基于项目学习的生物社团活动的开展——以“细胞骨架的观察”活动为例

李梦丽 余宏凯

（安徽省肥东第一中学 安徽合肥 231600）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》高度关注学生学习过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，让学生积极参与动手和动脑的活动，通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神，进而能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨或解决现实生活中的某些问题。这一基本理念与项目学习的内涵很相似：“根据教学内容和教学目标，教师创设贴近学生真实生活情景的项目任务，学生在教师的组织和指导下通过小组合作学习围绕驱动性问题进行设计，问题解决，决策或调查活动，在亲身体验的学习过程中建构知识，获得能力，形成作品。在实践体验、内化吸收、探索创新中获得较为完整和具体的知识，形成专门的技能和得到充分发展的学习。”高中生物课堂存在课时少、任务重的特点，而项目学习的完成需要较长的时间，对资源的要求也较高，不适合在课堂教学中开展。在生物社团中开展项目学习则不会受到课时、场地和资源的限制，有利于通过项目学习来培养学生的学科核心素养，提高学生的终身学习能力。下面以“细胞骨架的观察”为例来阐述项目学习在社团活动中的实施过程。

1 项目学习的一般流程

对基于项目的学习在高中生物社团活动的开展，教师应根据学科特点灵活处理。参考邬彤提出的项目学习模式和生物社团活动的特点，对项目学习的一般过程稍作修改为如图1所示。

图1 生物社团项目学习模式图

2 生物社团活动中项目学习的实施过程

2.1 选定项目

项目选定是项目学习能否顺利开展的关键因素。社团活动学习的项目选择要综合考虑项目的目标性、趣味性和可行性等元素。细胞骨架是真核细胞中由蛋白质纤维组成的复杂网状结构。细胞骨架与细胞的分裂、分化、癌变等细胞生理过程密切相关。对细胞骨架的研究已经成为当前生物学中最活跃的领域之一，而人教版教材中只在必修1第三章第二节中小字部分对细胞骨架进行了简单介绍，但这部分内容在以往高考中多次考到。另外，学生对细胞骨架很好奇，对细胞骨架的形态及观察产生问题。因此，确定在社团活动中开展“观察细胞骨架”的活动。

2.2 制定计划

项目计划的制定需要理论的支撑。但书本上关于细胞骨架的描述甚少，更没有涉及到如何观察，高中阶段的学生又缺乏相应的理论支持。在这个环节，社团指导教师应指导学生利用文献数据库查阅相关文献，获得有关理论内容。各小组在教师的指导下通过查阅中国知网、万方、维普等文献数据库，搜索和整理“观察细胞骨架的原理和方法”。通过查阅文献，学生了解到目前的细胞骨架观察方法主要有免疫荧光标记法、电镜观察法和考马斯亮蓝染色法等。其中，在中学阶段可行的方法只有考马斯亮蓝染色法。该法的实验原理是：细胞使用抽提剂处理过后，部分的膜结构和一些杂蛋白被抽提出来，细胞骨架蛋白由于抽提时间控制得当而被保存下来，经考马斯亮蓝染色后在光学显微镜下即可看到网织状的细胞骨架。

小组成员们参考《细胞生物学实验指导》后，设计如下的实验步骤。

①取材：撕取洋葱内表皮放入PBS（磷酸盐缓冲液pH6.8）中处理5 min。

②抽提：用质量分数为1%的Triton x-100溶液处理30 min。

③冲洗：用M缓冲液（洗涤细胞，可以提高骨架稳定性）充分洗涤3次，5 min/次。

④固定：在质量分数为3%的戊二醛溶液中浸泡30 min。

⑤冲洗：用PBS缓冲液充分洗涤3次，5 min/次。

⑥染色：用质量分数为0.2%的考马斯亮蓝R250染色30 min。

⑦制片观察（蒸馏水洗2或3次，将标本置于光学显微镜下观察）。

2.3 活动探究

2.3.1 活动开展

各小组按照已设计的实验步骤，开展项目活动的探究。2 h后，各小组均在显微镜下观察到了细胞骨架，如图2所示。

图2 洋葱鳞片叶内表皮细胞的细胞骨架（放大倍数10×40，下同）

2.3.2 讨论交流，确定新的项目主题

学生汇总活动实施过程中出现的问题。（1）实验操作方面：该实验操作步骤比较繁琐复杂，耗时很长，完成实验大约需要2 h，该如何改进才能降低实验难度，缩短实验时间？（2）实验用品方面：实验所用药品戊二醛不仅很难购买到，同时对身体有一定的损害。选择什么固定液替代戊二醛以避免其对身体的伤害？（3）实验材料方面：这个实验是以洋葱细胞为材料观察到细胞骨架的。那么，其他植物细胞或动物细胞中是不是也有细胞骨架？

教师将学生提出的问题拆分为若干新的项目主题，见表1。

表1 实验改进项目主题表

2.3.3 分组解决新的项目主题

各小组自主选择上述新的项目主题，针对性地解决上述问题。各小组成员集中讨论，设计项目方案并实施，最终得到了如下优化结果。

①抽提剂浓度和抽提时间改进：将抽提剂的质量分数在原有1%基础上提高并增设2%、3%实验组；抽提时间在原有30 min基础上缩短增设10、20 min组。这样可以找出抽提浓度与时间的最优组合，以期在不影响效果的前提下缩短抽提时间。

实验结果显示：抽提时间为10 min时，使用抽提剂质量分数为1%，装片含有的杂蛋白太多，呈云雾状，无法观察到细胞骨架（图3A）。而抽提剂质量分数为2%、3%时可以观察到骨架但有一部分的杂蛋白（图3B）。

图3 实验结果示意图

20 min后，使用抽提剂质量分数为1%，可以观察到细胞骨架，但同样有少量杂蛋白（图4A）。使用抽提剂质量分数2%和3%时，细胞骨架都清晰可见，纤维束长而有明显的分支贯穿整个细胞（图4B）。30 min后，使用抽提剂质量分数为1%，则能观察到清晰完整的细胞骨架（图4C）。此时，使用抽提剂质量分数2%和3%时的实验组中细胞骨架被破坏，只残留部分，尤其以3%最为明显，说明抽提过度了（图4D）。考虑到时间和成本因素，优化后的抽提条件确定为使用质量分数2%的抽提剂抽提20 min。

图4 实验结果示意图

②染色时间的改进：将染色时间设为10、20、30 min，探究不同染色时间对洋葱细胞骨架观察的影响。对比发现三者染色效果没有明显差异。故将染色时间改进为10 min。

③固定液的改进：通过梳理课本实验中使用的固定液，发现必修2教科书中提及一种固定液——卡诺氏固定液。经过实验效果较好，可以替代戊二醛。

④实验材料的改进：在洋葱内表皮细胞的基础上增加了韭菜表皮细胞和人口腔上皮细胞两种材料，以推测细胞骨架在真核细胞中普遍存在。

2.3.4 实施优化方案

所有小组按照优化方案进一步实施实验。优化后的实验减少了冲洗次数，缩短了抽提、染色的时间，使总实验用时减少近1 h，也避免了戊二醛对学生身体的伤害。

2.4 制作作品

本次项目学习的作品是学习过程中逐渐优化的实验方案和观察到的细胞骨架的图片。按照改进后的实验方案，大部分学生均观察到较为明显的细胞内网状结构，得到了清晰可见的细胞骨架的图片。

2.5 成果交流

由于在项目学习的过程中，各小组探究的侧重点是不同的，得到的作品和感悟也有所不同。本次项目的学习成果的交流则由各小组以PPT展示的形式介绍小组探究的过程及实施优化方案后观察到的细胞骨架的图片。小组在汇报的过程中，其他小组可以进行提问，汇报的小组进行解答，这一环节也将纳入项目学习的评价系统中。在该过程中，学生的团队协作和语言表达能力得到提高。

2.6 活动评价

本次项目学习是一个相对完整的，在教师指导下学生围绕一个项目学习主题自主查阅文献、自主讨论、相互合作设计完成探究活动的过程。该活动中，学生巩固了已有的生物学知识，体验了相关的实验技术，学习了新的实验方法，提高了动手能力。除此之外，在提出问题、构想实验方案以及问题解决等环节中，学生的科学思维和科学探究能力得到发展，落实了生物学学科核心素养的培养。

本次基于项目学习的社团活动的开展过程中，学生在模仿前人的实验过程中获得科学研究的基本素养，从而掌握一些科学研究的基本方法，又在实践过程中自主的发现新的问题，经讨论探索，寻求解决问题的办法，在解决问题的过程中创造能力得到了提升，发展了学生的生物学学科核心素养。学生在亲历提出问题、寻找证据、检验假设、发现规律的过程中习得了生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展了终身学习及创新实践能力，为以后进入高校参与科学研究打下了坚实的基础。