基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與拓展

摘 要：本文針對教材中“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)存在的問題，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。學(xué)生組建六個(gè)項(xiàng)目小組，每組分別嘗試對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，制訂并實(shí)施探究方案，以期提高實(shí)驗(yàn)效率和成功率。

關(guān)鍵詞：色素的提取和分離；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與拓展；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

文章編號：1003-7586（2024）11-0049-03 中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》（以下簡稱“教材”）第5章第4節(jié)中的一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)既加深了學(xué)生對已有知識的理解，彰顯了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)技能在教學(xué)中的基礎(chǔ)性地位，又為學(xué)生學(xué)習(xí)“光合作用的原理和應(yīng)用”奠定了基礎(chǔ)。因此，“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)在本章中占有重要地位。

該實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，為了更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)中“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的基本理念，教師應(yīng)以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行多學(xué)科融合，通過問題式教學(xué)方法，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成探究性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生以教師提出的問題為引導(dǎo)，設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)以解決問題，進(jìn)一步完成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。

教材實(shí)驗(yàn)中存在的問題包括：菠菜受季節(jié)的影響，易出現(xiàn)葉片腐爛、不易儲存的問題，需要在臨近實(shí)驗(yàn)前購買；新鮮葉片含水量較高，色素濃度偏低；研磨棒較短不方便握，研磨起來較為困難，導(dǎo)致色素提取的速度較慢；使用毛細(xì)管或蓋玻片繪制的濾液細(xì)線難以達(dá)到要求；用試管進(jìn)行層析時(shí)效率太低，而用小燒杯進(jìn)行層析時(shí)濾紙條易貼壁；教材對色素的吸光情況描述得較為抽象。

為了完成教學(xué)目標(biāo)并解決教材實(shí)驗(yàn)存在的問題，筆者以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。學(xué)生自由組建項(xiàng)目小組，5～8人為一組，選出一位小組長統(tǒng)籌本組的探究活動(dòng)。根據(jù)教師提出的問題，每組嘗試對其中一項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，制訂并實(shí)施探究方案（見圖1）。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過比較不同植物葉片的色素含量，理解色素提取與分離的原理、步驟，形成結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）通過已有的實(shí)驗(yàn)材料和器材，熟悉實(shí)驗(yàn)流程，利用歸納與演繹形成實(shí)驗(yàn)拓展的設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

（3）通過利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新器材，制訂實(shí)驗(yàn)拓展方案及實(shí)驗(yàn)操作步驟，初步掌握科學(xué)探究的基本思路和方法。

（4）通過觀察色素的吸收光譜，為蔬菜大棚補(bǔ)光提供合理的建議，培養(yǎng)社會責(zé)任意識。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后解決了教材中實(shí)驗(yàn)存在的問題，提取和分離色素的效率顯著提高，一定程度上提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率（見圖2）。

4 教學(xué)過程

4.1 課前完成導(dǎo)學(xué)案

教師為學(xué)生布置課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的作業(yè)并認(rèn)真完成導(dǎo)學(xué)案。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)中要注意的問題，思考：“實(shí)驗(yàn)怎么做？為什么這樣做？有沒有更好的材料和方法來完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)？”以此激發(fā)學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)其自學(xué)和質(zhì)疑能力，引導(dǎo)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)中要探究的問題。

4.2 課前組建項(xiàng)目小組合作探究

4.2.1 觀看實(shí)驗(yàn)視頻

為了加深學(xué)生對所學(xué)知識的印象，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前，教師組織學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)操作視頻，以便更好地進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。

4.2.2 項(xiàng)目小組合作設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)

教師提出問題：教材中實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題應(yīng)該怎么解決？

學(xué)生根據(jù)已有知識和經(jīng)驗(yàn)，嘗試尋找解決方案，

并針對預(yù)習(xí)過程中教師提出的問題，選擇其中一個(gè)問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。項(xiàng)目組探究實(shí)驗(yàn)安排如表1所示。

4.3 實(shí)施實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目組每組5～8人，小組嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的探究實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，明確項(xiàng)目組成員的分工。對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題應(yīng)現(xiàn)場進(jìn)行分析、討論和解決。在此過程中，學(xué)生既掌握了實(shí)驗(yàn)方法，完成了本節(jié)課的知識目標(biāo)，又對教材中實(shí)驗(yàn)容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了知識的延伸。

學(xué)生在此過程中，通過動(dòng)手解決實(shí)際問題，不僅體驗(yàn)了探究性實(shí)驗(yàn)的樂趣，還有利于養(yǎng)成善于觀察、比較與分析的習(xí)慣，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)、合作探究的能力和創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生以小組為單位，展示本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析原因，以此培養(yǎng)自身的總結(jié)歸納能力、語言表達(dá)能力和合作交流能力，進(jìn)而提升學(xué)生的綜合能力。

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

項(xiàng)目一組通過采集校園常見的植物葉片進(jìn)行色素的提取和分離，探究校園里最適合做色素提取和分離實(shí)驗(yàn)的材料。

項(xiàng)目二組采用新鮮、室內(nèi)放置24 h和42℃烘干2 h的葉片，以探究不同處理方式對提取色素濃度和層析結(jié)果的影響。三種葉片中提取的色素濃度均較高，但42℃烘干2 h的葉片中提取出的色素

層析分離效果最好。

項(xiàng)目三組采用榨汁機(jī)、研磨棒和短木棒三種工具進(jìn)行研磨，以探究不同的研磨工具對提取的色素濃度的影響。結(jié)果顯示，短木棒研磨得到的色素濃度最高；榨汁機(jī)研磨時(shí)，葉片容易貼壁；而研磨棒太短，不方便握，導(dǎo)致研磨不充分，得到的色素濃度較低。

項(xiàng)目四組采用蓋玻片拓印法、小鋼鏟拓印法和牙線拓印法三種畫線方法，探究不同的畫線方法對畫線效果的影響。結(jié)果顯示，小鋼鏟拓印法畫線效果最好，符合實(shí)驗(yàn)要求。

項(xiàng)目五組采用試管、小燒杯、改造的一次性飯盒作為層析裝置，以探究不同的層析裝置對層析效率的影響。結(jié)果顯示，教材中所使用的試管每次只能層析一個(gè)樣品；使用小燒杯會產(chǎn)生濾紙條貼壁的問題；而改造的一次性飯盒層析裝置每次可以層析多個(gè)樣品，顯著提高了效率，也解決了濾紙條貼壁的問題，且使用的層析液較少，減少層析液對環(huán)境的污染。

項(xiàng)目六組自制簡易光譜儀檢測不同色素對光的吸收情況，以尋找更直觀的方式觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在單色光柱后面分別放置七個(gè)裝有從綠葉中提取的色素的比色皿和七個(gè)裝有從枯葉中提取的類胡蘿卜素的比色皿，由此觀察綠葉中提取的色素和枯葉中提取的類胡蘿卜素對七種單色光的吸收情況。結(jié)果顯示，綠葉中提取的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，枯葉中提取的類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。

4.5 課堂小結(jié)

教師發(fā)放多維度課堂評價(jià)表，師生共同完成自評、小組互評和教師評價(jià)。教師和學(xué)生共同完成課堂小結(jié)，做到以評促學(xué)，以評促教。最后由生物學(xué)課代表收集六個(gè)項(xiàng)目組的改進(jìn)與創(chuàng)新點(diǎn)，學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)改進(jìn)報(bào)告，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫實(shí)驗(yàn)改進(jìn)論文。

5 教學(xué)反思與評價(jià)

如果本實(shí)驗(yàn)依照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，要求學(xué)生嚴(yán)格按照教材中的實(shí)驗(yàn)方法與步驟去操作，雖然其能掌握相關(guān)原理和操作，但學(xué)生只是按部就班地接受知識，其創(chuàng)新思維沒有得到培養(yǎng)。本節(jié)實(shí)驗(yàn)課以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線，面向全體學(xué)生，以培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)操作中充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，提高課堂效率。基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將以往教材實(shí)驗(yàn)中所存在的問題通過學(xué)生的自主探究來解決。這種設(shè)計(jì)一方面給學(xué)生留下深刻的印象，另一方面在探究活動(dòng)中，學(xué)生體驗(yàn)了學(xué)習(xí)的樂趣，提高了其解決問題、自主學(xué)習(xí)、合作探究、創(chuàng)新實(shí)踐的能力。本次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)較為成功，提高了實(shí)驗(yàn)的效率和成功率，使抽象知識形象化，培養(yǎng)了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。