《叶绿体色素提取与分离》的探索性实验教学

摘要  本文作者认为，引导学生在探索性实验活动中亲自体验科学思维加工的过程，是探索性实验教学的核心。对《叶绿体色素提取与分离》的探索性实验教学模式进行了初步的探讨。

关键词  探索性实验教学  色素的提取与分离  科学方法训练

    在全日制普通高级中学《生物（试验本）》教材中，实验教学内容及授课时数显著增加，而且探索性实验的比例增大。与验证性实验相比较，探索性实验教学特别重视引导学生在探索性实验活动中亲自体验科学思维加工的过程，因此它属于过程性教学范畴。探索性实验教学不仅能够充分地调动学生学习的积极性和主动性，而且促使他们学会科学思维的方式和科学研究的方法；不仅有利于学生习得有关的科学知识，而且有利于培养学生的质疑能力、动作技能和创新意识，从而全面提高学生的素质。本文对《叶绿体色素的提取与分离》的探索性实验教学模式的探讨如下：

    ⒈情境引入，展示目标

    由于探究性实验是学生在不知道实验结果的前提下，以教师提出的一系列启发性问题为线索，通过亲自参与有序的实验操作和思维加工过程，得出相应结论的一种教学形式，所以教学的组织形式往往采用理论教学与实验教学同步的模式。在这种教学过程中，引导学生在探求新知识的过程中发现问题，明确实验探究目标，产生强烈的探究愿望和激情是十分必要的，因此，教师要善于精心地创造一种带有探索因素的问题性教学情境，达到激趣增疑的目的，使学生以积极的心态和活跃的思维投入教学过程。

教学过程开始时，教师可以下列复习性问题引入课题和启迪思维：

⑴请同学们思考一个小小的叶绿体为什么能利用光能，把CO₂和H₂O合成有机物呢？(与叶绿体色素吸收和转化光能有关)。

⑵叶绿体色素在叶绿体中是怎样分布的？可出示如下图片。

⑶叶绿体色素能稳定地分布于膜中，说明它的溶解性有何特点？

⑷请同学们思考为什么同是一片叶子，夏季时翠绿醉人，而秋季却金黄斑斓？叶绿体中到底有哪些色素呢？

    学生通过观察类囊体及其周围叶绿体基质的简图和积极思考环环相扣的问题，不仅深化了有关叶绿体结构的知识，明确了叶绿体色素的脂溶性特点，为其理解叶绿体色素提取原理做了铺垫，而且能促使学生进一步思考：分布在类囊体膜上的色素系统的作用，各种酶系参与哪些反应，以及类囊体腔中水的作用？从而为教师在后继课中讲授光合作用的机理作出必要的知识准备。此外，教师还可从日常生活常见的现象中提出富有启发性问题，使学生产生强烈的探究问题的兴趣和愿望。

⒉根据实验教学目标，师生共同设计实验

    为了寻找所要探究问题的答案，需要合理地设计实验。新教材探究性实验又可分为两类：一类是提供方法步骤的实验；另一类是不提供方法步骤让学生自行设计的实验。由于课堂教学时间及学生掌握的知识有限，学生独立设计实验有困难，所以教材中绝大部分实验，包括叶绿体色素提取与分离的实验均属于第一种类型。但是，教师不应通过简单地讲解把实验原理和方法直接告诉给学生，而应通过符合学生认识规律和实验研究过程的一系列问题，引导学生积极思维和进入“角色”，积极主动地参与实验设计的过程。

    有关叶绿体色素提取与分离的实验，教师的引导是：⑴提取叶绿体色素应选用植物的哪一部分作材料？⑵根据叶绿体色素溶解性应选用哪种溶剂提取？⑶叶绿体色素中含有的镁离子有什么特点？采取怎样的措施防止叶绿体色素的破坏？⑷提取出的叶绿体色素混合滤液中，含有各种在有机溶剂中溶解度不同的色素，怎样将各种色素分开？上述问题的提出能够引起学生的注意和积极思考，再经过教师的讲解不仅使学生明确实验原理和方法，使他们接受科学思维方式和科学研究方法的训练，培养其创新意识，而且能充分调动学生的学习积极性和主动性，使之产生一种用自己参与设计的实验方案来探究问题的迫切愿望。为了使学生能准确、顺利地完成自主性实验操作，在学生实验前教师可进行演示实验或放映有关实验过程的录象。

    ⒊鼓励学生独立操作，获得预期实验结果

学生明确实验方法和步骤后，开始亲自动手实验并要独立地完成实验操作过程。此时，教师要巡视学生实验操作过程，及时纠正操作不规范的同学的错误，在全班强调普遍存在的问题，使学生规范化地操作。与此同时，对学生中有可能出现的实验方法的创新和改进给予鼓励、支持和引导，使课堂呈现出紧张有序、渴求未知、积极探索的氛围，培养学生的动作技能。

学生实验操作中容易出现的不合理操作或发生的错误有：选用的绿叶数量少；叶片剪切块过大，不易研磨；研磨方法不当，损坏玻璃研钵和杵；超量使用药品和试剂；色素滤液划线不规范；层析液没及滤液细线；纸层析过程不加盖；实验操作完毕不用肥皂洗手等。

 ⒋引导学生分析实验现象，得出正确的探究结论。

实验结束后，绝大部分同学的实验滤纸条上出现清晰可辩的色素带，教师引导学生对实验现象作出科学的分析，实现由感性认识上升到理性认识的飞跃，得出正确的探究结论是教学过程的重要环节之一。这个教学环节的组织程序如下：⑴让学生准确地描述出滤纸条从上到下的各条色素带的色泽；⑵指导学生阅读有关课文，并说出滤纸条从上到下的各种色素的名称及含量；⑶向学生阐明各种叶绿体色素的吸收光谱，并协助学生以表格形式将实验探究得出的结论加以概括如下：

    ⒌创造条件拓宽思路，启迪学生的创造思维

    学生知道叶绿体的种类之后，会进行更为积极的思考，并提出更深层次的问题，如怎样知道各种叶绿体色素的吸收光谱的？叶绿体色素在光合作用中是怎样吸收光能的？等等。此时，学生的思维活动正处于激发和开放状态，教师要把握住这个有利时机，围绕着叶绿体色素吸收光谱的测定问题，积极创造条件引导学生拓宽思路，综合应用习得的知识解决问题，有利于启迪学生的创新意识和培养创造性思维能力。例如，有721型或751型分光光度计等条件的学校，课前教师可与部分学生用分光光度计测定各种叶绿体色素的光密度，课上可以展示根据光密度绘制的各种色素的吸收光谱；或者课前为部分科技小组的学生提供色素酒精提取液、酒精（用于空白对照）、比色杯、三棱分光镜、毛玻璃板等用具，让他们运用习得的物理学和生物学有关知识，设计一个观察叶绿体色素吸收光谱的实验，并通过亲自操作来检验实验效果。学生在这样的教学活动中，无论是否取得理想的实验观察效果，他们的求知欲望都会在实践活动中得到满足。当学生观察到各种色素的吸收光谱时，其学习兴趣陡然增强，他们会情不自禁产生疑问：为什么在红光和蓝紫光部分出现明显暗带? 经过思考和分析则得出叶绿体色素吸收光能的结论。这样，不仅拓宽了知识面，而且深刻理解所学的知识。

    学生通过对实验现象的分析加工获得一定的理论知识后，还要引导他们应用习得知识解释日常生活中的生物学现象，或者应用知识解决某些具体问题，使他们经过再实践的过程以实现知识的迁移和深化。如教师让学生思考回答：为什么通常植物的叶子是绿色的，秋天落叶是金黄色的？这个问题既涉及色素种类，又涉及到色素的动态变化，思考和解答这些问题使学生的认知结构更加具体化和深刻化。

    总之，探究性实验教学使学生成为教学活动中真正的主体，在探求新知识的实验过程中，学生经历了质疑、思考、操作、分析、解疑的一系列思维加工的过程，成为一名名副其实的“发现者”，并体验到了成功的乐趣。探索性实验教学对教师提出更高的要求，为了达到传授知识，培养兴趣、启迪思维、发展智能、训练动作技能、提高科学素质的预期教学目标，教师要根据教学内容，精心进行实验设计，不仅要创造一种学生能独立探究的情境，激发学生的求知欲、探索欲，而且要善于引导学生去积极思维，启发学生发挥自己的智慧潜能，主动参与知识的构建过程。还要善于驾驭课堂，随时发现、解决可能出现的各种问题，起到“导师”的作用，使学生不断闯入新的领域，进入新的境界。