中美生物學教材中“色素的提取和分離”實驗的比較分析

劉玉寰 鄒偉

摘 要 通過對美國高中生物教材《生物·生命的動力》中“分離色素”實驗與人教版教材中“綠葉中色素的提取和分離”實驗進行比較，分析中美教材在編寫上的異同，從而對中美教材對實驗對創新能力的培養進行比較。

關鍵詞 中美生物教材 色素提取 實驗比較

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 在教材中的地位

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中生物教科書《必修1·分子與細胞》第五章第四節的實驗，是“光合作用”內容中的基礎知識，也是本冊教材9個實驗中較重要的一個學生分組實驗。學生在實驗操作和觀察中，初步掌握提取和分離葉綠體色素的方法和技能，通過親身體驗和共同探究，培養實驗能力及理論聯系實際的科學態度。“分離色素”是美國高中生物《生物·生命的動力》第五單元“分子與細胞”中的迷你實驗。中美教材通過層析法將綠葉中的色素提取出來，并對綠葉中所含的色素進行了探究。

2 實驗內容的比較

2.1 實驗目的的比較

中美教材實驗的知識目標基本一致，都是讓學生了解葉綠體中色素的組成、顏色以及紙層析法的原理。但不同的是，人教版教材實驗原理中直接給出了層析法的原理，學生是帶著這種已知去驗證這一原理。而美國教材只是提到了紙層析法是這次實驗所用的實驗方法，沒有將可能出現的現象告訴學生，將這一原理設計成探究性問題放在了討論分析中。在情感態度方面，中美教材都培養學生嚴謹的科學態度，學會根據實驗的現象和結果進行分析，從而推出結論。在能力目標方面，我國更注重訓練學生的實驗操作技能，而美國則更注重對學生探究思維的培養。

2.2 實驗藥品器材的比較

中美教材在藥品器材的選取上存在一些共性。此實驗的器材選取，非常便捷化和生活化。如美國教材中直尺、濾紙、酒精、燒杯等；人教版教材中的新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉）、干燥的定性濾紙、試管、棉塞、試管架、尼龍布、研缽、毛細吸管、無水乙醇等，大多都是簡單易得的材料。所不同的是，人教版選用的層析液成分，是由20份在60～90℃下分餾出來的石油醚、兩份丙酮和1份苯混合而成，也可用93號汽油代用。而美國則選擇了更易得到的酒精作為層析液。

2.3 實驗設計的比較

中美教材中，這一實驗的實驗原理基本一致，都用紙層析法分離色素。但在實驗過程的設計上，存在一些差異。

人教版教材更加注重色素的“提取”和“分離”的過程。實驗中，“色素的提取”十分關鍵，直接關系到最終的實驗現象。因此，教材對提取過程的要求十分嚴格。學生要選用新鮮的綠葉、研磨過程中要加入二氧化硅和碳酸鈣，使研磨更充分等。任何一步操作不到位都會使得到的濾液，因色素量過少、某些色素顏色過淺，而觀察不到色素帶，影響實驗結果。但美國教材沒有設計“提取色素”這一環節，學生在分離色素前，到教師那里領取事先制備好的植物懸液即可，這樣既節省了時間，又能避免因學生操作不當，而提取不到合格的濾液。

此外，在色素的分離上，中美教材都有制備濾紙條這一步驟。人教版教材設計的是將略窄于試管長與寬的濾紙條的一端減去兩角，并在距這一端1 cm處用鉛筆劃一條細線，然后用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻畫出一條細線。待濾液干后，再畫一兩次。而美國教材是讓學生在一張5 cm×14 cm濾紙的一端，距邊緣2 cm處滴幾滴植物懸液，晾干后可看到一個色斑。相比較而言，人教版的設計容易出現因重復畫濾液細線使濾液線過粗，從而導致色素帶重疊。美國教材的設計簡單而巧妙。

最后，人教版教材的做法是將濾紙條（有濾液細線的一側朝下）輕輕插入層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。而美國教材的做法是將濾紙探入裝有1 cm深的酒精中，放置15 min后，觀察現象。這一步都強調不能讓濾液細線和色斑觸及層析液，防止色素被溶解。

在“層析液”的選取上，人教版選用的層析液中有丙酮和苯，易揮發，對身體有害；美國教材選用酒精來做“層析液”則能更健康一些。

最本質的區別是實驗的“討論分析”。人教版教材在討論中提出了兩個問題：① 濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其寬度怎么樣？這說明了什么？② 濾紙上的濾液細線，為什么不能觸及層析液？而美國教材的這一實驗在分析中設置的問題：① 解釋隨著溶劑沿濾紙上移，可以觀察到什么現象？② 推斷為什么在濾紙的不同位置會看到不同的色帶？不難發現，人教版的問題問的很明確，但卻具有一定的導向性。美國教材設計的問題給了學生一個很開放的空間，學生可能會說“觀察到幾條色素帶”、“觀察到色素帶的顏色是不同的”或者是“色素帶的寬度不一樣”……由于在開始實驗之前沒有告訴學生層析的原理，所以學生會想為什么會出現這種現象呢？這就是英國教材所設計的“問題2”。現象不是“老師”告訴的，而是學生自己觀察出來的；原因不是“老師”講解的，而是學生自主查閱和研究的。

3 結論與啟示

美國教材實驗簡單易行，注重對學生探究思維的培養。中國教材多了提取色素的步驟，而且在分離色素時對操作要求非常嚴格，實驗結果要求非常精確，而美國教材在這方面要求要差一些，只要看到結果就可以了，相對來說實驗目的要求要比中國的難度小的多。此外，實驗設計對學生的健康考慮的很周全，不論是本實驗中“酒精”的選用，還是教材中“安全警示”專欄的設立，都體現了濃濃的人文關懷。

新高中生物課程標準增加了研究性學習的內容，而生物學的研究性學習多以探究性學習為主。探究是能動的學習科學的過程，是培養學生創新精神和實踐能力的重要途徑。像美國教材“問題2”的設計，教師在課上不會直接講述結論，而是讓學生自己去查資料，說出為什么，鼓勵學生大膽說出自己的觀點，這也是培養學生創造力的表現。為了在驗證性實驗中也能培養學生的創新能力，國內學者進行了一些嘗試，如對實驗原理進行設計、加入變量、設置梯度等，但都無疑加大了實驗容量，延長實驗操作時間。而美國教材“迷你實驗”的設計，就是為了簡化實驗操作步驟，在課堂上快速得到實驗結果，這種做法則不失為一種參考。同時，美國教材在實驗中設計了探究性問題，通過引導學生對實驗結果進行深入分析、思考，培養學生的探究性思維，可謂事半功倍。