摘  要：通过设计探究性实验方案，创设问题情景，紧密联系生活实际，激发学生的学习兴趣，培养科学思维，提升学生核心素养。

关键词：探究性教学；问题情境；核心素养

《新课标》中明确提出“提高学生科学核心素养”这一理念，并将此作为生物课程改革的重点。其中“科学探究”是生物学科四大核心素养之一，要求学生能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提出问题、设计实验方案、实施实验撰写实验报告、实验结果的交流与讨论。

1.教材分析与设计思路

本课是人民教育出版社高中生物必修1《分子与细胞 》第5章第4节第一部分“捕获光能的色素和结构”中的实验。植物的光合作用开始于色素对光能的吸收、传递和转化。在学生学习光合作用机理和过程之前，先进行色素的提取和分离实验，可以为学习和理解光合作用中的能量转化奠定基础，同时也激发了学生的学习和探究兴趣。

2.教学目标

基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制定了如下教学目标：掌握色素的提取与分离的基本操作方法，学会提出改进解决方案，培养学生积极思考与创新能力，提高学生观察、分析和解决问题的能力。

3.教学过程

3.1选材与试剂改进

教材中指出利用新鲜的绿叶。本实验材料应易获取、光合色素含量高，且叶片含水量相对较低。除菠菜绿叶，还可以选用油菜、苋菜、空心菜、洋槐等的绿叶，南方地区也可用木槿的绿叶等。利用菠菜绿叶作为本实验材料时，可将新鲜的菠菜叶摊放在桌上，放置24～36 h，使叶片含水量下降。实验中，SiO2可用河沙、粗海砂或其他化学性质稳定且硬度较大的成分代替；提取液除教材建议外，可用甲醇来代替。

3.2实验拓展思路

（1）提取绿叶中的色素

色素提取是色素分离的前提，是该实验的关键环节。对色素提取方法的改进也是多种多样。主要可以归纳为以下几个方案：①研磨过程中加入氯化钠。这是因为细胞破碎后释放很多胶体，而色素易被胶体吸附，难以被提取。氯化钠为强电解质，可以使胶体沉淀，让色素释放出来，以提高色素提取效率。②先加叶片、二氧化硅和碳酸钙进行研磨，至糊状后再加提取液充分研磨，并过滤获得色素提取液（不同文献略有差异：如边研磨边甲提取液；分先后加入提取液等）。该改进方案可以减少提取液的暴露时间，减少提取液的挥发。③细河沙代替二氧化硅。这样改进的原因是石英砂粉末状量不好把握，并且容易进入滤液成为杂质。改用细河沙一方面节省成本，更重要的是细河沙颗粒较大既有利于研磨又不会透过纱布进入滤液。④利用研磨过滤器使研磨过滤一体化。研磨过滤器是一种新型的实验工具，它在材料的研磨过程中同时可以进行过滤的实验仪器。利用研磨过滤器进行色素的提取具有密闭性好、快速便捷、材料少、研磨充分、提取效果好等优势。⑤双层尼龙布（纱布）包住研磨匀浆，挤捏获取色素提取液。该操作一方面加速了过滤的速度，另一方面减少了色素在残渣中的存在，增加了色素提取量。⑥水浴加热提取色素，即将剪碎的叶片和无水乙醇加入试管，然后水浴加热提取色素。该操作可以节省二氧化硅、碳酸钙的使用，且省去研磨过滤步骤，获得的滤液干净、浓度高。不过水浴加热时间较长，实验操作技能强的学生可以直接在酒精灯火焰上加热煮沸提取，以提高色素提取效率。⑦干叶片直接加提取液研磨。经过脱水处理的干叶片可以不同添加碳酸钙和二氧化硅，直接加提取液进行研磨。可以节省实验成本，并增加色素效率。另外，还有离心去除杂质；碳酸镁替换碳酸钙避免缺镁变色；冷冻研钵减少提取液挥发；研磨后不过滤，直接蘸取使用或在研钵边沿吸取划线；使用匀浆机破碎再加提取液；获得的滤液再用四氯化碳、层析液萃取；绿叶包与纱布，滴加提取液，在研钵中反复揉挤等改进方案。结合材料预处理方案，笔者以为采用“干叶片+水浴加热”提取色素，一方面可以减少二氧化硅、碳酸钙的使用，省去研磨、顾虑环节；另一方面获得色素提取液干净无杂质，且色素浓度高，值得尝试。

（2）分离绿叶中的色素

教材中使用试管或烧杯作为层析装置，简单方便滤纸条略微斜靠着试管或烧杯内壁插入层析液中。也可利用圆形滤纸进行色素的分离。具体做法是：① 取一张圆形滤纸（面积略大于培养皿底面积），在滤纸圆心戳一圆形小孔；另取一张滤纸条（约为2cm），将纸沿着长度的方向卷成纸捻，将纸捻一端直接蘸取色索提取液，待风干后再重复操作几次；②将纸捻带有色素的一端插入圆形滤纸的小孔中，与滤纸平齐；③在培养山中加入适量层析液，将插有纸捻的圆形滤纸片放在培养皿上，使滤纸的下端（无色素的一端）浸入层析液中，迅速用另一培养皿盖上。不久即可在圆形滤纸上看到分离的各种色素的同心圆环。此方法的优点：与教材中的实验效果有异曲同工之妙，不仅使实验效果呈现有美感，还能增加实验的趣味性。

（3）实验拓展

可将教材中实验改为探究性实验，探究不同材料叶片中色素种类和含量。除绿叶外，还可以用黄栌、银查的黄色叶片、五角枫、月季的红色叶片进行此实验，以此研究不同材料中色素种类相同但色索含量有所不同，体会生物界的统一性和多样性，并进一步思考低温条件可能对光合色素中的叶绿素有分解作用，还可利用分光光度计测定色素含量，将定性实验改为定量实验。

4.教学反思

通过实验结果和操作结果表明，改进后的实验效果总体好于原实验设计，缩短了实验时间，使实验操作更加简便易行，体现了实验的科学性和实用性。学生不仅学习了实验的原理与方法，更重要的是打破了学生认知过程中的思维定势，培养了学生的合作探究能力，实验技能和创新能力。教师并不是教材的执行者，而是要主动的去开发心得教学方案，教学过程中要勇于创新实践，这样才能获得更多的教学效果。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部．普通高中生物学课程标准（ 2017 年版 2020 年修订） ［M］．北京： 人民教育出版社，2020.

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［4］郭建鹏.翻转课堂教学模式：变式—统一—再变式[J].中国大学教学，2021，No.370（06）：77-86.