高中生物學拓展實驗的項目化學習實踐探索
——以“探究影響葉綠素提取因素實驗”項目為例

周 玲

（浙江省臺州中學西校區(qū) 浙江臺州 317000）

項目化學習是當今基礎(chǔ)教育改革與實踐的熱點課題，它能夠促進學生對與學科或跨學科有關(guān)的驅(qū)動性問題進行深入持續(xù)的探究，調(diào)動所有知識、能力、品質(zhì)等創(chuàng)造性地解決新問題，形成公開成果，對核心知識和學習歷程產(chǎn)生深刻理解，并能在新情境中進行遷移。下文將高中生物學拓展性實驗作為項目化學習的載體，以“探究影響葉綠素提取因素實驗”為例，介紹項目化學習的實踐過程，以期為同類研究和同類項目化學習的開展提供可以參考的案例。

1 項目學習規(guī)劃

1.1 項目的提出

“葉綠體色素提取和分離”是屬于重要概念“說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惻c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學能”的內(nèi)容，在次位概念“細胞的功能絕大多數(shù)基于化學反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細胞的特定區(qū)域”的基礎(chǔ)上形成，支撐大概念“細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)”。為幫助學生達成對大概念的理解，提取和分離葉綠體色素實驗是一個必須開展的教學活動。

此前，學生已經(jīng)學習了“光合作用”相關(guān)知識，進行了“葉綠體色素的提取分離”實驗，有一定的知識基礎(chǔ)和實驗技能，且對色素提取分離感到好奇。教師在此基礎(chǔ)上進行延伸拓展，以期幫助學生深刻理解光合作用核心概念，促進深度學習。

如何通過實驗教學讓學生親歷完整的探究過程，利用實驗解決問題，在提高實驗操作能力的同時促進核心素養(yǎng)全面發(fā)展，是一個很值得研究的問題。教師通過查閱資料獲知葉綠素的作用很廣，且學生有濃厚興趣進一步探究葉綠素相關(guān)問題，在此基礎(chǔ)上，教師組織學生開展項目化學習，探究影響葉綠素提取的因素。

1.2 項目化學習的目標

高一學生經(jīng)過初中科學的學習，有了一定的科學思維和自主探究能力，但缺乏科學探究中深度學習的體驗，設(shè)計和實施實驗的能力和分析實驗結(jié)果的能力有待提高。結(jié)合學生的學情和《普通高中生物學課程標準（2017年版）》要求，聚焦需要落實的核心概念和學科核心素養(yǎng)，綜合分析確定本項目的教學目標如下：

①能根據(jù)已有的生物學知識以及生活經(jīng)驗，提出有探究價值的問題；通過查閱文獻和預(yù)實驗，小組討論確定影響葉綠素提取的因素，形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”、“物質(zhì)與能量觀”等生命觀念。

②能根據(jù)現(xiàn)實生活情境中感興趣的問題設(shè)計具體研究方案，實踐、修改、再實踐；通過小組討論和預(yù)實驗確定各影響因素的研究維度；能夠根據(jù)設(shè)計的方案控制實驗條件，與他人合作完成探究過程，并對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行記錄，提升實驗操作技能以及實驗結(jié)果的處理能力。

③運用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維與創(chuàng)造性思維等推動研究的進行，分析各影響因素的實驗結(jié)果，得到科學的研究結(jié)論，并以書面形式展示研究過程、結(jié)果和結(jié)論，提升問題解決能力。

④體驗探索的過程和克服困難迎難而上的過程；在分工、合作和分享中提升團隊合作能力，促進個人和團體共同成長。

1.3 項目的流程

《教育部關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》指出，在實驗教學中要遵循學科特點，積極推動學生開展研究型、任務(wù)型、項目化、問題式、合作式學習。鼓勵學校向?qū)W生開放實驗室，方便學生利用課余時間，以獨立或小組合作方式開展實驗探究。本項目由生物學興趣小組同學利用課外時間在生物創(chuàng)新實驗室完成。

本項目的教學流程包括項目策劃、項目實施和項目評價三個環(huán)節(jié)。每一個環(huán)節(jié)都設(shè)計了任務(wù)，并針對任務(wù)設(shè)計了相應(yīng)的學生活動和評價要求。項目整體教學流程如圖1所示。

圖1 項目化教學流程

2 項目化學習的教學實踐

2.1 選擇提取材料，確定影響因素及其梯度

教師引導學生在踐行綠色生態(tài)理念的基礎(chǔ)上，充分利用身邊資源選擇提取材料。學生查閱資料獲知，空心蓮子草葉綠素含量很高且在當?shù)胤植紡V泛，但是造成了一定的生態(tài)危害，因此選擇空心蓮子草作為提取葉綠素的材料。

中學教材里的提取劑基本上都采用體積分數(shù)為95%乙醇。興趣小組學生查閱文獻發(fā)現(xiàn)，石油醚、乙醚等醚類能夠提高類胡蘿卜素的提取效率，色素在甲醇中的溶解度比丙酮好，但石油醚和甲醇對人體有害。因此，學生通過小組討論決定選用體積分數(shù)為95%乙醇和80%丙酮作為提取劑，通過實踐和修改的不斷迭代，最后確定丙酮∶乙醇=1∶1溶液、丙酮∶乙醇=1∶2溶液、丙酮∶乙醇=2∶1溶液和95%乙醇溶液這四種不同的溶液為提取溶劑，選擇料液比為1∶50、1∶40、1∶30、1∶20和1∶10，提取時間為1 h、2 h、4 h、6 h、8 h，提取溫度為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃分別開展研究。

2.2 探究影響葉綠素提取的因素

學生查閱多方資料，分小組討論交流，最后確定統(tǒng)一研究方案如圖2所示。

圖2 葉綠素提取方案

其中，學生查閱資料獲知，利用葉綠素提取液對可見光譜的吸收性能，應(yīng)在663 nm和645 nm處測定空心蓮子草葉綠素提取液的吸光度（A）并利用Arnon法公式計算葉綠素質(zhì)量濃度。

在項目開展過程中，教師引導學生發(fā)現(xiàn)問題，提出新的見解。例如，學生在過濾色素提取液時發(fā)現(xiàn)耗時太長，提出能否縮短過濾時間。經(jīng)過查閱資料，學生獲悉可以通過抽濾的方法減少過濾時間。在測定提取液的吸光度時，有學生嘗試在其他波長處測吸光度，進一步證明了分光光度計測定葉綠素含量的原理。

各組采用表格形式對原始數(shù)據(jù)進行記錄，并用坐標曲線圖和柱形圖呈現(xiàn)最后數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，葉綠素的提取得率在80%丙酮溶液中最高。同時，當提取溫度在40℃以下時，空心蓮子草的葉綠素提取得率隨著溫度的升高而增加，在40℃到60℃之間提取得率變化不明顯，在60℃以上時，提取得率顯著降低。最后，空心蓮子草的葉綠素提取得率在料液比大于1∶30時明顯下降，在小于1∶30時趨于平穩(wěn)。

2.3 展示項目成果，交流互評

本項目發(fā)現(xiàn)，在空心蓮子草葉綠素提取實驗中，提取時間1 h，液料比1∶30，40℃水浴加熱提取的實驗條件為宜。實驗結(jié)束后，小組分別寫出各自研究部分的報告并制作PPT進行匯報展示。匯報結(jié)束后，指導教師和其他組成員進行提問。教師的提問聚焦在項目化學習對學生核心素養(yǎng)培育上，如針對“提取溫度達到60℃之后隨溫度升高空心蓮子草葉綠素得率下降”的現(xiàn)象，教師引導學生從結(jié)構(gòu)與功能觀上去思考其中的原因。最后，綜合各組研究結(jié)果，項目負責人寫出綜合報告，報告內(nèi)容包括選題目的、研究過程、實驗結(jié)果與分析、討論結(jié)論及建議和收獲與體會五個方面，并參與項目化學習和綜合實踐評比。在評比中獲取的優(yōu)異成績進一步激勵了學生探索的欲望，鞏固了學生習得的核心素養(yǎng)。

展示交流是提高學生分析能力的重要環(huán)節(jié)。通過組內(nèi)討論，組間交流，學生對實驗的改進或創(chuàng)新提出自己的看法，如：建議高中生物學實驗“葉綠體色素提取與分離實驗”選擇磨碎成粉末的空心蓮子草作為色素提取材料；建議進行實驗拓展，如進一步研究如何將青菜保綠，如何使植物標本長時間保持綠色等等。

3 反思與提升

3.1 課堂教學的延伸，有助于加深對理論的理解

“探究影響葉綠素提取因素”實驗是對光合作用知識的延伸。以高中生物學拓展實驗為載體進行項目化學習，由課內(nèi)延伸到課外，是對高中生物學課程學科本質(zhì)和學科能力的深度挖掘，從根本上改善課程學習中機械性記憶實驗和重復性訓練知識的現(xiàn)象，有助于提升學生的關(guān)鍵能力，培養(yǎng)生物學核心素養(yǎng)。教師可整體規(guī)劃，統(tǒng)籌安排課時，以拓展實驗為載體進行項目化學習，也可與校本選修課相結(jié)合。教師授課前需充分查閱資料，熟悉相關(guān)知識，便于在整個項目進行過程中的正確引導，達到預(yù)期目標。

3.2 提高了學生通過實驗解決問題的能力。

生物學課程要求學生主動地參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習及創(chuàng)新實踐能力。高中生物學實驗教學是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的主陣地，學生自主設(shè)計實驗、親歷科學探究過程，在逐步摸索實踐過程中完善項目，提高了小組合作通過實驗解決問題的能力。

3.3 項目化學習能激發(fā)學生更主動地投入學習中

項目化學習是一個有意義的學習過程，將原本枯燥的模仿實驗轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑魬?zhàn)性的項目進行學習，有利于激發(fā)學生深入思考進行深度學習。在項目化學習中，小組內(nèi)每位成員相互合作，根據(jù)各自特長分工合作，學生能體驗成功、獲得發(fā)展，學習主動性和積極性提高。此外，學生主動查閱資料，知道了葉綠素可補充人體血紅蛋白，提高血液含氧量和恢復精力等等知識。最后，在討論中，教師與學生將焦點聚焦在如何讓葉綠素更好地服務(wù)人類，將生物學學習與“立德樹人”有機融合，提高社會責任意識，促進核心素養(yǎng)的提升。