以“葉綠素”系列定量實驗為例談定量實驗的開展

趙亞萍 潘修義

(江蘇省常州高級中學 常州 213003)

1 開展的定量實驗意義

新課程標準的教學建議中提到： 在重視定性實驗的同時，也應重視定量實驗，讓學生在量的變化中了解事物的本質[1]。讓學生自己提出科學可行的研究課題可以激發求知欲望和創新精神，在查閱文獻、分析文獻的同時培養其搜集和處理科學信息的能力以及提出科學問題的能力，在定量實驗中科學嚴謹地記錄、整理和分析實驗數據，培養其通過實驗數據形成結論的能力以及通過誤差分析培養嚴謹的科學思維。

2 教學案例

本案例是以人教版高中生物學必修1《分子與細胞》第5章第4節“綠葉中色素的提取和分離”實驗為基礎，用80%丙酮溶液做提取液，利用分光光度計分別在663nm、 645nm波長下檢測葉綠素a和葉綠素b的含量，從而實現對“葉綠素”進行定量分析，為實現多元化實驗教學，開展了“葉綠素”系列自主定量探究實驗。學生分成小組，圍繞這一主題分別提出“同一植株根、莖、葉中葉綠素含量比較”“同一植株不同葉齡葉片中葉綠素含量比較”“離體葉綠素受光降解情況探究”“有無光照對植物體內葉綠素含量的影響”等科學問題。

以“離體葉綠素受光降解情況探究”為例介紹定量實驗開展過程。

2.1 提出問題 涉及葉綠素的實驗課常會出現課時緊張的情況，原因就在于葉綠素的提取需要花費大量時間。由于葉綠素易分解，所以不能很好把握提前制作的時間。本實驗便是為了了解葉綠素在不同光照環境下的分解速度以得出最好的葉綠素保存方法。

2.2 做出假設 離體葉綠素會見光分解。

2.3 實驗材料和儀器 試管、燒杯、錐形瓶、硬紙板箱、濾紙、剪刀、電子秤、棉花、分光光度計、光照培養箱、菠菜葉、丙酮、乙醇。

2.4 實驗過程 ①清洗菠菜，晾干后稱量分組裝瓶，加入丙酮及乙醇混合試劑，充分浸泡；②充分浸泡后，倒出浸泡液平均分于試管內；③對部分試管進行遮光處理，一部分保持原樣，放入光照培養箱中；④放入試管后，每隔一小時將其拿出測定葉綠素含量；⑤將收集的數據處理成表(表1)；⑥分析、得出結論。

2.5 實驗結果與分析 以處理時間為橫坐標，葉綠素含量為縱坐標，對實驗結果做圖分析(圖1)。可見，在遮光處理組，樣品的葉綠素含量基本維持在23mg/g左右。但光照處理組，樣品葉綠素含量隨光照時間延長而下降，至實驗結束(27h)時，總葉綠素含量為2.93mg/g，僅為開始時的12.67%。

從色素顏色變化可以看出，實驗開始27h后，光照組樣品由實驗開始時的綠色逐漸變成黃色，胡蘿卜素的顏色顯現。而遮光處理組樣品的顏色仍然為綠色，與開始時相比基本沒有變化。

2.6 實驗結論 光照可以使離體葉綠素降解，遮光環境可防止離體葉綠素降解。在平時的教學中，葉綠素提取液可以在低溫避光條件下保存，翌日上課使用。

3 高中生物學開展定量實驗的幾點思考

高中生物學實驗多為驗證性定性實驗，教師、學生以及實驗室設備等，都還不能滿足定量實驗要求，需要逐步摸索取得經驗。

表1 光照以及遮光處理下葉綠素含量統計表

圖1 光照以及遮光處理下葉綠素含量變化圖

3.1 以綜合實踐課程為載體 定量實驗在常規課堂開展的主要矛盾是班級人數多，教學時間短，進而衍生出實驗設備供應不足當堂無法完成實驗，學生沒有充足的時間查閱文獻提出好的科學問題，沒有時間對實驗數據進行處理和分析等問題，而綜合實踐課程因其時間長、人數少的特點，成為開展生物學定量實驗的較好途徑，學生有充足的時間和設備自主開展定量實驗，教師有充足的時間進行文獻查閱、資源搜集、數據處理的教學，還可以實現多元化教學。

3.2 以學科教室為場所 隨著課改的推進，對創新實驗的要求，許多地方中學開始建設學科教室，即以教師為負責人的教學、實驗一體化教室。生物學科教室打破傳統教室與實驗室之間的隔閡，在生物學科教師中配備先進生物學實驗儀器、計算機等設備為學生定量實驗提供設施保障。此外，教師辦公區域的設置、實驗室的嵌入以及交流展示的場所配置，將教師教學、學生自主實驗開展，以及教師指導有機結合起來，也為學生自主實驗提供平臺和展示場所[2]。

3.3 結合先進實驗儀器開發定量實驗 目前高中生物學實驗主要在培養學生的實驗觀察和實驗操作能力培養，而定量實驗開展得比較少，為提升學生科學探究能力，應多開展定量實驗。定量實驗的開展需要實驗儀器對實驗數據進行采集，如分光光度計、傳感器等，教師可以考慮利用先進實驗儀器改進或開發更多的定量實驗。

3.4 將信息技術與定量實驗相結合 定量實驗開展的同時應該重視學生利用計算機對實驗數據的處理和分析，長期堅持可以培養他們通過實驗數據得出實驗結論的能力，對實驗誤差的分析可以培養他們嚴謹的科學思維。此外，還應該重視培養學生利用計算機進行文獻查閱、資源搜集的能力，這樣能夠培養他們結合文獻提出科學問題能力的培養。

3.5 開展多元化定量實驗教學 綜合實踐課程班級人數少，教師可擬定一個定量研究主題，如“葉綠素定量研究”，可結合學生興趣和能力，鼓勵開展多課題的自主實驗。此外，為了面向全體學生開展定量實驗，可以考慮將兩節常規課合并為一節課開展定量實驗教學。