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摘要 以“綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)”為例，進(jìn)行了基于真實(shí)情境的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探索與實(shí)踐研究，從而總結(jié)有效的生物實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。

關(guān)鍵詞真實(shí)情境 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 科學(xué)探究 光合色素

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

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一，對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高思維水平，提升實(shí)踐能力，建立生命觀念等方面都具有重要作用，是達(dá)成學(xué)科素養(yǎng)的必要途徑。探究性實(shí)驗(yàn)即教師不直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而是讓學(xué)生帶著疑問，自己動手進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中去探究、發(fā)現(xiàn)、獲得新知識。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)探究緊密聯(lián)系，更符合認(rèn)知的規(guī)律，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和解決實(shí)際問題的能力。學(xué)習(xí)的發(fā)生離不開情境的營造，好的情境不應(yīng)是簡單抽象的，相反，從生產(chǎn)、生活及學(xué)生經(jīng)驗(yàn)出發(fā)的，通俗易懂的真實(shí)情境才能讓學(xué)習(xí)有效的開展?；谡鎸?shí)情境的探究性實(shí)驗(yàn)把實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)社會聯(lián)系起來，與社會責(zé)任對應(yīng)起來，可以增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

以人教版《必修1·分子與細(xì)胞》第五章第四節(jié)中“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)為例，開展基于真實(shí)情境的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究。細(xì)胞的生活不但需要物質(zhì)基礎(chǔ)，更需要能量的驅(qū)動。本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在親身體驗(yàn)中獲得實(shí)踐感知，既明確了色素是綠色植物吸收光能的物質(zhì)基礎(chǔ)，也為通過光合作用初步建立生物學(xué)的物質(zhì)與能量觀做好鋪墊。教師可將上述實(shí)驗(yàn)與有關(guān)探究活動相聯(lián)系，在尋根究底的過程中，幫助學(xué)生體驗(yàn)到該實(shí)驗(yàn)在光合色素研究中的科研價(jià)值，更為學(xué)生在新情境下應(yīng)用此實(shí)驗(yàn)解決相關(guān)問題奠定基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程如圖1所示。

1 提出真實(shí)問題

真實(shí)情境源于生活、生產(chǎn)，我國著名教育家陶行知就曾提出“生活即教育”的理論，他認(rèn)為教育要通過生活才能發(fā)出力量而成為真正的教育。好的真實(shí)情境充滿生活化的氣息，更易激發(fā)學(xué)生的求知欲，它的作用不僅是吸引學(xué)生的興趣，還能將學(xué)生的興趣引向?qū)栴}的思考，以問題驅(qū)動學(xué)習(xí)，引導(dǎo)合作、探究；好的真實(shí)情境強(qiáng)調(diào)貫穿性，注意前后呼應(yīng)，不是止于課堂的導(dǎo)入，而是串聯(lián)教學(xué)的始終，它是課堂的主線，指引著學(xué)生沿著“發(fā)現(xiàn)問題→解決問題→進(jìn)一步研究問題”的路線前進(jìn)。探究真實(shí)情境中的真實(shí)問題不僅直接鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，還間接影響生命觀念和社會責(zé)任的達(dá)成，是落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。

1.1發(fā)現(xiàn)問題，做出假設(shè)

“十八學(xué)士”是茶花中的一種名貴品種，在南通一中校園的旗桿下左右對稱栽種了甲乙兩株，而乙這株長在教室的背陰面，走進(jìn)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)它們?nèi)~片的顏色存在明顯的差異，創(chuàng)設(shè)此情境引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)葉片的顏色及茶花生活的環(huán)境解釋產(chǎn)生差異的原因。學(xué)生分析提出光照影響綠葉中色素含量這個(gè)假設(shè)。常見現(xiàn)象的背后常隱藏生命的奧秘，科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往是從對常見現(xiàn)象的追問開啟的，這樣的設(shè)計(jì)可以促使學(xué)生熱愛生命并關(guān)注常見的生命現(xiàn)象。

1.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)

該環(huán)節(jié)意在讓學(xué)生嘗試設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)控制自變量和無關(guān)變量，觀察和檢測因變量，最終能用科學(xué)的思維方法對問題展開探討。學(xué)生首先要確定實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量及可能的無關(guān)變量。自變量：光照強(qiáng)度。因變量：綠葉中色素含量?？赡艿臒o關(guān)變量：茶花的長勢、澆水、施肥的情況等。學(xué)生在此基礎(chǔ)上初步提出實(shí)驗(yàn)的簡要思路：（1）取長勢一致的同品種茶花若干株均分為兩組。（2）實(shí)驗(yàn)組在弱光照條件下（遮陰）生長，對照組在充足的自然光照條件下（不遮陰）生長。（3）兩組茶花都同時(shí)的適量澆水和施肥，其余因素都保持一致且適宜。（4）每隔一段時(shí)間后分別摘取兩組茶花葉片若干，通過提取綠葉中的色素進(jìn)行檢測。對此思路交流討論后，學(xué)生進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)組在弱光處理一段時(shí)間后恢復(fù)充足光照并生長一段時(shí)間，檢測改變光照強(qiáng)度前后實(shí)驗(yàn)組綠葉中色素的含量。

按上述設(shè)計(jì)開展探究活動需要很長的時(shí)間，本課可直接利用校園中的這兩株茶花葉片進(jìn)行色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)。引入主題的同時(shí)更體現(xiàn)了進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的意義，由此獲得的知識和經(jīng)驗(yàn)也更易遷移和應(yīng)用。

2 開展真實(shí)操作

學(xué)科核心素養(yǎng)的提升關(guān)鍵之一是“做”，開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作就是實(shí)現(xiàn)這一目的的重要渠道。為解決一個(gè)真實(shí)的問題往往會派生出若干相關(guān)的問題，實(shí)驗(yàn)的操作過程中也是如此，新問題、新想法時(shí)有發(fā)生，教師要敏銳地捕捉住它們，利用好這些新出現(xiàn)的真實(shí)情境引導(dǎo)學(xué)生主動的去探究和解決。

2.1提取綠葉中的色素

播放興趣小組提取茶花葉片中色素的視頻并分析無水乙醇、碳酸鈣、二氧化硅的作用。展示茶花葉片及菠菜葉片研磨的結(jié)果。學(xué)生發(fā)現(xiàn)茶花葉片的表層具有較厚的蠟質(zhì)層，且葉片厚而堅(jiān)韌，研磨后無法充分破碎，影響葉綠體中色素的釋放。為解決這一問題，學(xué)生給出研磨前葉片剪得更細(xì)碎些，研磨時(shí)多加二氧化硅或用榨汁機(jī)研磨的建議。興趣小組的同學(xué)依此改進(jìn)操作但效果仍不佳。教師借此引導(dǎo)學(xué)生掌握更多研磨和提取的方法。拓展資料：液氮的溫度為-196℃，該溫度下細(xì)胞完全凍硬，脆性增加，但其含有的各種組分不易破壞。學(xué)生據(jù)此提出了液氮研磨法：使用液氮處理葉片，葉片瞬間凝結(jié)，脆性增加，研磨后極易粉碎，可充分釋放其中的色素。生物興趣小組的同學(xué)在老師的幫助下用該方法研磨茶花葉片。色素提取時(shí)，提取液所含成分、溫度、光照、質(zhì)量體積比都會影響提取的效果，興趣小組的同學(xué)查閱文獻(xiàn)后最終確定提取方案如下：用丙酮：乙醇：水=4.5：4.5：1的提取液提取，在-4℃的黑暗條件下，以1：100的質(zhì)量體積比浸泡提取茶花葉片10分鐘。受限于實(shí)驗(yàn)的條件及操作的難度，無法全班開展茶花葉片的色素提取實(shí)驗(yàn)，但在解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)問題的過程中，拓展了學(xué)生的視野，開啟了學(xué)生的思維，使教學(xué)內(nèi)容更生動有趣。

2.2分離綠葉中的色素

教師提問：綠葉中的色素不只一種，哪幾種色素的含量會受光照影響？問題驅(qū)動學(xué)生自主從書本中獲取綠葉中色素的種類、顏色、含量等相關(guān)知識，思考并提出后續(xù)實(shí)驗(yàn)探究思路：開展綠葉中色素分離的實(shí)驗(yàn)，通過比較甲（向陽生長）、乙（長在背陰面）兩株茶花葉片中不同色素的含量來得出結(jié)論。播放興趣小組分離茶花葉片的色素視頻，幫助學(xué)生進(jìn)一步明確色素分離的操作要點(diǎn)。教師用手機(jī)同屏的功能捕捉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況及結(jié)果并及時(shí)展示。

2.3實(shí)驗(yàn)操作改進(jìn)及分析

較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)，教材上的色素分離操作過程看似簡單，但要獲得理想結(jié)果并不容易，教師可對實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)操作方法進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，增加實(shí)驗(yàn)的可操作性，提高實(shí)驗(yàn)的成功率，提升實(shí)驗(yàn)的效果。

改進(jìn)優(yōu)化一：濾液細(xì)線的畫法。在載玻片上滴加2滴色素提取液，并用蓋玻片將濾液推成涂片，待涂片半干時(shí)，用蓋玻片把色素刮起，在濾紙條的鉛筆線處快速劃過，重復(fù)幾次，即可獲得濾液細(xì)線。

改進(jìn)優(yōu)化二：盛層析液容器的改進(jìn)。用合適尺寸的帶蓋透明塑料罐作為容器進(jìn)行層析，蓋子上開四到五個(gè)長條形的孔，再將畫有濾液細(xì)線的濾紙條從小口中插入，即可同時(shí)進(jìn)行多條濾紙條的懸垂式層析，且互不干擾。

學(xué)生通過比較改進(jìn)前后的效果及實(shí)驗(yàn)裝置，深刻領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)操作的要領(lǐng)，提升實(shí)驗(yàn)的操作技能，增強(qiáng)探究的能力。通過實(shí)驗(yàn)效果的分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)用毛細(xì)吸管畫濾液細(xì)線，因畫線過程中常出現(xiàn)停頓而引起濾液細(xì)線過粗且不直，最終導(dǎo)致不同色素帶重疊，分離效果不佳，進(jìn)而領(lǐng)悟到畫法要領(lǐng)“細(xì)、直、勻”的意義。通過改進(jìn)裝置的分析，學(xué)生小結(jié)出盛層析液容器改進(jìn)的原因：①濾紙條不易貼壁②一次可同時(shí)進(jìn)行多條濾紙條的色素分離實(shí)驗(yàn)，且互不干擾。③實(shí)驗(yàn)過程中不會打開裝置頂蓋，因而減少了層析液的揮發(fā)，避免實(shí)驗(yàn)者吸入過多的層析液。

2.4分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論

學(xué)生對獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，比較葉綠素 a和b 的色素帶寬度，甲株茶花明顯寬于乙株，而另兩種色素的條帶寬度無明顯差異，這表明甲株茶花葉綠素 a 和b 含量明顯高于乙株，而類胡蘿卜素的含量無太大差異，因此光照能影響綠葉中葉綠素的含量。有關(guān)研究表明無論是在葉綠素的形成過程還是捕獲光能的過程中，葉綠素在它的整個(gè)生命周期中都離不開光的參與和作用。

3 拓展真實(shí)研究

讓源于生活的知識回歸到生活中去，教育的目的就是為了讓學(xué)生適應(yīng)未來生活發(fā)展和個(gè)人生活需要。這就要求教師在書本知識和生活實(shí)踐間建立起橋梁，幫助學(xué)生能活用知識解釋生活現(xiàn)象，指導(dǎo)生活實(shí)踐。在我們的生產(chǎn)生活中，光照影響植物生長發(fā)育的例子不勝枚舉，正是教學(xué)素材的集中地，從中發(fā)掘可用素材并學(xué)以致用，不僅能進(jìn)一步的拓展真實(shí)研究，還能切實(shí)提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

研究真實(shí)素材一：唐宋以后“黃化”素菜開始流行，通過黃化手段產(chǎn)出的素菜更柔嫩、纖維更少，韭黃就是其中之一。元代王禎的《農(nóng)書》中有“不見風(fēng)日，其葉黃嫩，謂之韭黃，豪貴皆珍之”的記載。請同學(xué)們試著分析韭黃的成因，并給出簡要的實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行驗(yàn)證。

研究真實(shí)素材二：某小區(qū)兩幢高樓之間的一塊草坪，這里的草長勢稀疏。相比較而言，學(xué)校教學(xué)樓后的一塊草坪，草木生長旺盛。請同學(xué)們針對上述的現(xiàn)象，給小區(qū)的物業(yè)提出合理的綠化建議。

真實(shí)素材一的創(chuàng)設(shè)是基于先前的探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在此基礎(chǔ)上遷移和應(yīng)用所學(xué)知識解釋韭黃的成因，加深光照會影響葉綠素合成的認(rèn)知。真實(shí)素材二的創(chuàng)設(shè)是從學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā)，適當(dāng)走在最近發(fā)展區(qū)的前面，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)雖然植物的生長離不開光，但不同植物對光照的需求量不同，進(jìn)而提高學(xué)生的認(rèn)知水平并成功解決相關(guān)問題。真實(shí)素材二是緊貼現(xiàn)實(shí)生活問題創(chuàng)設(shè)的，還能培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)社會的意識，激發(fā)出他們的社會責(zé)任感。

4 總結(jié)

創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境是成功開展實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，源于生產(chǎn)生活的情境素材具有多樣化、趣味化等的特點(diǎn)，但教師也要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生認(rèn)知水平，精心加工改編后使用，才能達(dá)到串聯(lián)不同教學(xué)模塊，引導(dǎo)學(xué)生思考探究的目的。問題驅(qū)動是有效推進(jìn)實(shí)驗(yàn)開展的手段。好的問題能引起學(xué)生的共鳴，激發(fā)學(xué)生的求知欲，驅(qū)動學(xué)生主動利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)來開展探究活動。因此問題的設(shè)置要具體且指向明確，前后問題相互關(guān)聯(lián)，層層遞進(jìn)，才能啟智促思?；谡鎸?shí)情境下的實(shí)驗(yàn)探究若能系列化、模塊化，進(jìn)而形成可覆蓋全書知識內(nèi)容的完整體系，實(shí)驗(yàn)課堂的廣度將涉及生活的方方面面，實(shí)驗(yàn)課堂的深度將直指核心素養(yǎng)的達(dá)成。

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