基于核心素養(yǎng)的實驗課課例模型設計
——“葉片中色素的提取和分離”拓展實驗課

郭 亮 張瑞文 武慧穎

天津市東麗區(qū)教師發(fā)展中心(300300) 天津鋼管公司中學(300302)

實驗教學是生物學課程的特點,也是生物學教學的基本形式之一。實驗教學是促成學生達成生物學學科核心素養(yǎng)的重要支撐[1]?；诤诵乃仞B(yǎng)的生物學實驗探究課應該怎么上?我們以“葉片中色素的提取和分離”一節(jié)拓展實驗課為例進行了課例模型設計和實踐探索,取得了較好的效果。

1 教學設計背景

在《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》一書中提到,“科學探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學問題,針對特定的生物學現(xiàn)象,進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力[1],而基于這些生物學實驗的事實和證據,運用模型與建模、創(chuàng)造性思維的方法,探討生命現(xiàn)象和規(guī)律,則是科學思維的訓練過程。

在此次拓展實驗課前,學生已完成“綠葉中色素的提取和分離”實驗,有了一定的理論基礎及實驗操作能力,但從學生的能力水平分析,高一的學生對于生物探究實驗設計還存在可以提升的空間,如果教師從細節(jié)出發(fā)對學生進行指導及評價,則會收到更好的效果。天津鋼管公司中學為東麗區(qū)重點校,學生的學習興趣高,探究精神強,教學活動易開展,為本節(jié)實驗探究課的實施打下了良好的基礎。

2 教學設計的目的與構想

本節(jié)實驗拓展課,目的在于培養(yǎng)學生核心素養(yǎng),尤其是科學探究能力和科學思維能力。本節(jié)課較好地呈現(xiàn)了新課程標準對學生能力培養(yǎng)的要求。為實現(xiàn)本節(jié)課的目標,繪制如圖1所示設計構想。

圖1 “葉片中色素的提取和分離”拓展實驗課思維導圖

3 教學過程

3.1 環(huán)節(jié)一:創(chuàng)設情境,引入新課

用圖片展示天津鋼管公司中學校園景觀一大亮點:綠葉墻和紅葉墻。

提出問題1:綠葉墻為什么會變成紅葉墻?以問題形式提問,激發(fā)學生學習興趣,使學生帶著好奇心和求知欲進入學習狀態(tài)。同時增強學生熱愛學校的榮譽感、自豪感。

學生思考回答:葉片中的色素含量發(fā)生變化,導致葉片顏色發(fā)生變化。

3.2 環(huán)節(jié)二:組間交流,提出課題

結合上次實驗課“綠葉中色素的提取和分離”中遇到的問題,學生分享交流。引導學生思考,鼓勵學生把遇到的問題勇敢地提出來。

學生提出的問題有:①研磨法費時費力費試劑;②層析液有毒,不環(huán)保。無水乙醇和層析液均為有機溶劑,可以用水來分離色素嗎?③其他材料可以分離出色素帶嗎?黃色葉片中是否含有四類色素?④如何提高色素濃度?⑤色素的具體含量可以測量嗎?

結合學生的問題,引入新課。通過探究實驗進一步了解葉片中的色素。

教師介紹:課前,生物實驗興趣小組的同學對大家提出的問題進行了總結歸類,問題主要涉及提取方法、層析液、材料3個方向,并針對每類問題設計了探究實驗,那現(xiàn)在請各小組組長來為大家介紹探究課題及實驗方案(見表1～3)。

表1 探究1組課題:不同提取方法對色素提取與分離結果的影響

表2 探究2組課題:不同層析液對色素分離結果的影響

表3 探究3組課題:不同種類植物葉片中色素種類及含量的差別

3.3 環(huán)節(jié)三:實驗探究,交流結果

教師介紹:生物實驗興趣小組的同學在課前做了大量的準備,查閱資料,設立了3個探究課題,每一個課題的設立都非常有創(chuàng)意,實驗設計遵循單一變量原則,現(xiàn)在給大家8～10 min時間,由興趣小組的同學帶領大家完成葉片中色素提取和分離實驗。

學生以小組為單位,自選研究題目,進行實踐探究和評價活動。教師巡場拍照,通過希沃授課助手傳到大屏(見表4)。

表4 學生實驗過程評價表

教師根據評價3,指出定性實驗和定量實驗的區(qū)別。教師介紹興趣小組的同學在課前通過查閱資料,并結合實驗室的設備,找到色素含量定量測定方法:分光光度計法。同時介紹分光光度計的原理,通過分析色素的吸收光譜圖,讓學生了解類胡蘿卜素、葉綠素a、葉綠素b 3種色素對不同波長的光的吸收比值,出現(xiàn)的吸收峰不同,利用分光光度計測得色素提取液不同波長下的吸光值后,根據公式即可計算色素含量。由于色素含量計算公式復雜,教師事先在Excel表格中設置好,只需要讓學生將測得的3種色素對應的吸應值錄入電腦中,就會自動出圖。

利用投屏技術,展示各小組的實驗結果(見圖2)。

圖2 3個探究小組實驗結果

各小組根據實驗結果分析評價并得出結論(表略)。

3.4 環(huán)節(jié)四:歸納總結,得出結論

通過本節(jié)拓展實驗課,1組得出了色素提取的最佳方法:開水燙+水浴浸提法,水浴浸提法優(yōu)于研磨法;開水燙菠菜葉片可提高提取液色素含量。2組得出了石油醚:乙酸乙酯=9∶1實驗結果最佳。3組得出了葉片顏色變化是由于色素含量變化導致的。爬山虎葉片由綠變紅,葉綠素含量下降,但紅葉的色素條帶未被分離,我們推測該色素不溶于層析液,課后我們會繼續(xù)設置探究實驗來研究。韭黃較韭菜色素含量低,差異最大的是葉綠素a,由于韭黃的形成是通過遮光處理,所以我們推斷色素的合成與光照有關,具體結論還需課后實驗驗證。

4 教學反思

4.1 課堂學習項目化

學生在教師的引導下,將教材中經典的驗證性實驗拓展成探究性實驗,按照科學探究的步驟,逐步完成不同實驗課題的項目化學習,突出對學生自主科學探究能力的培養(yǎng)。

4.2 實驗設計過程微創(chuàng)新

實驗過程分別進行了提取操作過程簡單化、分離層析液綠色化、實驗材料多樣化的改進,增強了實驗的研究性與趣味性。

4.3 教學評價立體化

在探究實驗過程中,穿插學生實驗方法評價、學生操作評價、學生結果分析評價。

4.4 嘗試構建新的實驗課教學模式

本節(jié)實驗拓展課初步構建了基于核心素養(yǎng)的實驗課模型,主要包括情境創(chuàng)設、實驗改進與創(chuàng)新、實驗評價等內容,其流程可用圖3表示。

圖3 基于核心素養(yǎng)的實驗課模型流程圖

4.5 注意要點

本節(jié)課在完成“葉片中色素分離與提取”實驗的同時,通過分光光度計定量測量了色素的含量,以此論證式地探究了層析定性結果。內容較多,完成難度增大,最好利用“雙減”背景下的,社團在素質拓展活動來完成,從而達到培養(yǎng)學生科學探究精神、實現(xiàn)提升學生學科素養(yǎng)的目的。