生物学实验是生物学教学中不可或缺的一部分，对达成生物学核心素养具有重要意义。“观察草履虫”是初中生物学的一个重要实验，主要目的是观察以草履虫为代表的单细胞生物的结构，并探究其运动及趋性。《义务教育生物学课程标准（2022年版）》对该部分的学业要求及学习活动建议是，倡导学生自己设计实验方案，通过科学方法进行探究
［1］。可见，新版课程标准更加注重对学生科学素养的提升。但教材所采用的棉花纤维阻碍法效果不佳，草履虫过快的运动速度仍是影响实验观察的最主要原因。
1 存在的问题
教材中“观察草履虫”实验栏目的描述非常简短，对于细节方面如棉花纤维的用量都没有提及。初一学生刚开始接触生物学，实验技能主要停留在被动观察阶段，加之在实际操作时利用棉花纤维减慢草履虫运动的效果并不理想，导致有些学生在观察时没有耐心，很难完成预定目标。若实验不成功，学生的积极性必然备受打击，则寻求改进方案迫在眉睫。
因为草履虫运动过快，同时不易掌握棉花纤维用量，所以很多学者一直都在寻找优化方案，大致可分为化学试剂抑制法、体积定量法和困扰剂法等。李水兰等
［2］在对比胶水、蛋清和琼脂之后，发现1%的琼脂溶液效果较好。杨佳明
［3］使用玉米糊、镜头纸等材料减慢草履虫运动速度，认为玉米糊效果不错。高贵桦等
［4］探究了不同浓度酒精对草履虫的影响，发现5%的酒精可以使草履虫运动减缓，同时保持正常形态。但这些改进有一些不足，例如：酒精对草履虫有毒害作用，加入比例不易掌握；琼脂虽能够固定草履虫，但需要趁热滴加，增加了操作难度，且固定后无法观察草履虫的运动。前人的方法仍有改进空间，故探究适宜的优化方案对该实验具有积极意义。
2 改进方案
2.1 准备草履虫
草履虫的准备包括采集、培养和富集等环节，主要由教师在课前完成。这些方面可借鉴的经验较多，所以教师比较容易进行前期准备。笔者结合前人已有方法对草履虫进行了培养、富集等实验探究，总结出以下经验，希望对教师的教学有所帮助。
（1） 草履虫的采集。
草履虫的采集方法主要可分为三类：稻草培养、池塘采集和网购
［5］。稻草培养需要提前7 d进行准备，适用于在农村地区进行，而城市中新鲜稻草不易采集，该方法具有地区局限性。池塘采集适用范围广，但露天池塘一般采集到的数量较少，种类较多，常常含有其他微生物，甚至包括草履虫的天敌，对下一步的培养十分不利。网购的价格一般在十几元左右，许多店家专门饲养大草履虫，形态便于观察，1 L高密度种虫扩增培养后足够一个年级使用。在快递业飞速发展的今天，一包草履虫培养液在7 d之内就能送达全国任意一座城市，为实验教师提供了极大的便利。
（2） 草履虫的培养。
草履虫作为一种生物，必须进行摄食才能维持其正常的生命活动。对于高密度的草履虫培养液，推荐使用稻草水培养：将稻草剪成小段后煮沸3 min，冷却至室温将其加入草履虫培养液中。低密度草履虫培养液中可放入大葱，3~5 d后水培液中的草履虫数量明显增多。此外，还可以使用牛奶、酵母等材料喂食，但需要严格把控用量，否则极易污染水质。综上，使用稻草水的效果较好，其优点是不会被污染，添加量也不必精确计算，在添加的同时相当于进行了扩增培养。
若要长时间培养草履虫，则中途需要换水：利用橡胶管抽出底层杂质，上层的草履虫基本不会损耗，再加入适量清水即可。在夏天需要每周换水1/2量左右，且要用纱布盖住烧杯瓶口，防止蚊虫的卵及空气中的灰尘污染液体。培养液中常见的其他生物有个体卵圆形、腹部生有棘毛的游仆虫，以及个体钟状有长尾的钟虫。
（3） 草履虫的富集。
若培养液中草履虫密度过低，则制片观察时很难找到适宜的虫体，所以可以提前富集草履虫。通常使用3种方式进行富集：提取上清液、抽去下层溶液和使用收集网。因为草履虫一般生活在溶液上层，所以可以通过倾倒出上层溶液，或者吸去下层溶液的方法，增加草履虫的密度。市面上还有售卖的草履虫收集网，使用孔径50 μm左右的收集网过滤培养液，草履虫即被挡在网面上，再反向用少量清水冲洗，即可得到富含草履虫的液体。
2.2 添加阻滞剂
在此次试验过程中，选择了多种遇水呈凝胶状或黏稠的试剂，以期通过减小溶液流动性的原理减缓草履虫的运动。试剂的选取以简单易行、价格低廉为原则，力争在全国各地都有条件实现，排除了琼脂糖、结冷胶和明胶等需要加热操作的试剂，共选择10种试剂进行试验，相关试剂的特性及溶液特征如
表1所示。
将以上试剂常温溶于水中，观察其各自的特性，排除一些不适用的选材。例如：阿拉伯胶带有颜色及刺激性气味；刺云实胶黏度不足；魔芋胶极易结块，配制时会影响溶液的浓度；高吸水树脂有强吸水性，其颗粒会吸走玻片上的水分形成球状，影响观察；聚氧化乙烯的拉丝效果太强，滴管吸取后可拉至1 m不断丝，妨碍正常操作。
因此，经过初步筛选，挑选了黄原胶、果胶、合成蛋清粉、羧甲基纤维素钠和海藻酸钠5种试剂进行下一步实验。分别设计浓度梯度，找到各种试剂最适宜的浓度，将以上5种试剂作为阻滞剂，观察其制片后阻碍草履虫运动的效果，实验结果如
表2所示。
对5种试剂制片镜检，发现合成蛋清粉的效果较好，其溶液易于吸取，拉丝易断不影响操作，且与草履虫培养液相容性好，不会使装片过厚；草履虫在运动时有平移及翻转动作，可从多个角度观察到其内部结构，也能清晰看到纤毛摆动等现象。黄原胶及果胶在盖片后较厚，需要进行压片操作，对初中生来说操作较难，加之易被霉菌污染，因此不宜在初中使用。羧甲基纤维素钠与海藻酸钠虽然可以通过盖片操作自然压平液滴，但会导致胶体与培养液混合不均匀，且许多草履虫存在在盖玻片四周自由游动的情况。另外，用清水冲洗合成蛋清粉的装片即可，而其余4种试剂则会黏附在载玻片上，需要借助工具刷洗。合成蛋清粉是重要的食品添加剂，容易购买且价格低廉，是一线教师进行实验改进的良好选材。
2.3 染色
教学参考书提示可用中性红对草履虫的食物泡进行染色，但有学者指出中性红对草履虫有毒害作用，可致其裂解死亡。杨其等
［6］使用螺旋藻粉喂食草履虫，以便通过食物颜色观察其食物泡。笔者选取了两种色素以及两种植物提取物，来验证其染色的效果。
第一种方式：给葡萄紫色素、果绿色素分别加水并配制于小烧杯中，再加入适量酵母，使酵母被色素染色；再倒入草履虫培养液，草履虫摄食酵母后就会带有颜色。第二种方式：直接将紫薯粉、食用虾青素的水溶液分别与草履虫培养液混合，让草履虫摄食这些粉末，其食物泡就会带有食物颜色。经过长期观察，发现酵母菌个体太小，染色后颜色也不明显，低倍镜下草履虫看不出有颜色变化；而紫薯粉与虾青素的溶液中有大量固体不溶物，会对观察视野造成干扰，且草履虫摄取的食物有限，未能观察到明显的颜色变化。
在显微观察中发现，草履虫通体半透明，本身几乎不带有颜色。若在强光下观察，则光线会穿透草履虫，视野中只能看到白茫茫的背景；若在弱光下观察，则能看到草履虫的外形及内部结构，但难以分辨颜色。加之初中生只练习过使用4倍和10倍物镜，固然在10倍物镜下可以看到虫体内流动的许多小食物泡，但其颜色难以辨别。因此，笔者建议在不染色的情况下应采取调小光圈、减少通光量的措施，以便观察到草履虫的细微结构。
3 教学建议
在多次重复以上探究试验基础上，针对初中生物学“观察草履虫”实验，笔者提出以下改进及教学建议。
3.1 实验方法的建议
在草履虫的采集与培养阶段，可以采用网购的方式获取高密度的草履虫，之后使用稻草水进行培养，定期换水并进行扩增，实验前还可以借助滤网富集虫体。在阻滞剂方面，配制质量分数为1%的合成蛋清粉水溶液，将其与草履虫培养液在载玻片上各滴一滴，能够有效减缓草履虫的运动。在学生镜检时，使用4倍与10倍物镜观察，避免40倍物镜压碎玻片的情况发生。调暗视野，在10倍镜下仔细观察，能够看到许多食物泡在虫体内循环流动。结果表明，新课标要求的“探究草履虫的取食和运动”部分内容可以得到实现，而“探究草履虫的趋性”实验可以留给学生自行设计，或通过兴趣小组的形式在课下探究草履虫对光、盐、磁场的反应，以便锻炼学生的科学探究能力。
3.2 实验器具的选择
有条件的学校可以将玻璃仪器替换为塑料制品。如使用塑料烧杯代替玻璃烧杯，用巴斯德吸管代替胶头滴管等，这样可以减少学生因操作失误导致的意外事故，增强了实验的安全性。此外，有学者指出可用单凹面载玻片代替普通载玻片，便于学生滴加液体；但在实验中发现，草履虫不仅能在同一平面内移动，还可在液滴的上下层之间移动，这就会涉及不断调整焦距的问题，对初中生来说是不小的挑战。因此，笔者建议仍使用普通载玻片，尽量降低草履虫上下层移动的可能。
3.3 核心素养的培育
为落实新课标核心素养的目标要求，教师可借助草履虫吞噬细菌的资料以及展示草履虫培养液的方式，指出草履虫对净化污水具有积极作用；之后提出草履虫对某些树木的生长存在危害，这样学生就会辩证地看待草履虫的利害关系。显微镜观察，能够帮助学生理解单细胞生物具有独立完成各项生命活动能力，体会生命的神奇之处；同时，教师可引导学生注意防护微生物的感染。
4 结语
生物学实验对学生核心素养的形成具有重要作用，不能因为课时紧缺等原因就忽视实验内容的开展。教师应不断探究行之有效的方式，利用简单的仪器取得最佳的实验效果，在科学实验中逐步培养学生的探究能力，进而发展生物学核心素养，达成生物学课程的教学目标。
赤峰学院研究生科研创新项目“基于核心素养的中学生物学实验创新研究”(Cfxyyjskycx2023024)
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