：“杜鹃花是中国传统名花，广泛用于园林绿化或盆栽观赏，但杜鹃生长适温为12~25℃，冬季要防寒，以保其安全越冬。研究发现杜鹃花品种“埃尔西·李”和“御代之荣”耐寒性相对较强，育种人员想通过人工低温冷驯化的方法进一步培育耐寒杜鹃花品种，以便杜鹃花往北方的推广种植。如果你是育种人员，你会怎么做？”尝试以问题驱动学生理论融合实践生产的思考，学生通过思维提升的头脑风暴后，笔者展示浙江大学一篇硕士研究生毕业论文《人工冷驯化对杜鹃花耐寒性的影响》[3]，将学生的前期思考具象化，科研探究初体验达成。探究永远在路上，期待同学们在科学探究的道路上坚定地走下去！
六、实验教学评价与反思
通过本节课的教学，我对高中生物实验教学有以下反思和感悟：首先，需把握住实验教学这块阵地，培养生物核心素养。本节设计基于教材又高于教材，既帮助学生建立结构与功能观，又让学生在探究过程中，提升科学思维、科学探究、社会责任素养。其次，打破教学思维定势，拓展学生创新空间。实验教学中，学生思维活跃，提出的方案新颖且可实施。教学中应给学生足够的思维空间，让课堂碰撞出更多思维的火花。另外，需加强对学生数据处理的训练，提升高阶思维能力。课堂暴露出学生实验数据处理经验不足，在将来的教学中应寻找策略加以改善提高。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准:2017年版[M].北京:人民教育出版社,2018:1-10.
[2]章博远.苔藓植物在中学生物学质壁分离及复原实验中的应用[J].生物学教学,2022（7）:54-55.
[3]曹燕.人工冷驯化对杜鹃花耐寒性的影响[D]杭州:浙江大学，2019年