“光合色素的提取和分離”分段式實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

戚雪銀　高婷婷

摘要 依據(jù)“光合色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)課程，開展分段式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。具體闡述了從問題導(dǎo)入、階段性實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容和環(huán)節(jié)安排，以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法的操作等方面來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，提高生物實(shí)驗(yàn)課堂效率，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞 光合色素 分段式教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“光合色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)”是光合作用這一章中重要的實(shí)驗(yàn)。筆者仔細(xì)研讀教材、合理安排實(shí)驗(yàn)原理講解和操作進(jìn)展時(shí)間，聯(lián)系生活實(shí)際、擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)選材，并嘗試融合其他學(xué)科拓展實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法，從多方面精心設(shè)計(jì)“葉綠體中光合色素提取和分離”實(shí)驗(yàn)課程。在本節(jié)課程中開展分段式實(shí)驗(yàn)，將“提取”和“分離”兩大實(shí)驗(yàn)步驟分開進(jìn)行，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理也在實(shí)驗(yàn)步驟開展前分開講解。

1本地景觀導(dǎo)入，點(diǎn)燃探究熱情

南京是六朝古都，有著很濃厚的文化底蘊(yùn)，教師展示南京中山陵景區(qū)內(nèi)享譽(yù)“世界上最美項(xiàng)鏈的”——美齡宮春、秋季航拍圖。學(xué)生成長(zhǎng)于南京，對(duì)于家鄉(xiāng)的景點(diǎn)很熟悉，但首次見到航拍圖仍會(huì)感到震撼。

此時(shí)，教師趁著學(xué)生興趣正濃，拋出問題串：

①南京的色彩由誰決定的？

②決定這色彩的物質(zhì)有幾種？

③它們的含量是否相同呢？

以此導(dǎo)入“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)課程。由于實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間有限，教師已在課前將導(dǎo)學(xué)案發(fā)給學(xué)生，并安排學(xué)生進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)，提煉出實(shí)驗(yàn)的相關(guān)原理，討論并完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2展示課前導(dǎo)學(xué)成果，配合多樣化選材，完成色素提取

2.1學(xué)生互評(píng)交流，共探提取原理

課程開始之前，教師拍攝有代表性的預(yù)習(xí)成果以供學(xué)生的課堂互評(píng)。新課講授以學(xué)生之間對(duì)于“光合色素提取原理”互評(píng)開始，把課堂的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓他們?cè)谙嗷サ慕涣髦邪l(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修正。教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生交流后結(jié)論的總結(jié)和提煉者，引導(dǎo)學(xué)生充分理解光合色素的提取原理。

2.2觀看演示視頻，合理選材，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)

教師提前錄制約2min的色素提取視頻，簡(jiǎn)要?dú)w納流程及操作要點(diǎn)：剪碎葉片、加三種試劑（CaCO₃、SiO₂、無水乙醇）、快速研磨、紗布過濾、保存濾液。學(xué)生在展示自帶的實(shí)驗(yàn)材料后，思考決定是否繼續(xù)采用自己的材料。有學(xué)生當(dāng)堂換取教師提前備好的韭菜或菠菜葉。這樣的自由化選材和更換的過程可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的思考，使學(xué)生深切地感受實(shí)驗(yàn)選材的要求。材料選定后，教師給出第一階段的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和任務(wù)：學(xué)生兩人一組，5 min內(nèi)嘗試完成學(xué)案上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程，并收集澄清濾液。

2.3組間PK，階段性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

教師在學(xué)生第一階段性實(shí)驗(yàn)過程中加以指導(dǎo)，并拍下小組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的圖片投放到屏幕中。學(xué)生在組間的比較和討論中得到啟發(fā)，在教師的引導(dǎo)下嘗試分析本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)階段性的實(shí)驗(yàn)操作問題，增加對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及步驟的理解。除此之外，教師和學(xué)生共同解決課前留下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)補(bǔ)充習(xí)題。這一環(huán)節(jié)既是對(duì)階段性實(shí)驗(yàn)的總結(jié)反饋，也是幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握提取色素分子的實(shí)驗(yàn)操作流程。

3乘勝追擊，講解分離原理，合作完成色素分離

3.1結(jié)合提取結(jié)果，類比實(shí)例講解分離原理

師生共同完成了第一階段實(shí)驗(yàn)后，教師應(yīng)乘勝追擊，以小組的各種色素的混合液為例，引導(dǎo)學(xué)生理解光合色素的分離原理。高中生物實(shí)驗(yàn)中常用的分離色素的方法為“紙層析法”。教師可將光合色素在濾紙條上擴(kuò)散的過程，類比為運(yùn)動(dòng)員于跑道上奔跑的過程，運(yùn)動(dòng)員的起跑線就是色素分離的濾液細(xì)線。教師提醒學(xué)生：為保證光合色素跑出來的色素帶整齊，畫濾液細(xì)線之前先用鉛筆畫一條細(xì)而直的線，再蘸取濾液進(jìn)行“描紅”。學(xué)生結(jié)合教師的講解，小組為單位，討論修正預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案中關(guān)于“光合色素分離原理”的歸納。

3.2觀看演示視頻，明確實(shí)驗(yàn)操作流程

教師播放提前錄制約2 min的色素分離操作視頻，接著，簡(jiǎn)要?dú)w納實(shí)驗(yàn)流程和操作要點(diǎn)：制備濾紙條（條狀濾紙剪去一端兩角）、畫濾液細(xì)線（鉛筆先畫，濾液重復(fù)描紅）、層析分離（層析液不觸及濾液細(xì)線）。

在教材中實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，教師向?qū)W生展示改進(jìn)后的“燈芯法”：

①圓形濾紙正中畫直徑為8 mm、16 mm同心圓，棉簽蘸取適量濾液涂至兩個(gè)同心圓之間，吹干后重復(fù)2～3次。圓規(guī)畫的同心圓保證色素分離線統(tǒng)一，能很好解決色素帶重疊及形狀不規(guī)則的問題；棉簽?zāi)苻D(zhuǎn)移大量色素，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果中色素帶清晰可見。

②圓心處穿棉線打結(jié)（長(zhǎng)約3.5 cm），圓形濾紙蓋在盛有10 mL層析液培養(yǎng)皿上，使棉線底部充分浸入層析液中，濾紙上方蓋培養(yǎng)皿蓋。

教師歸納圓形濾紙分離操作流程：制備同心圓濾紙（圓心處穿棉線打結(jié)）、蘸涂濾液（棉簽蘸涂吹干重復(fù)）、層析分離（棉線底端接觸層析液）。然后，教師給出第二階段的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和任務(wù)：4人一大組，2人一小組，一小組按條形組操作，另一小組按圓形組操作。學(xué)生在8 min內(nèi)嘗試完成學(xué)案上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程，并完成色素分離。

3.3分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，多方面了解光合色素

層析實(shí)驗(yàn)后，大部分小組可以得到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但仍存在很多問題：色素條帶顏色淺、條帶不整齊、濾紙條上幾乎沒有色素帶等。教師展示條形組較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，請(qǐng)學(xué)生結(jié)合分離原理從色素種類、色素顏色、色素含量、溶解度和擴(kuò)散速度等方面進(jìn)行分析。教師總結(jié)后，小組間自由討論分析彼此的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，查找成敗原因。教師給出圓形組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請(qǐng)學(xué)生在條形組結(jié)果分析的基礎(chǔ)之上對(duì)圓形組的結(jié)果進(jìn)行解析，使學(xué)生更深切地認(rèn)識(shí)到生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的多樣性。兩種方法的比較能很好地點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)了學(xué)生合作探究的欲望，也進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生在生物學(xué)科研領(lǐng)域的多元化思想。

4首尾呼應(yīng)揭開神秘面紗，學(xué)科融匯拓寬視野

4.1完成色素提取分離，揭開關(guān)齡宮神秘面紗

教師在實(shí)驗(yàn)結(jié)尾帶領(lǐng)學(xué)生回歸到課堂剛開始的問題之中，請(qǐng)學(xué)生在動(dòng)手操作之后嘗試解答。學(xué)生已經(jīng)知道綠色葉片中含有4種不同的色素，但由于葉綠素的含量明顯高于類胡蘿卜素，所以春季的美齡宮呈現(xiàn)大片綠色。教師可以啟發(fā)學(xué)生思考：為何秋季葉片會(huì)變黃，是葉綠素分子消失了還是產(chǎn)生了新的物質(zhì)？隨后，教師講解葉綠素不穩(wěn)定的化學(xué)特性，啟發(fā)學(xué)生思考秋季葉片變黃的原因。

4.2展示趣味實(shí)驗(yàn)，拓寬學(xué)科視野

課程最后，教師展示兩個(gè)基于物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)：

①葉綠素的熒光實(shí)驗(yàn)。單側(cè)光照射收集到的濾液，學(xué)生分別從與入射光垂直的方向和透射光方向觀察溶液的顏色，記錄觀察到的色素溶液顏色，思考原因。

②色素分子的光吸收實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通常是借助物理學(xué)上的三棱鏡將單色光分開，觀察葉綠素對(duì)光的吸收情況。鑒于該實(shí)驗(yàn)對(duì)三棱鏡的規(guī)格要求嚴(yán)格，筆者經(jīng)過思考和親身實(shí)驗(yàn)，做出了一些小小的改進(jìn)：課堂教學(xué)中，直接準(zhǔn)備紅、藍(lán)、綠三種顏色的單色光，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果清晰可見：紅光和藍(lán)光幾乎全被色素分子吸收，而綠光幾乎全部透過濾液，幾乎不被吸收。

學(xué)生可以動(dòng)手體驗(yàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，也可以將提取到的色素濾液裝到提前準(zhǔn)備好的小玻璃瓶中帶出課堂，利用其他顏色的單色光進(jìn)行更多的趣味探究。學(xué)生在操作過程中，能深切感受到物理學(xué)和生物學(xué)之間的緊密聯(lián)系。同時(shí)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更是引發(fā)了學(xué)生的思考，也為下一課時(shí)光合色素的吸收光譜和光合作用的過程奠定了基礎(chǔ)。

5教后反思

“提取和分離光合色素”實(shí)驗(yàn)是個(gè)傳統(tǒng)的課題，但需要教師投入時(shí)間和精力去設(shè)計(jì)課堂，花心思去琢磨新的思路，加入新鮮的元素。生物學(xué)教學(xué)不應(yīng)該僅僅停留在課堂中，而是應(yīng)該將學(xué)到的知識(shí)帶出課堂，走進(jìn)生活。本節(jié)實(shí)驗(yàn)課中，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，將課程依據(jù)內(nèi)在邏輯順序劃分為兩大塊，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，仔細(xì)推敲階段性教學(xué)任務(wù)，嘗試在課堂上開展分段式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。分段式實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求教師有明確的分段目標(biāo)和任務(wù)，給予學(xué)生充分合理的自主時(shí)間，并及時(shí)總結(jié)反饋學(xué)生的階段性成效。分段式實(shí)驗(yàn)教學(xué)給予了學(xué)生更多的時(shí)間去接受和理解新的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)結(jié)果及注意事項(xiàng)的分析，很好地培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)思維方式。課程最后展示的光學(xué)實(shí)驗(yàn)更是激起了學(xué)生濃厚的興趣，讓學(xué)生將課堂所學(xué)知識(shí)延伸到課堂以外，并嘗試獲得與其他學(xué)科之間的相互聯(lián)系。