親歷光合作用發現史 再做恩格爾曼經典實驗

孫天予 韓 爍 李 霞

（北京匯文中學 北京 100061）

恩格爾曼通過實驗確定了光合作用中氧氣的形成依賴于葉綠體和特定光質的光。他借助顯微光譜設備和好氧菌的趨向運動現象，定量研究了光質對光合作用中氧氣形成過程的影響。

《普通高中生物課程標準》提出，要注重生物科學史的學習。學習生物科學史，讓學生理解科學研究方法，掌握科學本質，是提升學生生命科學素養的重要途徑。

本研究結合《普通高中生物課程標準》要求，圍繞 “光合作用的發現過程”進行實踐活動的開發，設計了實驗“再做恩格爾曼的實驗”。

1 材料準備

1.1 實驗設備

1）自制顯微光譜設備（圖1）。

圖1 顯微光譜設備

光譜是復色光經過色散系統（例如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案。在學生顯微鏡的光源上設置一道狹縫（寬0.2 mm），并在通光孔下安裝光柵片（600線），即完成顯微光譜設備的制作。調整狹縫方向和狹縫與光柵片的距離后，可在顯微視野中觀察到光譜（圖2）。

圖2 顯微鏡100倍視野下觀察到的光譜和水綿

2）單凹型載玻片 1個、蓋玻片。

1.2 實驗材料

水綿、好氧菌。其中好氧菌可選用醋酸桿菌：將醋酸菌和水綿在水中共同培養2 d，顯微鏡下檢視可見大量運動的活菌，即可用于實驗。

2 實驗方法

本實驗操作步驟如下：

1）在單凹載玻片中央滴加5滴醋酸菌培養液。用鑷子取少量水綿，放入菌液中，蓋上蓋玻片，用吸水紙吸干多余液體。

2）將制作好的臨時裝片放在低倍鏡下觀察，找到水綿和好氧菌，觀察好氧菌的運動方式。

3）取下裝片，在無光處放置3 min。

4）安裝顯微光譜設備，調整狹縫位置，至視野中出現清晰的光譜。

5）將暗處理后的裝片放在低倍鏡下觀察，將一根水綿移到視野中央，使其垂直于光譜中的單色光帶。

6）靜置2 min，觀察水綿周圍好氧菌的分布情況。

3 實驗結果

可觀察到紫光區水綿周圍的好氧菌多于綠光區，且好氧菌集中在水綿葉綠體附近（圖3、圖4）。

圖3 紫光區水綿周圍好氧菌的分布情況（箭頭所指為好氧菌）

圖4 綠光區水綿周圍好氧菌的分布情況（箭頭所指為好氧菌）

4 在課堂教學中的應用

本實驗可在“光合作用的發現過程”一節實施，學生通過分析科學史資料，明確光合作用的原料和產物后，教師提問光合作用的場所和條件，介紹實驗材料和工具，引導學生進行探究。學生通過實踐，親歷學科知識的建立過程，體會生物學實驗的精巧設計和定量的實驗原則，更好地理解光合作用這一核心概念。

5 小結

在科學教育中借助科學史和科學哲學的模式旨在讓學生發現、探究科學現象的本質，培養其科學探究能力和批判精神，進而提高科學素養。本實驗利用常見素材，為學生提供親歷科學史上經典實驗的機會，讓學生學習新知的同時感悟科學，感受科學探究的艱辛和樂趣。