應(yīng)用自制教具培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的生物學(xué)實驗設(shè)計
——以“葉綠體色素的提取和分離”實驗的拓展為例

伍曉龍

（廣州大學(xué)附屬中學(xué)南沙實驗學(xué)校，廣東 廣州 510000）

0 引言

“綠葉中色素的提取和分離”是高一學(xué)生必做的分組實驗。該部分教學(xué)目標為“簡述葉綠體中色素的種類和功能”。傳統(tǒng)的實驗設(shè)計中，學(xué)生根據(jù)紙層析法得到的結(jié)果可以很好實現(xiàn)“色素的種類”這一教學(xué)目標，但對于“色素的功能”，即不同色素的吸收光譜并沒有設(shè)計相關(guān)的實驗進行探究。筆者通過研究和嘗試，自制光合色素吸收光譜測定儀，改選韭菜和韭黃為實驗材料，設(shè)計了延伸實驗，分別得到韭菜色素（葉綠素和類胡蘿卜素混合物）、韭黃色素（類胡蘿卜素）的色素濾液后，讓學(xué)生借助光合色素吸收光譜測定儀進一步探究不同色素的吸收光譜，更好地還原了科學(xué)探究的過程，突破本節(jié)教學(xué)重點的、提高學(xué)生的科學(xué)探究核心素養(yǎng)水平。

1 光合色素吸收光譜測定儀的制作

1.1 工作原理

平行光穿過光柵得到散射光光譜，把含不同的色素的溶液置于光源和光柵之間，得到光譜中變暗部分為對應(yīng)色素吸收光波（定性判斷），且可借助手機端軟件Mspec軟件分析吸收光譜的波長頻段（定量測定）。

1.2 制作材料

硬卡紙、光柵（600線）、比色杯、LED手電筒。

1.3 制作方法

（1）取硬卡紙，按圖1所示裁剪成相應(yīng)形狀。

圖1

（2）黑色部分為鏤空，其中正方形鏤空后貼上光柵；長方形鏤空后放置兩個比色杯。沿著虛線折疊并將實線處粘合。分別得到手機支架、光譜儀主體、光源盒如圖2所示。

圖2

（3）光源盒內(nèi)添加LED手電筒。

（4）將手機支架、光譜儀主體、光源盒按順序組裝，并放上手機，總體效果如圖2（P188）所示。

1.4 使用步驟

（1）色素加入比色杯內(nèi)。

（2）打開光源開關(guān)。

（3）手機拍照記錄色素吸收光譜，肉眼比較，亦可將照片導(dǎo)入軟件，測定其色素吸收波長（見圖3）。

圖3

2 實驗教學(xué)過程

（1）色素的提取：直接選取韭菜、韭黃提取色素，分別獲得韭菜色素（葉綠素+類胡蘿卜素）、韭黃色素（類胡蘿卜素）。

（2）色素的濃縮：室溫下，避光敞口放置，隨無水乙醇的揮發(fā)，可進一步濃縮獲得濃度較高的色素。

（3）測定吸收光譜：光譜測定儀分別測定對照組：無水乙醇、實驗組1（韭菜）含葉綠素+類胡蘿卜素、實驗組2（韭黃）類胡蘿卜素共三組的吸收光譜，肉眼觀察并拍照記錄，亦可導(dǎo)入Mspec軟件分析波長。

（4）實驗結(jié)果分析：從吸收光譜中可知，韭菜色素，即葉綠素+類胡蘿卜素吸收的總光譜為紅光和藍紫光；韭黃色素即類胡蘿卜素吸收光譜為藍紫光，由此推測紅光部分可能是由葉綠素吸收。

圖4

（5）結(jié)合教材，得出結(jié)論：閱讀教材，進一步得出結(jié)論：葉綠素同時吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素吸收藍紫光。

3 實驗教學(xué)評價與反思

本次實驗教學(xué)設(shè)計中自制的色素吸收光譜測定儀器的應(yīng)用，為學(xué)生的進一步探究色素的功能提供了可能。較好地落實了科學(xué)探究。

3.1 亮點

（1）創(chuàng)新設(shè)計，服務(wù)教學(xué)重點：為教材實驗的補充，以延伸實驗的方式較好地突破了“色素的種類和功能”這一教學(xué)重點。

（2）簡易教具，易操作、可推廣：教具制作簡單，材料易得，成本低廉（每個教具成本約35元），結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，操作簡單。

（3）兼顧定性判斷和定量測定：對觀察結(jié)果的分析包括定性判斷（肉眼觀察色素帶變暗）、定量測定（Mspec軟件可觀測吸收光波的變化）。較好地突出了生物學(xué)嚴謹?shù)目茖W(xué)屬性。

（4）實驗材料的改進：把菠菜改為韭菜和韭黃。

（5）反證法思想的滲透：在實驗結(jié)果分析中滲透了反證法思想，類似肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗中DNA+DNA酶的實驗設(shè)計。

3.2 反思與改進

針對實驗用時可能過長的情況，筆者認為目前可以有兩方面的改進方法：

（1）實驗課調(diào)至下午放學(xué)最后一節(jié)，未完成的小組可放學(xué)后留下繼續(xù)實驗。

（2）對于基礎(chǔ)薄弱的班級，可選少部分能力強的學(xué)生錄制實驗過程，延伸實驗部分在課堂上以視頻演示實驗代替學(xué)生實驗。