基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與拓展

摘 要：本文針對(duì)教材中“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)存在的問題，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。學(xué)生組建六個(gè)項(xiàng)目小組，每組分別嘗試對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，制訂并實(shí)施探究方案，以期提高實(shí)驗(yàn)效率和成功率。

關(guān)鍵詞：色素的提取和分離；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與拓展；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）11-0049-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》（以下簡稱“教材”）第5章第4節(jié)中的一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)既加深了學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的理解，彰顯了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)技能在教學(xué)中的基礎(chǔ)性地位，又為學(xué)生學(xué)習(xí)“光合作用的原理和應(yīng)用”奠定了基礎(chǔ)。因此，“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)在本章中占有重要地位。

該實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，為了更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)中“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的基本理念，教師應(yīng)以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行多學(xué)科融合，通過問題式教學(xué)方法，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成探究性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生以教師提出的問題為引導(dǎo)，設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)以解決問題，進(jìn)一步完成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

教材實(shí)驗(yàn)中存在的問題包括：菠菜受季節(jié)的影響，易出現(xiàn)葉片腐爛、不易儲(chǔ)存的問題，需要在臨近實(shí)驗(yàn)前購買；新鮮葉片含水量較高，色素濃度偏低；研磨棒較短不方便握，研磨起來較為困難，導(dǎo)致色素提取的速度較慢；使用毛細(xì)管或蓋玻片繪制的濾液細(xì)線難以達(dá)到要求；用試管進(jìn)行層析時(shí)效率太低，而用小燒杯進(jìn)行層析時(shí)濾紙條易貼壁；教材對(duì)色素的吸光情況描述得較為抽象。

為了完成教學(xué)目標(biāo)并解決教材實(shí)驗(yàn)存在的問題，筆者以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。學(xué)生自由組建項(xiàng)目小組，5～8人為一組，選出一位小組長統(tǒng)籌本組的探究活動(dòng)。根據(jù)教師提出的問題，每組嘗試對(duì)其中一項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，制訂并實(shí)施探究方案（見圖1）。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過比較不同植物葉片的色素含量，理解色素提取與分離的原理、步驟，形成結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）通過已有的實(shí)驗(yàn)材料和器材，熟悉實(shí)驗(yàn)流程，利用歸納與演繹形成實(shí)驗(yàn)拓展的設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

（3）通過利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新器材，制訂實(shí)驗(yàn)拓展方案及實(shí)驗(yàn)操作步驟，初步掌握科學(xué)探究的基本思路和方法。

（4）通過觀察色素的吸收光譜，為蔬菜大棚補(bǔ)光提供合理的建議，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后解決了教材中實(shí)驗(yàn)存在的問題，提取和分離色素的效率顯著提高，一定程度上提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率（見圖2）。

4 教學(xué)過程

4.1 課前完成導(dǎo)學(xué)案

教師為學(xué)生布置課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的作業(yè)并認(rèn)真完成導(dǎo)學(xué)案。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)中要注意的問題，思考：“實(shí)驗(yàn)怎么做？為什么這樣做？有沒有更好的材料和方法來完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)？”以此激發(fā)學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)其自學(xué)和質(zhì)疑能力，引導(dǎo)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)中要探究的問題。

4.2 課前組建項(xiàng)目小組合作探究

4.2.1 觀看實(shí)驗(yàn)視頻

為了加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前，教師組織學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)操作視頻，以便更好地進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。

4.2.2 項(xiàng)目小組合作設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)

教師提出問題：教材中實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題應(yīng)該怎么解決？

學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，嘗試尋找解決方案，

并針對(duì)預(yù)習(xí)過程中教師提出的問題，選擇其中一個(gè)問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。項(xiàng)目組探究實(shí)驗(yàn)安排如表1所示。

4.3 實(shí)施實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目組每組5～8人，小組嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的探究實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，明確項(xiàng)目組成員的分工。對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析、討論和解決。在此過程中，學(xué)生既掌握了實(shí)驗(yàn)方法，完成了本節(jié)課的知識(shí)目標(biāo)，又對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的延伸。

學(xué)生在此過程中，通過動(dòng)手解決實(shí)際問題，不僅體驗(yàn)了探究性實(shí)驗(yàn)的樂趣，還有利于養(yǎng)成善于觀察、比較與分析的習(xí)慣，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)、合作探究的能力和創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生以小組為單位，展示本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析原因，以此培養(yǎng)自身的總結(jié)歸納能力、語言表達(dá)能力和合作交流能力，進(jìn)而提升學(xué)生的綜合能力。

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

項(xiàng)目一組通過采集校園常見的植物葉片進(jìn)行色素的提取和分離，探究校園里最適合做色素提取和分離實(shí)驗(yàn)的材料。

項(xiàng)目二組采用新鮮、室內(nèi)放置24 h和42℃烘干2 h的葉片，以探究不同處理方式對(duì)提取色素濃度和層析結(jié)果的影響。三種葉片中提取的色素濃度均較高，但42℃烘干2 h的葉片中提取出的色素

層析分離效果最好。

項(xiàng)目三組采用榨汁機(jī)、研磨棒和短木棒三種工具進(jìn)行研磨，以探究不同的研磨工具對(duì)提取的色素濃度的影響。結(jié)果顯示，短木棒研磨得到的色素濃度最高；榨汁機(jī)研磨時(shí)，葉片容易貼壁；而研磨棒太短，不方便握，導(dǎo)致研磨不充分，得到的色素濃度較低。

項(xiàng)目四組采用蓋玻片拓印法、小鋼鏟拓印法和牙線拓印法三種畫線方法，探究不同的畫線方法對(duì)畫線效果的影響。結(jié)果顯示，小鋼鏟拓印法畫線效果最好，符合實(shí)驗(yàn)要求。

項(xiàng)目五組采用試管、小燒杯、改造的一次性飯盒作為層析裝置，以探究不同的層析裝置對(duì)層析效率的影響。結(jié)果顯示，教材中所使用的試管每次只能層析一個(gè)樣品；使用小燒杯會(huì)產(chǎn)生濾紙條貼壁的問題；而改造的一次性飯盒層析裝置每次可以層析多個(gè)樣品，顯著提高了效率，也解決了濾紙條貼壁的問題，且使用的層析液較少，減少層析液對(duì)環(huán)境的污染。

項(xiàng)目六組自制簡易光譜儀檢測(cè)不同色素對(duì)光的吸收情況，以尋找更直觀的方式觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在單色光柱后面分別放置七個(gè)裝有從綠葉中提取的色素的比色皿和七個(gè)裝有從枯葉中提取的類胡蘿卜素的比色皿，由此觀察綠葉中提取的色素和枯葉中提取的類胡蘿卜素對(duì)七種單色光的吸收情況。結(jié)果顯示，綠葉中提取的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，枯葉中提取的類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。

4.5 課堂小結(jié)

教師發(fā)放多維度課堂評(píng)價(jià)表，師生共同完成自評(píng)、小組互評(píng)和教師評(píng)價(jià)。教師和學(xué)生共同完成課堂小結(jié)，做到以評(píng)促學(xué)，以評(píng)促教。最后由生物學(xué)課代表收集六個(gè)項(xiàng)目組的改進(jìn)與創(chuàng)新點(diǎn)，學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)改進(jìn)報(bào)告，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫實(shí)驗(yàn)改進(jìn)論文。

5 教學(xué)反思與評(píng)價(jià)

如果本實(shí)驗(yàn)依照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，要求學(xué)生嚴(yán)格按照教材中的實(shí)驗(yàn)方法與步驟去操作，雖然其能掌握相關(guān)原理和操作，但學(xué)生只是按部就班地接受知識(shí)，其創(chuàng)新思維沒有得到培養(yǎng)。本節(jié)實(shí)驗(yàn)課以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線，面向全體學(xué)生，以培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)操作中充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，提高課堂效率。基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將以往教材實(shí)驗(yàn)中所存在的問題通過學(xué)生的自主探究來解決。這種設(shè)計(jì)一方面給學(xué)生留下深刻的印象，另一方面在探究活動(dòng)中，學(xué)生體驗(yàn)了學(xué)習(xí)的樂趣，提高了其解決問題、自主學(xué)習(xí)、合作探究、創(chuàng)新實(shí)踐的能力。本次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)較為成功，提高了實(shí)驗(yàn)的效率和成功率，使抽象知識(shí)形象化，培養(yǎng)了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。