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“關(guān)注實(shí)驗(yàn)工具生成”是在建構(gòu)主義的教學(xué)背景下和新課標(biāo)的要求下提出的,它強(qiáng)調(diào)教師不直接向?qū)W生提供實(shí)驗(yàn)工具,而是通過(guò)困難情境的創(chuàng)設(shè),激發(fā)學(xué)生的探究熱情;同時(shí)通過(guò)困難問(wèn)題的“拋錨”,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和探索,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)工具的“再發(fā)明”過(guò)程中完成了相關(guān)知識(shí)和技能的建構(gòu)(圖1)。
二、“關(guān)注實(shí)驗(yàn)工具生成”,改變教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念
在傳統(tǒng)教學(xué)中,科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)課程的組成部分,這使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終處于從屬地位,實(shí)驗(yàn)教學(xué)得不到有效開(kāi)展。新課改以來(lái),“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念已經(jīng)深入人心,但受到知識(shí)本位教育主義的影響,“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念并沒(méi)有得到有效落實(shí),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中尤為突出。很多教師對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的并不明確,他們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的僅僅在于結(jié)論的得出,形成了一種以邏輯為起點(diǎn),以知識(shí)技能為本,以教師課堂和教師為中心的錯(cuò)誤教學(xué)觀。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀忽視了“知識(shí)與技能”、“過(guò)程與方法”、“情感態(tài)度與價(jià)值觀”三維目標(biāo)之間的有機(jī)融合,忽視了學(xué)生探究和思維發(fā)展的需求。“關(guān)注實(shí)驗(yàn)工具生成”則要求教師在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、改造實(shí)驗(yàn)工具。它強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)工具的生成過(guò)程,這就需要教師在備課過(guò)程中認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)工具的組成部分,深刻解讀實(shí)驗(yàn)工具各個(gè)部件的作用和意義,深入思考實(shí)驗(yàn)工具各個(gè)部件生成的先后順序,讓教師真正做到將“問(wèn)題”作為教學(xué)的起點(diǎn),深入貫徹新課標(biāo)提倡的“合作、自主、探究”的學(xué)習(xí)方式,逐漸形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅僅是讓學(xué)生掌握知識(shí),收獲技能,還在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和思維能力,提升學(xué)生的科學(xué)情感的理念。
三、“關(guān)注實(shí)驗(yàn)工具生成”,提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)
1.發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維。學(xué)生的思維能力包括邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,中國(guó)現(xiàn)階段大學(xué)生創(chuàng)新思維能力遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家,并且差距有逐年拉大的趨勢(shì),其癥結(jié)在于中國(guó)現(xiàn)行階段的教育理念?;蔚慕逃砟顕?yán)重制約著學(xué)生的思維發(fā)展平衡,導(dǎo)致高分低能的學(xué)生屢見(jiàn)不鮮。隨著新課程改革的推進(jìn)和深化,實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位和重要性也越來(lái)越明顯,但如何利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的問(wèn)題仍然有待解決。例如,在“體溫計(jì)”一節(jié)的教學(xué)中,教師往往先讓學(xué)生比較溫度計(jì)和體溫計(jì)的不同,在同中求異,找到體溫計(jì)的獨(dú)特構(gòu)造,繼而引導(dǎo)學(xué)生思考,揭示這些特點(diǎn)所起的作用并學(xué)會(huì)使用方法。這樣的做法雖然也培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力,但這種以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為起點(diǎn),運(yùn)用逆向邏輯能力推斷科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)模式嚴(yán)重違背學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律,更不利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的形成。提高每一個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)課程的核心理念,而借助科學(xué)課程培養(yǎng)一批具有非凡創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神的人才也是時(shí)展的必然要求。創(chuàng)新精神源于問(wèn)題和對(duì)問(wèn)題的思考,在教學(xué)中不妨讓學(xué)生嘗試著將溫度計(jì)改良為體溫計(jì),學(xué)生發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)測(cè)量體溫的不足和缺陷,有針對(duì)性地進(jìn)行思考和改良,建構(gòu)體溫計(jì)。學(xué)生在問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程中形成了用創(chuàng)造性眼光看待世界的思維特點(diǎn)。2.融合科學(xué)研究方法。教學(xué)實(shí)踐告訴我們,科學(xué)知識(shí)是“顯性”的,可以通過(guò)教學(xué)目標(biāo)加以明確,而科學(xué)方法是“隱形”的,隱藏在科學(xué)知識(shí)的背后,在教學(xué)中如果沒(méi)有科學(xué)知識(shí)作為有效依托,就會(huì)造成科學(xué)方法的“游離”,學(xué)生僅僅為了方法而學(xué)習(xí)方法,也就很難完成科學(xué)方法的內(nèi)化和遷移。因此,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必然需要尋找實(shí)驗(yàn)方法的有效載體。實(shí)驗(yàn)工具的制作過(guò)程融合了各種科學(xué)方法,如液體壓強(qiáng)計(jì)中,滲透了兩種科學(xué)方法:轉(zhuǎn)化法和放大法。我們無(wú)法直接用儀器測(cè)量液體壓強(qiáng)的大小,就將液體壓強(qiáng)的大小轉(zhuǎn)化成橡皮膜的凹陷程度,即轉(zhuǎn)化法;橡皮膜的凹陷程度變化程度并不明顯,我們就通過(guò)U形玻璃管將現(xiàn)象放大,即放大法。在實(shí)際教學(xué)中,教師通過(guò)引入測(cè)量水體壓強(qiáng)困境的情境,充分挖掘?qū)W生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的生活經(jīng)驗(yàn),將它們轉(zhuǎn)化成科學(xué)方法,完成實(shí)驗(yàn)工具的構(gòu)建,從而將“隱形”的實(shí)驗(yàn)方法“顯性”化,實(shí)現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效教學(xué)。3.提升學(xué)生科學(xué)情感。人類對(duì)于實(shí)際的探索得益于科技的進(jìn)步和發(fā)展。其實(shí),實(shí)驗(yàn)工具并不是一蹴而就的,而是通過(guò)多次改良才逐漸成熟,中間可能就會(huì)涉及到科學(xué)發(fā)展史。例如,1665年,英國(guó)科學(xué)家胡克發(fā)明了顯微鏡,在此后的幾百年時(shí)間里,很多科學(xué)家為顯微鏡發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn),這才使得顯微鏡的技術(shù)得以飛速發(fā)展。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,許多教師直接引入顯微鏡,介紹顯微鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和用途,忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的情感教育功能,導(dǎo)致課堂乏味可陳。如果教師將如何改良顯微鏡作為課堂教學(xué)的主線,讓學(xué)生在改良胡克的顯微鏡的課堂教學(xué)中親歷親為,一方面可以增強(qiáng)學(xué)生的自我效能感。另一方面,也將科學(xué)發(fā)展的過(guò)程濃縮到課堂教學(xué)中,讓學(xué)生懂得科學(xué)發(fā)展并非一蹴而就,而是一代又一代科學(xué)人前赴后繼、努力拼搏的結(jié)果。在落實(shí)知識(shí)性目標(biāo)的同時(shí),也向?qū)W生滲透科學(xué)研究需要堅(jiān)韌不拔的科學(xué)品質(zhì),引導(dǎo)他們正確看待學(xué)習(xí)過(guò)程中的困難,增強(qiáng)其信心和勇氣。
四、“關(guān)注實(shí)驗(yàn)工具生成”教學(xué)模式的反思
儀器設(shè)備先進(jìn)性的程度和檔次的高低既是科研能力和學(xué)術(shù)水平的重要標(biāo)志,也是學(xué)校辦學(xué)水平的重要標(biāo)志。玉溪師范學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)室共有儀器設(shè)備375臺(tái)(件)(實(shí)驗(yàn)室固定資產(chǎn)≥800.00元/臺(tái)(套)),總價(jià)值1,385,625.15萬(wàn)元。學(xué)生人數(shù)多,一年的耗材費(fèi)用有限,因此有些實(shí)驗(yàn)暫時(shí)無(wú)法開(kāi)展,即使開(kāi)展也只作為演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生親自動(dòng)手的機(jī)會(huì)少。因此,應(yīng)適當(dāng)增加儀器設(shè)備的耗材費(fèi),以增加學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì),滿足本科教育水平的基本要求,適應(yīng)學(xué)科發(fā)展。
2針對(duì)目前玉溪師范學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)的對(duì)策分析
2.1改變教學(xué)觀念,重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革必須打破重理論教學(xué)輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)觀念,改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)的從屬地位。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的自身規(guī)律和特點(diǎn),將分散在各學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)課從理論課中獨(dú)立出來(lái),統(tǒng)籌建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程,使運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)課成為基于理論課基礎(chǔ)上的獨(dú)立的教學(xué)體系。將運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)、體育保健學(xué)實(shí)驗(yàn)、推拿與按摩實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行全面的整合打通,打破體育專業(yè)一直以來(lái)實(shí)驗(yàn)課依附于理論課教學(xué),實(shí)驗(yàn)課程零散、課時(shí)不集中,內(nèi)容交叉重疊,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺乏層次要求的現(xiàn)象,將分散于各課程的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或精簡(jiǎn)、或新增、或合并重組、或重新設(shè)計(jì),整合成一門實(shí)驗(yàn)課程,獨(dú)立設(shè)立《運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科學(xué)化和整體化設(shè)計(jì),建立運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和管理體系。這樣既打破了各學(xué)科課程之間的壁壘,減少重復(fù)內(nèi)容,又提高了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)地位。
2.2整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
目前玉溪師范學(xué)院開(kāi)設(shè)的運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容陳舊,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置不合理,演示性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)過(guò)多;單一學(xué)科性的實(shí)驗(yàn)多,綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)少;脫離了學(xué)生生活中的實(shí)際問(wèn)題,與運(yùn)動(dòng)相關(guān)性較差,降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,不能適應(yīng)學(xué)科發(fā)展對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求,不利于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)造性設(shè)計(jì)能力,制約了教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)的質(zhì)量。本著“務(wù)實(shí)創(chuàng)新、學(xué)有所獲、學(xué)能有用”的實(shí)踐應(yīng)用原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容整合優(yōu)化,將分散于各分室的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或精簡(jiǎn)、或新增、或合并重組、或重新設(shè)計(jì)進(jìn)行整合為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,即基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由各分室精選組合而成,避免實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重復(fù)交叉,課時(shí)浪費(fèi)在無(wú)畏的低層次循環(huán)中,從而節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。這既體現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)的整體性和均衡性,又實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的集約性,有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)造性思維能力和獨(dú)立工作的能力。
2.3改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式和理念
在高等院校的教學(xué)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生能力的主要場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)室教學(xué)在高等院校教育中的地位日益凸顯,重視實(shí)驗(yàn)教學(xué),有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和專業(yè)水平。目前,玉溪師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué),先學(xué)理論再上實(shí)驗(yàn),采取的都是傳統(tǒng)的教學(xué)模式,即教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作步驟;學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,按照教師的講解機(jī)械被動(dòng)地參與程式化實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)模式使學(xué)生處于消極、被動(dòng)地位,實(shí)驗(yàn)積極性不高,更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此,必須積極探索改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。(1)理論課上穿插講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。理論課與實(shí)驗(yàn)課是教學(xué)的組成部分,二者相輔相成,在有必要的情況下穿播講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如肌肉的受力分析,知識(shí)點(diǎn)多、抽象,可通過(guò)多媒體教學(xué)模擬進(jìn)行。學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理和了解實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上,通過(guò)多媒體演示,看到了規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程,也看到正確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,其實(shí)驗(yàn)的時(shí)間就可以縮短,實(shí)驗(yàn)效果更好[1]。(2)打破“封閉式”實(shí)驗(yàn)教學(xué),實(shí)施“開(kāi)放式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系?!伴_(kāi)放式”是給學(xué)生提供充分開(kāi)放和自由地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的環(huán)境,既是時(shí)間和空間的開(kāi)放,也是設(shè)備和項(xiàng)目的雙重開(kāi)放。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和需求選做實(shí)驗(yàn),自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生在寬松的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法,并逐步提高動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新意識(shí),增強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)的興趣和信心[2]。只有開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,才能保證學(xué)生有足夠的時(shí)間去探索和實(shí)踐。(3)實(shí)驗(yàn)與健身社團(tuán)掛鉤。將一些設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)放到健身社團(tuán)完成。這種模式既保障了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的培養(yǎng),又突出了實(shí)踐應(yīng)用。幫助學(xué)生聯(lián)系具體實(shí)例,發(fā)現(xiàn)、分析與解決全民健身、體育教學(xué)與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐中的問(wèn)題,這樣既可增強(qiáng)吸引力和感染力,又能縮短學(xué)以致用的時(shí)間,是提高教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生能力,培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的有效途徑,并為后期的畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))奠定基礎(chǔ)[3]。
2.4完善考核機(jī)制
目前,玉溪師范學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)考核方式是將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)按照一定的百分比,計(jì)算在理論課的總成績(jī)中,實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的20%;實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)分方法即考勤占30%,實(shí)驗(yàn)報(bào)告占70%,這種形式不能對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)綜合能力做全面和客觀的評(píng)價(jià)。建議:(1)對(duì)運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課。(2)以必修課程或必選課程形式推出,讓學(xué)生進(jìn)行選修,成績(jī)合格,記2學(xué)分;成績(jī)不合格,重修。(3)成績(jī)?cè)u(píng)定可參考考勤、實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性與參與性、合作精神、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面綜合評(píng)定,以提高實(shí)驗(yàn)考核的真實(shí)性和科學(xué)性,使考核能夠客觀地反映學(xué)生的真實(shí)水平。具體標(biāo)準(zhǔn)為考勤(20%)、實(shí)驗(yàn)操作(20%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30%)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(10%)、考試(20%)。
2.5加強(qiáng)學(xué)科建設(shè),改革實(shí)驗(yàn)室體制
在實(shí)驗(yàn)室體制改革實(shí)踐中,我們感到學(xué)科建設(shè)應(yīng)該應(yīng)該引起學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的足夠重視。學(xué)科建設(shè)應(yīng)該引導(dǎo)和帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)室體制的改革,而現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。注重技術(shù)、運(yùn)動(dòng)隊(duì)訓(xùn)練,輕理論和實(shí)驗(yàn)課的思想還很嚴(yán)重。目前,玉溪師范學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有專門的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人,沒(méi)有專職實(shí)驗(yàn)員,實(shí)驗(yàn)課由上課老師自行安排完成;實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊,好多實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成。建議:(1)學(xué)校加大實(shí)驗(yàn)室資金支持,增加投入,改善實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和設(shè)備購(gòu)置。(2)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理和建設(shè),加強(qiáng)政策引導(dǎo),提高實(shí)驗(yàn)人員待遇。(3)加強(qiáng)學(xué)科隊(duì)伍建設(shè)。引進(jìn)高層次人才,有計(jì)劃地吸引博士、碩士等科研水平高的人才,充實(shí)教師隊(duì)伍,提高實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的整體水平。
3結(jié)語(yǔ)
1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊。由于受計(jì)劃課時(shí)、經(jīng)費(fèi)條件等因素限制,目前細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為傳統(tǒng)驗(yàn)證性的,如光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造與使用、細(xì)胞凝集反應(yīng)等內(nèi)容。以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和遺傳實(shí)驗(yàn)重復(fù)。1.2學(xué)生缺乏主動(dòng)性?,F(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以驗(yàn)證理論為主,實(shí)驗(yàn)方式簡(jiǎn)單枯燥。一般實(shí)驗(yàn)不要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析資料,也不要求學(xué)生設(shè)計(jì)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟,這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式很少能夠發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,不利于培養(yǎng)師范類院校學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[3]。1.3考核內(nèi)容不完善。由于細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是考察課,獨(dú)立于理論課考核,考查內(nèi)容主要以出勤、衛(wèi)生、實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主,教師主觀性較大,缺乏一定的量化標(biāo)準(zhǔn),較難反應(yīng)學(xué)生的動(dòng)手能力,進(jìn)而影響了學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。
2.改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件,增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)
為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的順利進(jìn)行,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成效,需要進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。首先要建立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,將分子實(shí)驗(yàn)室、細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室整合為現(xiàn)代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室。從而優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)室的資源共享;其次增加教學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi),改善教學(xué)條件。
3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系
3.1科學(xué)設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過(guò)程中,教師需要調(diào)整課程內(nèi)容。調(diào)整的原則:一合并技術(shù)單一、重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)。如觀察細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、線粒體和液泡系的超活染色與觀察、人類X染色體的觀察等實(shí)驗(yàn),可將這些單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)組合為系統(tǒng)綜合性實(shí)驗(yàn)。3.2建立“三性”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多為驗(yàn)證性試驗(yàn),為進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,增強(qiáng)學(xué)生綜合分析能力,數(shù)據(jù)處理及查閱資料能力和實(shí)踐能力,所以制定了以驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性為中心實(shí)驗(yàn)的“三性”教學(xué)內(nèi)容。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是通過(guò)驗(yàn)證某些已有結(jié)論使學(xué)生掌握某些探索自然事物的方法;綜合性實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用本課程或與本課程相關(guān)的多種課程知識(shí),對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)。
4.結(jié)語(yǔ)
為使細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量上一個(gè)新臺(tái)階,擁有符合實(shí)際的教學(xué)模式,以適應(yīng)新形勢(shì)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的發(fā)展,所以進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革是迫在眉睫的任務(wù)。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,改革教學(xué)方法和教學(xué)手段,借助輔助教學(xué)手段等,讓細(xì)胞實(shí)驗(yàn)課擺脫傳統(tǒng)模式,最大限度地增強(qiáng)師范類學(xué)生的自主性與參與性,以利于培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新潛能和動(dòng)手能力的綜合應(yīng)用型人才。
作者:馬勇 陳秀莉 圖雅 單位:包頭師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院
參考文獻(xiàn):
[1]翟中和.細(xì)胞生物學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008.
一、傳授新知識(shí)的演示實(shí)驗(yàn)
這是以讓學(xué)生獲取新知識(shí)為目的而進(jìn)行的演示實(shí)驗(yàn),通常是邊講邊演示。從邏輯上看,這往往是一個(gè)由特殊到一般的學(xué)習(xí)過(guò)程。教師在演示時(shí),先講述實(shí)驗(yàn)原理、條件及注意事項(xiàng);當(dāng)學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后,教師再通過(guò)談話啟發(fā)學(xué)生對(duì)所觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行解釋,引導(dǎo)其得出正確的結(jié)論。
例如,在講“銨離子的檢驗(yàn)”時(shí),采取的方法是先演示“氯化銨和硫酸銨分別與氫氧化鈉溶液作用”的實(shí)驗(yàn),然后總結(jié)得出檢驗(yàn)銨離子的一般方法。為此在開(kāi)始演示實(shí)驗(yàn)之前,要突出強(qiáng)調(diào)銨鹽能跟堿起反應(yīng)放出氨氣(講銨鹽性質(zhì)時(shí)學(xué)過(guò)的)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,要引導(dǎo)學(xué)生觀察濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙接近裝有銨鹽(氯化銨和硫酸銨)與氫氧化鈉混合液的試管口時(shí),試紙顏色的變化,能聞到什么氣味,然后由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果來(lái)回答,并由教師加以總結(jié)得出正確的結(jié)論。像這樣通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行新知識(shí)的教學(xué),就具有較強(qiáng)的真實(shí)感和說(shuō)服力,使學(xué)生容易理解和記憶所獲得的新知識(shí)。
使用傳授新知識(shí)的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
①在演示實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生并未掌握有關(guān)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí),在沒(méi)有理論的指導(dǎo)下,學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)時(shí)往往會(huì)忽略掉最關(guān)鍵的內(nèi)容。因此,教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)的條件、環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)果(亦即告訴學(xué)生觀察什么、如何去觀察),使學(xué)生能看懂實(shí)驗(yàn),準(zhǔn)確地觀察到實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果。這是這種演示實(shí)驗(yàn)的感性階段。
②在演示實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,教師不要急于做出結(jié)論,應(yīng)通過(guò)談話啟發(fā)學(xué)生自己去做結(jié)論,以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,促進(jìn)其對(duì)知識(shí)的消化理解,并加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固。例如,在前述有關(guān)銨鹽檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)學(xué)生觀察到“試紙變藍(lán),有刺激性氨味”時(shí),應(yīng)啟發(fā)學(xué)生思考產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因。這是這種演示實(shí)驗(yàn)的理性階段。
③要注意把實(shí)驗(yàn)中所得出的特殊(或個(gè)別)的結(jié)論推廣到一般(或同類的其它對(duì)象)中去,使學(xué)生類推地掌握帶有規(guī)律性的知識(shí)。例如,應(yīng)把從演示“氯化銨和硫酸銨中銨離子的鑒定”實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論推廣到其它銨鹽的鑒定中去,總結(jié)得出“化學(xué)上檢驗(yàn)銨鹽的一般方法”,這是對(duì)這種實(shí)驗(yàn)的歸納。
④應(yīng)要求學(xué)生用文字或圖表把實(shí)驗(yàn)的結(jié)論記錄下來(lái),或結(jié)合指導(dǎo)學(xué)生讀書把教材中的有關(guān)內(nèi)容做上記號(hào)或摘錄下來(lái)以鞏固知識(shí)。
二、驗(yàn)證鞏固所學(xué)知識(shí)的演示實(shí)驗(yàn)
這是以驗(yàn)證或鞏固已學(xué)過(guò)的知識(shí)為目的而進(jìn)行的演示實(shí)驗(yàn),通常是在講授完新知識(shí)以后進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。從邏輯上看,這往往是一個(gè)由一般到特殊的學(xué)習(xí)過(guò)程。教師講課時(shí),先通過(guò)新舊知識(shí)的聯(lián)系與對(duì)比,結(jié)合使用各種直觀教具講授新知識(shí),待學(xué)生初步掌握了這些知識(shí)后,再進(jìn)行有關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證和鞏固所學(xué)過(guò)的知識(shí)。
例如,在講“氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法”時(shí),先結(jié)合有關(guān)氧氣制取與收集的掛圖,講解實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的化學(xué)原理與收集方法,使學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容先具有初步的認(rèn)識(shí),然后課堂現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)室制取及收集氧氣的過(guò)程。使學(xué)生通過(guò)觀察教師的演示,進(jìn)一步加深印象,提高當(dāng)堂課的鞏固率。又如,介紹“常見(jiàn)的堿——?dú)溲趸}”時(shí),先通過(guò)復(fù)習(xí)堿的概念,指出氫氧化鈣是一種堿,應(yīng)具有堿的通性——使指示示劑變色,然后再演示把紫色的石蕊試液及無(wú)色的酚酞試液分別滴加到氫氧化鈣溶液(澄清石灰水)中,讓學(xué)生觀察溶液的顏色變化情況,以驗(yàn)證剛剛學(xué)習(xí)到的事實(shí)。
使用這種演示實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行教學(xué)時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
①在演示實(shí)驗(yàn)前,因?qū)W生對(duì)有關(guān)內(nèi)容已有初步的印象,所以教師在演示時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已初步掌握的知識(shí)來(lái)觀察實(shí)驗(yàn)的過(guò)程及現(xiàn)象,同時(shí)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)操作過(guò)程中的關(guān)鍵步驟,即有目的、有針對(duì)性地觀察。
②在演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,要啟發(fā)學(xué)生積極思考。例如在演示實(shí)驗(yàn)室制取氧氣時(shí),可以提出這樣的問(wèn)題:除了用排水法收集氧氣外,能否用排空氣法收集?怎樣用簡(jiǎn)單的方法證明收集到的是氧氣?
③演示實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,教師要敦促學(xué)生用學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。如在演示氫氧化鈣溶液與指示劑作用時(shí),當(dāng)學(xué)生觀察到“滴有紫色石蕊試液的氫氧化鈣溶液變成藍(lán)色,而滴有無(wú)色酚酞試液的氫氧化鈣溶液變成紅色”后,讓其解釋該現(xiàn)象,指出該現(xiàn)象所證實(shí)的問(wèn)題。這是一個(gè)由一般到特殊的認(rèn)識(shí)過(guò)程。
三、指導(dǎo)性的演示實(shí)驗(yàn)
【原理】土壤里含有許多有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、堿以及鹽類等物質(zhì),各種物質(zhì)的含量不同,使土壤顯示出不同的酸堿性。土壤的酸堿性可以用酸度表示,即用pH值表示土壤的酸堿性。習(xí)慣上把pH值在6.5~7.5范圍內(nèi)的土壤叫中性土。土壤酸堿度的分級(jí)情況見(jiàn)下表。
土壤的酸堿度會(huì)影響作物生長(zhǎng),各種作物對(duì)土壤pH值的要求也是不同的。下表是一些主要農(nóng)作物適宜生長(zhǎng)的酸度范圍。
測(cè)定土壤的酸度,一般用蒸餾水或鹽溶液(常用氯化鉀)提
取土壤中游離態(tài)或代換性的氫離子,然后用pH試紙或備有標(biāo)準(zhǔn)色階的pH混合指示劑測(cè)定溶液的酸堿度。如果用pH計(jì),測(cè)定的值更精確。
【操作】稱取1g風(fēng)干或新鮮土樣,放入試管內(nèi),加入5mL蒸餾水,試管口加塞后充分振蕩,放置澄清后用精密pH試紙(pH值在5.5~9.8)測(cè)定上層清液的酸度。
【說(shuō)明】
(1)土壤樣品的采集要科學(xué)。例如,測(cè)定大田的土壤酸度,采樣時(shí)應(yīng)多點(diǎn)取樣,如10畝地可取5個(gè)點(diǎn),30畝地可取10個(gè)點(diǎn),大于30畝可取15~20個(gè)點(diǎn)。把各點(diǎn)的樣品充分混合后,測(cè)定所取土樣。為了保證測(cè)定準(zhǔn)確,應(yīng)重復(fù)測(cè)試一次,加以驗(yàn)證。
(2)蒸餾水必須用pH=7的中性水,否則要用氫氧化鈉溶液或鹽酸把pH值調(diào)到中性。
(3)速測(cè)用的土樣一般以新鮮的自然濕土為宜。保存?zhèn)溆猛翗右L(fēng)干,潮濕的土壤易受微生物的作用而改變土壤的性質(zhì)。風(fēng)干的方法是:把土樣攤在塑料薄膜或紙上,趁它在半干狀態(tài)時(shí)壓碎,除去殘根等雜質(zhì),鋪成薄層晾干,再用木棒碾碎。風(fēng)干場(chǎng)所要干燥通風(fēng),防止酸、堿氣體侵入。風(fēng)干后再次研磨、過(guò)篩處理,最后裝入土樣瓶或塑料袋內(nèi),保存?zhèn)溆谩?/p>
土壤中速效氮、磷、鉀的測(cè)定
【概述】測(cè)定土壤的養(yǎng)分,是田間科學(xué)管理的必要步驟,也是合理施肥的重要依據(jù)。土壤中速效氮、磷、鉀養(yǎng)分的簡(jiǎn)易測(cè)定,是有實(shí)用意義的實(shí)驗(yàn)。測(cè)定的一般原理是:將含速效氮、磷、鉀養(yǎng)分的一定量土壤,用浸提液把氮、磷、鉀浸提出來(lái)。然后用不同的試劑分別和浸出液中的氮、磷、鉀等養(yǎng)分作用,使溶液呈現(xiàn)不同的顏色。浸出液中所含的某一養(yǎng)分,因濃度不同,顏色的深淺也不一樣。將這一顏色跟用純?cè)噭┡渲频囊幌盗袧舛炔煌臉?biāo)準(zhǔn)色列相比較,可以粗略確定浸出液中某一養(yǎng)分的濃度,由此推算土壤中某一養(yǎng)分的含量。下面分別介紹土壤浸出液的制備,氮、磷、鉀混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制以及三種養(yǎng)分的測(cè)定方法。
土壤浸出液的制備
【原理】
土壤中的速效養(yǎng)分氮、磷、鉀主要以硝態(tài)氮(NO-3—N)、銨態(tài)氮(NH+4—N)、磷酸鹽(H2PO-4、HPO2-4)和鉀鹽(K+)等形式存在于土壤溶液里或被土壤膠粒吸附。要測(cè)定它們,首先要用一種溶液把它們浸提出來(lái)。當(dāng)用電解質(zhì)溶液作浸提液(如NaHCO3)處理土壤時(shí),土壤膠粒吸附的離子就被電解質(zhì)溶液里的離子(如Na+)替代,替代出來(lái)的離子和原來(lái)土壤溶液中的養(yǎng)分一起進(jìn)入浸提液。
【操作】
(1)從田間取回有代表性的土壤樣品,在105~115℃下烘干。
(2)稱取5g干燥的土壤樣品,放入50mL干燥的錐形瓶中,加入25mL0.5mol/L的碳酸氫鈉浸提液。用玻璃棒把土壤攪散。再加入半藥匙活性炭,劇烈振蕩1~2分鐘后靜置5~10分鐘,過(guò)濾后得到的濾液是土壤浸出液。
【說(shuō)明】
(1)浸提液有多種,如鹽酸、檸檬酸、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉和醋酸-醋酸鈉等溶液。選用哪種浸提液更好,應(yīng)根據(jù)土壤的酸堿度及浸出效果來(lái)決定。本實(shí)驗(yàn)中統(tǒng)一采用0.5m0l/L的碳酸氫鈉溶液作為土壤養(yǎng)分的浸提液。
(2)加活性炭的目的是為了脫色。但加入前要檢驗(yàn)活性炭中是否含有磷(方法見(jiàn)速效磷的測(cè)定)。如果含有磷,在使用前將磷除去。方法是用0.5m0l/L的碳酸氫鈉溶液浸提,浸提2小時(shí)后過(guò)濾(吸濾法),活性炭還要用浸提液洗滌兩次,最后用蒸餾水洗到中性,烘干備用。
氮、磷、鉀混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
準(zhǔn)確稱取經(jīng)105℃烘干的分析純磷酸二氫鉀(KH2PO4)0.4390g、硝酸鉀0.7220g、氯化銨0.3820g、硫酸鉀1.3247g于250mL的燒杯中,用少量水溶解,然后無(wú)損地轉(zhuǎn)移到1000mL容量瓶中(用少量水多次沖洗燒杯,洗液轉(zhuǎn)移入容量瓶中),最后加水稀釋到刻度,即得含有磷、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮各為100ppm,鉀為1000ppm的混合標(biāo)準(zhǔn)原液。加甲苯5滴防腐,可以保存3~4個(gè)月。
用移液管吸取上述標(biāo)準(zhǔn)原液4mL,放在50mL容量瓶中,用水稀釋到刻度,搖勻,即得可用于制作標(biāo)準(zhǔn)色列的含硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、磷各為8ppm和鉀80ppm的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。有效期7天。
土壤中速效氮的測(cè)定
1.硝態(tài)氮(N0-3—N)的測(cè)定——硝酸試粉法
【原理】硝酸試粉是粉狀試劑,它由鋅粉(還原劑)、檸檬酸(提供酸性和排除Fe3+的干擾)、對(duì)-氨基苯磺酸和甲萘胺(顯色劑)和硫酸錳(催化劑)等組成。在酸性條件下,硝酸試粉中的鋅把硝酸根離子還原成亞硝酸根離子,亞硝酸根離子跟試粉中的對(duì)氨基苯磺酸作用生成對(duì)苯磺酸重氮鹽,它跟試粉中的甲萘胺反應(yīng),生成紅色的偶氮染料。紅色的深淺程度跟浸出液里的硝酸根含量有關(guān),根據(jù)所形成的紅色深淺跟標(biāo)準(zhǔn)色列比色,從而確定浸出液里硝態(tài)氮的濃度(ppm)。
【操作】
(1)取8支潔凈干燥、直徑大小和管壁厚薄一致的5mL無(wú)色試管(可用5mL注射針劑的廢安瓿代替)。按下表所列步驟制作標(biāo)準(zhǔn)色列。
(2)在剩下的兩支試管(編號(hào)7、8)里各加入土壤浸出液16滴,再分別加入4滴1mol/L硫酸溶液,搖勻。分別加入硝酸試粉1耳勺(盡量和制作標(biāo)準(zhǔn)色列時(shí)的加入量相等),搖勻后,在5~15分鐘內(nèi)將顯示的顏色跟標(biāo)準(zhǔn)色列比較,記錄顏色相同的標(biāo)準(zhǔn)色列硝態(tài)氮讀數(shù)值(即浸出液中含硝態(tài)氮的濃度)。7、8兩支試管中顯色應(yīng)基本一致,否則應(yīng)重新測(cè)定。
【計(jì)算】
(1)土壤中速效養(yǎng)分的求算
本實(shí)驗(yàn)的土壤浸出液是由5g干土和25g(按每毫升質(zhì)量約為1g計(jì)算)碳酸氫鈉溶液浸提出來(lái)的。因此,
(2)每平方米耕地中速效養(yǎng)分含量的求算
土地的耕作層一般離地表0~20cm左右,而干燥土壤(指干燥而結(jié)構(gòu)未被破壞的土壤)的容重為1130kg/m3。因此,
每平方米耕作層土壤質(zhì)量=1m2×0.2m×1130kg/m3=226kg
每平方米耕地中速效養(yǎng)分含量(千克)=土壤含速效養(yǎng)分率
×10-6×226=讀數(shù)值×5×10-6×226
土壤中含硝態(tài)氮的量按上述方法求算。
【說(shuō)明】
(1)滴管的口徑必須校正,在垂直滴出時(shí)每滴體積是1/20mL(即20滴是1mL)。滴加液體時(shí)滴管必須垂直,保證每一液滴的體積大小一致。
(2)硝酸試粉的制備
①甲試劑稱取分析純檸檬酸150g,對(duì)-氨基苯磺酸4g,甲萘胺2g,在干燥條件下迅速地分別研細(xì),混合均勻后,貯于棕色瓶中。
②乙試劑稱取分析純鋅粉4g,硫酸錳20g,混合均勻后貯于棕色瓶中。
使用時(shí)取甲試劑15份,乙試劑1份(指質(zhì)量),兩者充分混合均勻后,貯存在棕色瓶中,放在陰涼干燥處?;旌虾蟮脑噭?,一般只能保存兩個(gè)月左右,受潮更容易失效。失效時(shí)試粉變紅色。
(3)浸出液中加入硫酸的目的在于中和浸出液的堿性,以保證反應(yīng)在酸性條件下進(jìn)行。
(4)為了消除體積不同而引起的誤差,保證結(jié)果準(zhǔn)確,無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)色列的制作,還是浸出液中養(yǎng)分的測(cè)定,都應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定滴數(shù)加液,使液體的總滴數(shù)為20滴(約1mL)。
(5)上頁(yè)表中硝態(tài)氮濃度的一系列讀數(shù)值是標(biāo)準(zhǔn)色列的讀數(shù)值(以下簡(jiǎn)稱讀數(shù)值)。浸出液的顯色跟標(biāo)準(zhǔn)色列中某一檔溶液顏色相同時(shí),這一讀數(shù)值就是浸出液中硝態(tài)氮的濃度。
設(shè)配制色列中這一檔溶液時(shí)耗用標(biāo)準(zhǔn)溶液n滴,該檔的讀數(shù)值為C。已知標(biāo)準(zhǔn)溶液中硝態(tài)氮的濃度是8ppm,而實(shí)驗(yàn)中浸出液的用量是16滴,則兩者有如下的關(guān)系:
n×8ppm=16×CC=0.5n(ppm)
即讀數(shù)值=標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù)×0.5
2.銨態(tài)氮(NH+4—N)的測(cè)定——銨試劑法
【原理】在堿性(pH>11)條件下,銨態(tài)氮跟銨試劑(碘汞化鉀的堿性溶液)作用,生成碘化氨基氧汞黃色沉淀。但因土壤浸出液中NH+4很少,一般只能使溶液呈黃色。根據(jù)黃色的深淺(跟標(biāo)準(zhǔn)色列比色)確定浸出液中含銨態(tài)氮的濃度(ppm)。
【操作】
(1)取8支潔凈、干燥的5mL試管(要求跟測(cè)硝態(tài)氮相同)。按下頁(yè)表所列步驟制作標(biāo)準(zhǔn)色列。
(2)在剩下的兩支試管(編號(hào)7、8)里各加入土壤浸出液16滴,再加入10%的酒石酸鉀鈉溶液各2滴后搖勻,接著分別加入蒸餾水和銨試劑各1滴,使兩試管里液體的總體積為20滴,搖勻。將浸出液顯示的顏色跟標(biāo)準(zhǔn)色列比較,記錄顏色相同的標(biāo)準(zhǔn)色列的銨態(tài)氮讀數(shù)值[即浸出液中含銨態(tài)氮的濃度(ppm)]。7、8兩支試管里的顯色應(yīng)基本一致,否則應(yīng)重新測(cè)定。
【計(jì)算】參照前一實(shí)驗(yàn)中土壤中速效養(yǎng)分的計(jì)算方法。
土壤中銨態(tài)氮(ppm)=讀數(shù)值×5
每平方米耕地中銨態(tài)氮含量(千克)=讀數(shù)值×5×10-6×226
【說(shuō)明】
(1)土壤浸出液中常含有Ca2+、Mg2+等,這些離子在這種條件下也能和銨試劑生成沉淀,使溶液渾濁,干擾銨態(tài)氮的測(cè)定。加入酒石酸鉀鈉可以排除這些干擾。
(2)10%酒石酸鉀鈉試劑的配制方法是:稱取分析純酒石酸鉀鈉10g(或用酒石酸鈉)、氫氧化鈉2g溶于少量水中,然后加水到100mL。
(3)奈斯勒試劑可以按以下方法配制。取11.5g碘化汞和10g碘化鉀,溶于適量水中,稀釋到50mL,然后加入50mL6m0l/L氫氧化鈉溶液,靜置后取清液保存在棕色瓶里。
土壤中速效磷的測(cè)定——鉬藍(lán)比色法
【原理】土壤中的磷酸鹽在酸性條件下和鉬酸銨作用,生成淡黃色或無(wú)色的磷鉬酸銨,然后被氯化亞錫還原為藍(lán)色的磷鉬藍(lán)。藍(lán)色的深淺跟含磷量多少有關(guān),把溶液的藍(lán)色跟標(biāo)準(zhǔn)色列比較,可以確定浸出液里含磷的濃度(ppm)。
【操作】
(1)取8支潔凈、干燥的5mL(要求跟前一實(shí)驗(yàn)中相同)試管。按下表所列步驟制作標(biāo)準(zhǔn)色列。
(2)在剩下的兩支試管(編號(hào)7、8)里各加入土壤浸出液16滴,再分別加入1mol/L硫酸溶液4滴和1.25%硫酸鉬酸銨溶液4滴,搖勻。接著各加入1%氯化亞錫溶液1滴,這時(shí)各試管里溶液的總量是25滴,搖勻。把浸出液顯示的藍(lán)色跟標(biāo)準(zhǔn)色列相比較,記錄同樣顏色溶液的讀數(shù)值[即浸出液中含磷的濃度(ppm)]。7、8兩支試管里的顯色應(yīng)基本一致,否則要重新測(cè)定。
【計(jì)算】
土壤中含磷(ppm)=讀數(shù)值×5
每平方米耕地中磷的含量(千克)=讀數(shù)值×5×10-6×226
【說(shuō)明】
(1)本實(shí)驗(yàn)用的方法是指堿性或中性土壤中速效磷的測(cè)定。如果測(cè)定酸性土壤里的速效磷,浸提液不能用碳酸氫鈉溶液,而要以等量的0.5%鹽酸作浸提液。測(cè)定用的試劑也有所改變。實(shí)驗(yàn)方法是在試管里加入16滴浸出液,再加4滴蒸餾水,接著加1.25%的鹽酸鉬酸銨,搖身后加入1滴1%的氯化亞錫溶液,搖勻。浸出液顯示的藍(lán)色,按前述方法進(jìn)行比色讀數(shù)。
(2)1.25%硫酸鉬酸銨溶液按以下方法配制稱取2.5g鉬酸銨,溶于20mL水中,加熱到60℃,使它全部溶解,冷卻。量取7mL濃硫酸加入到70mL水中,冷卻。把前一種溶液緩慢傾入后一種溶液中,不斷攪拌使不生成沉淀,混勻,冷卻,加水到200mL。
(3)鹽酸鉬酸銨溶液的配制方法是稱分析純鉬酸銨1.5g,溶于30mL水中。緩慢加入密度1.19g/cm3的純鹽酸44mL,邊加邊攪拌,最后加水到100mL。
(4)1%氯化亞錫溶液的配制稱取分析純氯化亞錫1g,加分析純濃鹽酸10mL,等全部溶解(如渾濁需過(guò)濾)后,再加甘油90mL,混勻,貯存在棕色瓶中,保存在陰涼處。
土壤中速效鉀的測(cè)定——亞硝酸鈷鈉比濁法
【原理】鉀離子跟亞硝酸鈷鈉在中性或酸性條件下,能生成亞硝酸鈷鈉二鉀黃色沉淀而出現(xiàn)渾濁。渾濁程度隨溶液中鉀離子含量的增多而變濃。把浸出液顯出的渾濁程度跟標(biāo)準(zhǔn)色列的渾濁程度相比較,可以得出浸出液中含速效鉀的濃度(ppm)。
【操作】
(1)取8支潔凈、干燥的5mL試管,按下表所列步驟制作標(biāo)準(zhǔn)色列。
(2)在剩下的兩支試管(編號(hào)7、8)中各加入土壤浸出液16滴,再分別加入冰醋酸2滴和37%的甲醛溶液1滴,搖勻。接著各加入亞硝酸鈷鈉溶液4滴和異丙醇16滴,搖勻。把浸出液出現(xiàn)的渾濁程度跟標(biāo)準(zhǔn)色列比較,記錄讀數(shù)值[即浸出液中含鉀濃度(ppm)]。7、8兩支試管中渾濁程度應(yīng)基本一致,否則應(yīng)重新測(cè)定。
【計(jì)算】
土壤中含鉀(ppm)=讀數(shù)值×5
每平方米耕地中含鉀量(千克)=讀數(shù)值×5×10-6×226
【說(shuō)明】
(1)因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)溶液中含鉀濃度是80ppm,所以色列的讀數(shù)值和耗用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù)的關(guān)系是
讀數(shù)值=標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴數(shù)×5
(2)配制標(biāo)準(zhǔn)色列時(shí)加入氯化鈉是為了使標(biāo)準(zhǔn)溶液跟土壤浸出液里存在的大量鈉離子濃度相近。
(3)向土壤浸出液里加入醋酸是為了控制pH值在4~5左右。堿性過(guò)強(qiáng),亞硝酸鈷鈉中的鈷離子會(huì)生成Co(OH)3沉淀。酸性過(guò)強(qiáng)會(huì)引起亞硝酸鈷鈉分解,因此要嚴(yán)格控制溶液的pH值。
(4)土壤浸出液中的銨根離子和亞硝酸鈷鈉溶液反應(yīng),也能產(chǎn)生(NH4)2Na[Co(NO2)]6黃色沉淀,為此加入甲醛溶液,使生成難以離解的六次甲基四胺,排除銨根離子的干擾。
(5)加入異丙醇可以降低亞硝酸鈷鈉二鉀的溶解度,提高測(cè)定效果。如果溫度不超過(guò)23℃,也可以用乙醇代替異丙醇,溫度高會(huì)引起沉淀溶解。
(6)亞硝酸鈷鈉溶液可以按以下方法配制。取23g亞硝酸鈉,溶在50mL水里。再加入16.5mL6mol/L醋酸和3g硝酸鈷[Co(NO3)2·6H2O],靜置過(guò)夜,取濾液使用。
土壤中有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定
【原理】土壤里有機(jī)質(zhì)的含量是決定土壤持久性肥力的重要標(biāo)志,所以測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)的含量具有重要意義。測(cè)定土壤里有機(jī)質(zhì)的含量有多種方法,其中用重鉻酸鉀作氧化劑,跟土壤里的有機(jī)質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng),再用滴定法或比色法測(cè)定的方法用得較多。
氧化性強(qiáng)的重鉻酸鉀在酸性溶液里跟土壤中有機(jī)質(zhì)的碳發(fā)生氧化還原反應(yīng),它們之間存在定量關(guān)系。再用標(biāo)準(zhǔn)還原劑(如硫酸亞鐵銨)滴定多余的氧化劑(K2Cr2O7),經(jīng)過(guò)換算,就能求得土壤里有機(jī)質(zhì)的含量。不用還原劑滴定,可以用重鉻酸鉀溶液在反應(yīng)前后的顏色變化進(jìn)行比色測(cè)定。酸性的重鉻酸鉀溶液呈橙色,反應(yīng)后六價(jià)的鉻被還原成三價(jià)鉻離子,呈綠色。溶液的顏色越深,表明土壤里有機(jī)質(zhì)的含量越高,一般可通過(guò)跟標(biāo)準(zhǔn)色階或比色卡比較就能得出土壤里有機(jī)質(zhì)的含量。
【操作】
(1)重鉻酸鉀氧化還原比色法先配制系列標(biāo)準(zhǔn)色階。在一系列試管里用5%葡萄糖和水調(diào)配,配制成各級(jí)有機(jī)質(zhì)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。按照速測(cè)步驟,在各試管中依次加入2.5mL0.167mol/L重鉻酸鉀溶液和5mL濃硫酸。顯色后各取5滴加入比色瓷板孔穴中,加蒸餾水2滴,攪勻后即為標(biāo)準(zhǔn)色階。各級(jí)色階的間距為0.5%,色調(diào)由橙黃、黃綠、綠到深綠逐級(jí)加深。實(shí)例可見(jiàn)下表。
測(cè)試時(shí)稱取0.5g風(fēng)干的土樣(長(zhǎng)期潮濕的土常含有較多的還原性物質(zhì),會(huì)干擾測(cè)定結(jié)果,必須充分風(fēng)干,使它氧化后才能測(cè)定)放入試管中,加入2.5mL0.167m0l/L重鉻酸鉀溶液振蕩,再迅速加入5mL濃硫酸,振蕩一分鐘再靜置半小時(shí)。用滴管吸取5滴上層清液,加入比色瓷板孔穴中,加2滴蒸餾水,攪勻,跟標(biāo)準(zhǔn)溶液制成的標(biāo)準(zhǔn)色階比色,記下比色讀數(shù)。
由于土壤中有機(jī)質(zhì)的含碳量和還原性,跟葡萄糖并不完全一樣,所以測(cè)得的結(jié)果會(huì)有誤差,為獲得較為客觀的數(shù)據(jù),要進(jìn)行適當(dāng)校正。即土壤有機(jī)質(zhì)百分含量=比色讀數(shù)×校正系數(shù)校正系數(shù)因不同地區(qū)、不同土質(zhì)的特性而有差異,例如有0.8,0.7等。
(2)滴定法稱取研細(xì)的風(fēng)干土樣0.5g,放入干燥的硬質(zhì)試管中,加入硫酸銀0.1g,用移液管加入5mL0.067m0l/L重鉻酸鉀溶液,再緩慢加入5mL濃硫酸,并不斷攪拌。在酒精燈上加熱這溶液,使它沸騰。為了防止管內(nèi)液體飛濺,加熱時(shí)在試管口上套一支小漏斗,當(dāng)試管內(nèi)液體開(kāi)始冒出白煙時(shí)停止加熱。冷卻后,將試管中的液體全部移入錐形瓶?jī)?nèi),稀釋到50mL左右。加10~15滴2-羧基代二苯胺指示劑,再用0.2m0l/L硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到溶液呈綠色。另用同樣的方法,不加土樣,做一次空白試驗(yàn)。按如下公式求土壤里有機(jī)質(zhì)的含量。
在上式中,V0是空白試液時(shí)滴定耗用硫酸亞鐵銨的毫升數(shù),V是土樣滴定時(shí)耗用硫酸亞鐵銨的毫升數(shù),M是硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度,W是風(fēng)干土樣質(zhì)量,0.003是1mg摩爾標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于碳的毫克數(shù),1.724是碳換算為有機(jī)質(zhì)的常數(shù)(即假定土壤中有機(jī)質(zhì)含碳為58%,則100/58=1.724)。
【說(shuō)明】
(1)把土樣采回后鋪在塑料薄膜上,在陰處研碎、晾干,不能暴曬或烘干(以防有機(jī)質(zhì)發(fā)生變化),最后研細(xì)裝瓶待用。
(2)標(biāo)準(zhǔn)色階一般配3~8個(gè)即可。
(3)比色測(cè)定時(shí),如有機(jī)質(zhì)含量過(guò)高,則風(fēng)干土可相應(yīng)減少,例如可取土樣0.3g、0.2g等。
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