例析高中生物學(xué)實驗的改進

林瑪莉

（漳州第八中學(xué)，福建 漳州 363000）

例析高中生物學(xué)實驗的改進

林瑪莉

（漳州第八中學(xué)，福建 漳州 363000）

以高中生物學(xué)的三個重要實驗為例，分別從實驗取材、實驗技術(shù)和實驗設(shè)計等方面提出了創(chuàng)新性改進方案，使得實驗操作可行性強，有效提高學(xué)生的探究能力、實驗?zāi)芰蜕锟茖W(xué)素養(yǎng)。

高中生物學(xué)實驗；改進；取材；探究

生物科學(xué)是一門實驗科學(xué),十分強調(diào)科學(xué)實驗在科學(xué)認(rèn)識形成過程中的作用［1］。生物學(xué)實驗教學(xué)是學(xué)生獲取生物學(xué)知識的有效手段之一,同時對提高學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新能力及生物科學(xué)素養(yǎng),具有一般課堂教學(xué)無法替代的作用［2］。

自高中生物學(xué)課程改革以來，人們對生物學(xué)實驗教學(xué)的重視程度普遍提高。但現(xiàn)行人教版教材中的實驗卻普遍存在取材困難、過程繁瑣等問題；同時高中生物學(xué)教學(xué)課時少，也限制了學(xué)生進行實驗與思考的時間。國外及港臺的高中生物學(xué)實驗的共同特點是注重研究性與實驗設(shè)計的科學(xué)性，不少實驗材料及實驗器材已經(jīng)更新。受此啟發(fā)，筆者對現(xiàn)行的人教版高中生物學(xué)教材中部分實驗進行改進和創(chuàng)新。

一、改進“比較過氧化氫在不同條件下分解”實驗中過氧化氫酶的取材

幾乎所有的生物機體都存在過氧化氫酶，特別是植物細(xì)胞的葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、動物的肝和紅細(xì)胞中，該酶的活性及其所進行的酶促反應(yīng)為機體提供了抗氧化的防御機理。

人教版教材中的比較過氧化氫在不同條件下分解實驗材料是新鮮肝臟，但其不易研磨充分、研磨液有雜質(zhì)、難以用膠頭滴管進行采集，實驗費時費力。而且研磨后研磨液如果沒有及時處理的話，研磨液腐爛發(fā)出臭味也會污染空氣。同時用肝臟研磨液稀釋比例不好掌握，酶的濃度過高的話，會導(dǎo)致反應(yīng)速率過快，不易調(diào)控。

由于植物在生理活動過程中也會產(chǎn)生過氧化氫，植物細(xì)胞中也存在著過氧化氫酶。筆者指導(dǎo)學(xué)生直接研磨植物的葉、果實等器官，就可得到實驗所需的過氧化氫酶。通過實驗發(fā)現(xiàn)，菠菜葉或木瓜的研磨液中過氧化氫酶的含量較高。用菠菜葉或木瓜提取過氧化氫酶進行實驗，其效果均明顯優(yōu)于3.5%FeCl3溶液。以植物器官替代肝臟做該實驗材料完全可行，且木瓜中過氧化氫酶含量極高。通過實驗，學(xué)生還推測木瓜能消除體內(nèi)過氧化物等毒素，凈化血液，對肝功能障礙及高血脂、高血壓病具有防治效果與高含量的過氧化氫酶有關(guān)。同時學(xué)生得出果蔬的抗氧化性、抗衰老、耐儲存能力的大小與過氧化氫酶含量成正相關(guān)的結(jié)論。

二、改進“綠葉中色素的提取和分離”的實驗技術(shù)

提取色素時所加入的無水乙醇易揮發(fā)，實驗時存在一定安全隱患。為了防止色素被破壞需要加碳酸鈣，同時還需要二氧化硅才能研磨充分，可見提取步驟繁雜；且過濾要使用尼龍布，現(xiàn)在尼龍布也較難找到。再者，因為色素見光易分解，提取的色素?zé)o法進行循環(huán)使用，造成實驗材料的極大浪費。另外分離步驟中對于劃線的“細(xì)齊直”要求較高，往往會導(dǎo)致分離的色素帶效果不佳。整個實驗要在一節(jié)課內(nèi)完成也顯得十分倉促。

為此，筆者進行了改進。①直接使用刀片輕輕刮取菠菜葉片的下表皮葉肉，將剪角后的干燥定性濾紙條沿鉛筆畫線對折，用于直接蘸取綠葉的色素，待色素細(xì)線干燥后再重復(fù)2-3次。②將層析液倒入燒杯中，將濾紙條輕輕插入層析液中，層析液不能沒及色素細(xì)線，用培養(yǎng)皿蓋住燒杯，等待15分鐘。③取出濾紙條，觀察。

通過改進，簡化了實驗步驟與操作方法，分離得到色素帶更清晰，并能在一節(jié)45分鐘課內(nèi)完成該實驗，還節(jié)省實驗材料，每位學(xué)生每次只需使用一片菠菜葉，做到人人動手實驗，實驗效率顯著提高。

三、改進“環(huán)境因素對光合作用強度的影響”的實驗設(shè)計

“環(huán)境因素對光合作用強度的影響”探究實驗是具有代表性的高中生物學(xué)探究實驗，但探究實驗耗時，難以在一課時內(nèi)進行這類的實驗操作。

影響光合作用強度的因素主要有二氧化碳濃度、光照強度、光的波長、溫度和葉齡等。受實驗器材限制，筆者主要針對二氧化碳濃度、光照強度和光的波長等三個因素進行探究實驗的設(shè)計與實施。

實驗設(shè)計①通過選用雪碧等簡單材料進行二氧化碳濃度對植物光合作用的影響實驗。②通過改變?nèi)~片與燈泡的距離進行光照強度對植物光合作用的影響實驗。③通過利用不同顏色的光進行光的波長對植物光合作用的影響實驗。

具體實驗操作①取生長旺盛的菠菜綠葉，用直徑1cm的打孔器打出小圓形葉片80片，注意避開葉脈部分。②用玻璃注射器將葉片中的氣體抽出，并迅速放入裝有清水的培養(yǎng)皿中。③將抽真空后的葉片放入三個分別裝有200ml清水、20ml雪碧+180ml清水、50ml雪碧+150ml清水的燒杯中，每個燒杯10片葉片且葉片不重疊。將三個燒杯放在相同光源下25分鐘。⑤觀察并記錄實驗數(shù)據(jù)。⑥將20片葉片分別放入兩個裝有20ml雪碧+180ml清水的燒杯中，放置在不同的光照強度下，即與光源的距離10cm、25cm的環(huán)境下25分鐘。⑦觀察并記錄實驗數(shù)據(jù)。⑧將剩下的30片葉片分別放入三個裝有20ml雪碧+180ml清水的燒杯中，分別放置于用紅色、藍色、綠色的塑料薄膜包裹的光源環(huán)境下，即光波長不同的環(huán)境中，放置25分鐘。⑨觀察并記錄實驗數(shù)據(jù)。

表1 “環(huán)境因素對光合作用強度的影響”探究實驗

可見清水中植物幾乎不能進行光合作用，20ml雪碧+180ml清水的實驗組其二氧化碳的濃度最為適宜，實驗效果最好。因為雪碧可以提供二氧化碳使得植物進行光合作用，且雪碧含有蔗糖，但其濃度過高時，則葉片細(xì)胞部分會發(fā)生質(zhì)壁分離從而影響了光合作用的進行。

此外，還發(fā)現(xiàn)利用圓形小葉片進行光合作用的效果非常明顯。也可利用普通的LED燈進行不同波長光對光合作用強度的影響實驗，實驗操作簡便易行，實驗效果明顯。通過上述改進，大大縮短了該探究實驗的等待過程，克服了無法在實驗室里全程完成以及無法在一課時45分鐘內(nèi)馬上得出探究結(jié)果的不足。

通過對現(xiàn)行人教版高中生物學(xué)教科書中實驗的改進，有效地搭建實驗教學(xué)的平臺，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的樂趣與生物學(xué)實驗的重要性，學(xué)習(xí)生物科學(xué)探究的正確方法，逐漸養(yǎng)成良好的科學(xué)思維習(xí)慣與形成“不迷信權(quán)威”的創(chuàng)新意識，有助于提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

［1］韓曉.高中生物實驗的改進與拓展［J］.中學(xué)生物教學(xué)，2015（6）.

［2］譚雪云.溫度對酶活性影響的實驗探究與改進［J］.實驗教學(xué)與儀器，2015（4）.

［3］曹多仁.高中生物實驗改進的實例［J］.課程教育研究，2013（9）.

（責(zé)任編輯：陳 欣）