中日教材“與光合相關探究實驗”的比較研究和啟示

李素婷

（廣東省佛山市高明區滄江中學 廣東佛山 528500）

光合作用是植物體重要的新陳代謝過程，該內容在各國教材中都占有重要的位置。日本現行中學生物學教材對探究實驗非常重視，具有可操作性強、設計詳細并附上詳細解說、注重實驗的拓展等優點。因此，下面以我國人教版高中生物學教材《必修1分子與細胞》（以下簡稱人教版）和日本現行高一生物學教材《生物基礎》（以下簡稱日本教材）中光合作用相關實驗為例，并進行對比研究，希望能為實踐教學、第二課堂實踐活動設計等帶來啟示。

1 日本教材中“與光合相關探究實驗”案例分析

1.1 觀察葉綠體

該實驗的目的是驗證植物除了綠葉，其他綠色的部分是否具有葉綠體，其他非綠色的蔬菜是否具有葉綠體。教材提供的實驗材料有：不同顏色彩椒、豌豆。分別觀察紅椒、黃椒、橙椒、綠椒、豌豆的橫切面和綠椒、豌豆的表皮，觀察結果圖略。結果說明：綠色彩椒在它表面位置的細胞可以發現很多葉綠體，但是內側的大細胞的葉綠體不像外側那么密集。豌豆也能看到葉綠體，而且去掉表皮觀察的話可以觀察到氣孔。紅色黃色橙色的彩椒沒有發現葉綠體，但是可以發現跟葉綠體一樣大小的紅色和黃色微小顆粒。設問1：紅色和黃色顆粒到底是什么？請利用網絡和詞典調查。

1.2 各種各樣的果實的光合作用

1.2.1 假說的設定

已經知道植物體的綠色部分是存在葉綠體的，如果是有葉綠體的話，即使不是葉子也可以發生光合作用嗎？或者像紅色跟黃色的彩椒那樣有著綠色以外的色素材料也可以進行光合作用嗎？設定以下假說進行實驗驗證：光合作用是在有葉綠體的植物中進行的。

1.2.2 準備

紅椒、綠椒、黃椒、豌豆、菠菜、12根試管，試管架，橡膠塞，pH指示劑（百里酚藍和酚紅）等。

1.2.3 操作

首先往12根試管底部注入pH指示劑1 mL，然后把材料（寬度剛好塞進試管，各兩根），注意不要碰到指示劑，塞進試管并用橡膠塞把它塞住，最后準備沒有放材料只注入pH指示劑的兩根試管。放入同樣材料的兩根試管其中一根用鋁箔包住，把全部試管置于試管架，給予光照。設問2：準備用鋁箔卷起來的試管和沒有放入材料的試管的作用是什么？另外，為什么還要把菠菜葉作為實驗的對象？

1.2.4 結果

在光照40 min后，以沒有放入任何材料的pH指示劑為對照指標，對比各個試管的pH指示劑的顏色，并做好記錄。結果顯示，放入材料的試管中，用鋁箔包住的試管全部變成黃色，而沒有用鋁箔包住的試管pH指示劑顏色變化為：綠椒是紅黃色，紅椒、黃椒變成了黃色，豌豆和菠菜變成了紅紫色。

1.2.5 考察

用鋁箔紙包起來的試管，指示劑的顏色都是黃色，可以認為是通過呼吸作用放出二氧化碳。受到光照的菠菜和豌豆變成了紅紫色，可以認為它在進行劇烈的光合作用，綠椒幾乎沒有發生顏色變化，但用鋁箔包著的同樣的材料卻變成了黃色，與暗條件相比，二氧化碳被吸收了。紅椒和黃椒的試管指示劑是黃色，可以認為它釋放了二氧化碳，沒有進行光合作用。由以上結果可以得出，雖然光合作用強度會不一樣，但具有葉綠體的植物是可以進行光合作用的。

1.2.6 拓展

可以用煮過的材料或者發生變化的植物進行實驗，確認該結論是否正確。

1.2.7 附錄（設問答案）

設問1：紅椒黃椒里所看到的微小顆粒是有色體，有色體里面包含了黃色、橙色的色素。葉綠體和有色體統稱為色素體，是有著共同起源的細胞小器官。

設問2：準備用鋁箔卷起來的試管是為了對照觀察驗證由于“光”的影響而產生了顏色變化。另外，也可以把放入同樣材料的試管放在暗處以達到同樣的目的。但是，這樣設置場所的條件就發生了變化，所以我們推薦用鋁箔卷住試管這個方法。而準備不放入材料的試管是為了對照觀察驗證由于“植物體”的有無而產生了顏色變化。另外，對菠菜進行實驗是和“葉”的結果進行比較。

2 比較和啟示

分析以上案例，日本教材“與光合相關探究實驗”與人教版有相通的地方，都致力于通過實驗掌握光合作用發生的場所、色素種類、物質變化等重要概念。但是教材編排、實驗設置、設計思路、實驗材料、二氧化碳檢測試劑等都有很大的不同（表1）。

表1 中日教材“與光合有關實驗”比較

教材編排上，日本教材“與光合相關探究實驗”涉及的知識內容比較多，統一放置在第一章章末位置，需要連續2個課時完成。第一個基礎實驗對學生的思維和操作要求不高，鼓勵學生自主查閱文獻并結合已學知識提出各種假說，再設計第二個要求較高的探究實驗，讓學生經歷設計并實施實驗，分析實驗數據，對假說進行驗證的過程。若假說不成立，可以修正后再做實驗。在開展第二課堂實驗或者課題研究時，教師可以參考日本教材的實驗探究模式對教材原有的實驗進行有效整合。這種實驗難度層層遞進且實驗之間聯系緊密的探究模式符合高一學生的認知規律，充分尊重學生之間的個性化差異。

在實驗材料的選擇上，人教版以綠葉（菠菜葉、黑藻葉等）為主，筆者嘗試從市場購買不同顏色的彩椒進行觀察實驗，發現操作簡單，顏色對比明顯，可有效觀察到葉綠體、氣孔和其他的有色顆粒（圖1）。在開展光合作用相關實驗時，教師可以借鑒采用。多樣化的實驗材料可以發散學生的思維，激發學生的思考，提高實驗課堂的思維含量。

圖1 綠椒（左）、紅椒（中）、黃椒（右）的顯微觀察圖

日本教材使用的百里酚藍和酚紅的混合檢測試劑檢測植物生活環境二氧化碳的變化，該pH指示劑的溶液正常情況下是呈現紅黃色的，隨著二氧化碳增加變成黃色，隨著二氧化碳減少變成紅色，甚至紅紫色。但是這種試劑在我國普通中學生物學實驗室并不普及，筆者嘗試網購這種試劑重復日本教材的實驗，難以在40 min內出現預期的實驗結果，并沒有想象中靈敏和明顯。

進行教材對比，目的不是分出孰優孰劣，而是在對比中結合教學實情，取其精華嘗試與實踐教學相融合，優化原有的實驗設計，達到更好的教學效果。