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(xué)(300302)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)課程的特點(diǎn),也是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐[1]?；诤诵乃仞B(yǎng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究課應(yīng)該怎么上?我們以“葉片中色素的提取和分離”一節(jié)拓展實(shí)驗(yàn)課為例進(jìn)行了課例模型設(shè)計(jì)和實(shí)踐探索,取得了較好的效果。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)背景

在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》一書中提到,“科學(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題,針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象,進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果的交流與討論的能力[1],而基于這些生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的事實(shí)和證據(jù),運(yùn)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(xué)思維的訓(xùn)練過程。

在此次拓展實(shí)驗(yàn)課前,學(xué)生已完成“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn),有了一定的理論基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)操作能力,但從學(xué)生的能力水平分析,高一的學(xué)生對(duì)于生物探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還存在可以提升的空間,如果教師從細(xì)節(jié)出發(fā)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)及評(píng)價(jià),則會(huì)收到更好的效果。天津鋼管公司中學(xué)為東麗區(qū)重點(diǎn)校,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣高,探究精神強(qiáng),教學(xué)活動(dòng)易開展,為本節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課的實(shí)施打下了良好的基礎(chǔ)。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)的目的與構(gòu)想

本節(jié)實(shí)驗(yàn)拓展課,目的在于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng),尤其是科學(xué)探究能力和科學(xué)思維能力。本節(jié)課較好地呈現(xiàn)了新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求。為實(shí)現(xiàn)本節(jié)課的目標(biāo),繪制如圖1所示設(shè)計(jì)構(gòu)想。

圖1 “葉片中色素的提取和分離”拓展實(shí)驗(yàn)課思維導(dǎo)圖

3 教學(xué)過程

3.1 環(huán)節(jié)一:創(chuàng)設(shè)情境,引入新課

用圖片展示天津鋼管公司中學(xué)校園景觀一大亮點(diǎn):綠葉墻和紅葉墻。

提出問題1:綠葉墻為什么會(huì)變成紅葉墻?以問題形式提問,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生帶著好奇心和求知欲進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生熱愛學(xué)校的榮譽(yù)感、自豪感。

學(xué)生思考回答:葉片中的色素含量發(fā)生變化,導(dǎo)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(jié)合上次實(shí)驗(yàn)課“綠葉中色素的提取和分離”中遇到的問題,學(xué)生分享交流。引導(dǎo)學(xué)生思考,鼓勵(lì)學(xué)生把遇到的問題勇敢地提出來。

學(xué)生提出的問題有:①研磨法費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)試劑;②層析液有毒,不環(huán)保。無水乙醇和層析液均為有機(jī)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(cè)量嗎?

結(jié)合學(xué)生的問題,引入新課。通過探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解葉片中的色素。

教師介紹:課前,生物實(shí)驗(yàn)興趣小組的同學(xué)對(duì)大家提出的問題進(jìn)行了總結(jié)歸類,問題主要涉及提取方法、層析液、材料3個(gè)方向,并針對(duì)每類問題設(shè)計(jì)了探究實(shí)驗(yàn),那現(xiàn)在請(qǐng)各小組組長(zhǎng)來為大家介紹探究課題及實(shí)驗(yàn)方案(見表1～3)。

表1 探究1組課題:不同提取方法對(duì)色素提取與分離結(jié)果的影響

表2 探究2組課題:不同層析液對(duì)色素分離結(jié)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(shí)驗(yàn)探究,交流結(jié)果

教師介紹:生物實(shí)驗(yàn)興趣小組的同學(xué)在課前做了大量的準(zhǔn)備,查閱資料,設(shè)立了3個(gè)探究課題,每一個(gè)課題的設(shè)立都非常有創(chuàng)意,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循單一變量原則,現(xiàn)在給大家8～10 min時(shí)間,由興趣小組的同學(xué)帶領(lǐng)大家完成葉片中色素提取和分離實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生以小組為單位,自選研究題目,進(jìn)行實(shí)踐探究和評(píng)價(jià)活動(dòng)。教師巡場(chǎng)拍照,通過希沃授課助手傳到大屏(見表4)。

表4 學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)表

教師根據(jù)評(píng)價(jià)3,指出定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)的區(qū)別。教師介紹興趣小組的同學(xué)在課前通過查閱資料,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備,找到色素含量定量測(cè)定方法:分光光度計(jì)法。同時(shí)介紹分光光度計(jì)的原理,通過分析色素的吸收光譜圖,讓學(xué)生了解類胡蘿卜素、葉綠素a、葉綠素b 3種色素對(duì)不同波長(zhǎng)的光的吸收比值,出現(xiàn)的吸收峰不同,利用分光光度計(jì)測(cè)得色素提取液不同波長(zhǎng)下的吸光值后,根據(jù)公式即可計(jì)算色素含量。由于色素含量計(jì)算公式復(fù)雜,教師事先在Excel表格中設(shè)置好,只需要讓學(xué)生將測(cè)得的3種色素對(duì)應(yīng)的吸應(yīng)值錄入電腦中,就會(huì)自動(dòng)出圖。

利用投屏技術(shù),展示各小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見圖2)。

圖2 3個(gè)探究小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

各小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析評(píng)價(jià)并得出結(jié)論(表略)。

3.4 環(huán)節(jié)四:歸納總結(jié),得出結(jié)論

通過本節(jié)拓展實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果最佳。3組得出了葉片顏色變化是由于色素含量變化導(dǎo)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(cè)該色素不溶于層析液,課后我們會(huì)繼續(xù)設(shè)置探究實(shí)驗(yàn)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(guān),具體結(jié)論還需課后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4 教學(xué)反思

4.1 課堂學(xué)習(xí)項(xiàng)目化

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下,將教材中經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)拓展成探究性實(shí)驗(yàn),按照科學(xué)探究的步驟,逐步完成不同實(shí)驗(yàn)課題的項(xiàng)目化學(xué)習(xí),突出對(duì)學(xué)生自主科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程微創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)過程分別進(jìn)行了提取操作過程簡(jiǎn)單化、分離層析液綠色化、實(shí)驗(yàn)材料多樣化的改進(jìn),增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的研究性與趣味性。

4.3 教學(xué)評(píng)價(jià)立體化

在探究實(shí)驗(yàn)過程中,穿插學(xué)生實(shí)驗(yàn)方法評(píng)價(jià)、學(xué)生操作評(píng)價(jià)、學(xué)生結(jié)果分析評(píng)價(jià)。

4.4 嘗試構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式

本節(jié)實(shí)驗(yàn)拓展課初步構(gòu)建了基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)課模型,主要包括情境創(chuàng)設(shè)、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)等內(nèi)容,其流程可用圖3表示。

圖3 基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)課模型流程圖

4.5 注意要點(diǎn)

本節(jié)課在完成“葉片中色素分離與提取”實(shí)驗(yàn)的同時(shí),通過分光光度計(jì)定量測(cè)量了色素的含量,以此論證式地探究了層析定性結(jié)果。內(nèi)容較多,完成難度增大,最好利用“雙減”背景下的,社團(tuán)在素質(zhì)拓展活動(dòng)來完成,從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神、實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的目的。