高中生物學拓展實驗的項目化學習實踐探索
——以“探究影響葉綠素提取因素實驗”項目為例

周 玲

（浙江省臺州中學西校區 浙江臺州 317000）

項目化學習是當今基礎教育改革與實踐的熱點課題，它能夠促進學生對與學科或跨學科有關的驅動性問題進行深入持續的探究，調動所有知識、能力、品質等創造性地解決新問題，形成公開成果，對核心知識和學習歷程產生深刻理解，并能在新情境中進行遷移。下文將高中生物學拓展性實驗作為項目化學習的載體，以“探究影響葉綠素提取因素實驗”為例，介紹項目化學習的實踐過程，以期為同類研究和同類項目化學習的開展提供可以參考的案例。

1 項目學習規劃

1.1 項目的提出

“葉綠體色素提取和分離”是屬于重要概念“說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變為糖類與氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能”的內容，在次位概念“細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些反應發生在細胞的特定區域”的基礎上形成，支撐大概念“細胞的生存需要能量和營養物質”。為幫助學生達成對大概念的理解，提取和分離葉綠體色素實驗是一個必須開展的教學活動。

此前，學生已經學習了“光合作用”相關知識，進行了“葉綠體色素的提取分離”實驗，有一定的知識基礎和實驗技能，且對色素提取分離感到好奇。教師在此基礎上進行延伸拓展，以期幫助學生深刻理解光合作用核心概念，促進深度學習。

如何通過實驗教學讓學生親歷完整的探究過程，利用實驗解決問題，在提高實驗操作能力的同時促進核心素養全面發展，是一個很值得研究的問題。教師通過查閱資料獲知葉綠素的作用很廣，且學生有濃厚興趣進一步探究葉綠素相關問題，在此基礎上，教師組織學生開展項目化學習，探究影響葉綠素提取的因素。

1.2 項目化學習的目標

高一學生經過初中科學的學習，有了一定的科學思維和自主探究能力，但缺乏科學探究中深度學習的體驗，設計和實施實驗的能力和分析實驗結果的能力有待提高。結合學生的學情和《普通高中生物學課程標準（2017年版）》要求，聚焦需要落實的核心概念和學科核心素養，綜合分析確定本項目的教學目標如下：

①能根據已有的生物學知識以及生活經驗，提出有探究價值的問題；通過查閱文獻和預實驗，小組討論確定影響葉綠素提取的因素，形成“結構與功能觀”、“物質與能量觀”等生命觀念。

②能根據現實生活情境中感興趣的問題設計具體研究方案，實踐、修改、再實踐；通過小組討論和預實驗確定各影響因素的研究維度；能夠根據設計的方案控制實驗條件，與他人合作完成探究過程，并對實驗現象和數據進行記錄，提升實驗操作技能以及實驗結果的處理能力。

③運用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維與創造性思維等推動研究的進行，分析各影響因素的實驗結果，得到科學的研究結論，并以書面形式展示研究過程、結果和結論，提升問題解決能力。

④體驗探索的過程和克服困難迎難而上的過程；在分工、合作和分享中提升團隊合作能力，促進個人和團體共同成長。

1.3 項目的流程

《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》指出，在實驗教學中要遵循學科特點，積極推動學生開展研究型、任務型、項目化、問題式、合作式學習。鼓勵學校向學生開放實驗室，方便學生利用課余時間，以獨立或小組合作方式開展實驗探究。本項目由生物學興趣小組同學利用課外時間在生物創新實驗室完成。

本項目的教學流程包括項目策劃、項目實施和項目評價三個環節。每一個環節都設計了任務，并針對任務設計了相應的學生活動和評價要求。項目整體教學流程如圖1所示。

圖1 項目化教學流程

2 項目化學習的教學實踐

2.1 選擇提取材料，確定影響因素及其梯度

教師引導學生在踐行綠色生態理念的基礎上，充分利用身邊資源選擇提取材料。學生查閱資料獲知，空心蓮子草葉綠素含量很高且在當地分布廣泛，但是造成了一定的生態危害，因此選擇空心蓮子草作為提取葉綠素的材料。

中學教材里的提取劑基本上都采用體積分數為95%乙醇。興趣小組學生查閱文獻發現，石油醚、乙醚等醚類能夠提高類胡蘿卜素的提取效率，色素在甲醇中的溶解度比丙酮好，但石油醚和甲醇對人體有害。因此，學生通過小組討論決定選用體積分數為95%乙醇和80%丙酮作為提取劑，通過實踐和修改的不斷迭代，最后確定丙酮∶乙醇=1∶1溶液、丙酮∶乙醇=1∶2溶液、丙酮∶乙醇=2∶1溶液和95%乙醇溶液這四種不同的溶液為提取溶劑，選擇料液比為1∶50、1∶40、1∶30、1∶20和1∶10，提取時間為1 h、2 h、4 h、6 h、8 h，提取溫度為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃分別開展研究。

2.2 探究影響葉綠素提取的因素

學生查閱多方資料，分小組討論交流，最后確定統一研究方案如圖2所示。

圖2 葉綠素提取方案

其中，學生查閱資料獲知，利用葉綠素提取液對可見光譜的吸收性能，應在663 nm和645 nm處測定空心蓮子草葉綠素提取液的吸光度（A）并利用Arnon法公式計算葉綠素質量濃度。

在項目開展過程中，教師引導學生發現問題，提出新的見解。例如，學生在過濾色素提取液時發現耗時太長，提出能否縮短過濾時間。經過查閱資料，學生獲悉可以通過抽濾的方法減少過濾時間。在測定提取液的吸光度時，有學生嘗試在其他波長處測吸光度，進一步證明了分光光度計測定葉綠素含量的原理。

各組采用表格形式對原始數據進行記錄，并用坐標曲線圖和柱形圖呈現最后數據。結果表明，葉綠素的提取得率在80%丙酮溶液中最高。同時，當提取溫度在40℃以下時，空心蓮子草的葉綠素提取得率隨著溫度的升高而增加，在40℃到60℃之間提取得率變化不明顯，在60℃以上時，提取得率顯著降低。最后，空心蓮子草的葉綠素提取得率在料液比大于1∶30時明顯下降，在小于1∶30時趨于平穩。

2.3 展示項目成果，交流互評

本項目發現，在空心蓮子草葉綠素提取實驗中，提取時間1 h，液料比1∶30，40℃水浴加熱提取的實驗條件為宜。實驗結束后，小組分別寫出各自研究部分的報告并制作PPT進行匯報展示。匯報結束后，指導教師和其他組成員進行提問。教師的提問聚焦在項目化學習對學生核心素養培育上，如針對“提取溫度達到60℃之后隨溫度升高空心蓮子草葉綠素得率下降”的現象，教師引導學生從結構與功能觀上去思考其中的原因。最后，綜合各組研究結果，項目負責人寫出綜合報告，報告內容包括選題目的、研究過程、實驗結果與分析、討論結論及建議和收獲與體會五個方面，并參與項目化學習和綜合實踐評比。在評比中獲取的優異成績進一步激勵了學生探索的欲望，鞏固了學生習得的核心素養。

展示交流是提高學生分析能力的重要環節。通過組內討論，組間交流，學生對實驗的改進或創新提出自己的看法，如：建議高中生物學實驗“葉綠體色素提取與分離實驗”選擇磨碎成粉末的空心蓮子草作為色素提取材料；建議進行實驗拓展，如進一步研究如何將青菜保綠，如何使植物標本長時間保持綠色等等。

3 反思與提升

3.1 課堂教學的延伸，有助于加深對理論的理解

“探究影響葉綠素提取因素”實驗是對光合作用知識的延伸。以高中生物學拓展實驗為載體進行項目化學習，由課內延伸到課外，是對高中生物學課程學科本質和學科能力的深度挖掘，從根本上改善課程學習中機械性記憶實驗和重復性訓練知識的現象，有助于提升學生的關鍵能力，培養生物學核心素養。教師可整體規劃，統籌安排課時，以拓展實驗為載體進行項目化學習，也可與校本選修課相結合。教師授課前需充分查閱資料，熟悉相關知識，便于在整個項目進行過程中的正確引導，達到預期目標。

3.2 提高了學生通過實驗解決問題的能力。

生物學課程要求學生主動地參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中習得生物學知識，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習及創新實踐能力。高中生物學實驗教學是培養學生核心素養的主陣地，學生自主設計實驗、親歷科學探究過程，在逐步摸索實踐過程中完善項目，提高了小組合作通過實驗解決問題的能力。

3.3 項目化學習能激發學生更主動地投入學習中

項目化學習是一個有意義的學習過程，將原本枯燥的模仿實驗轉變為具有挑戰性的項目進行學習，有利于激發學生深入思考進行深度學習。在項目化學習中，小組內每位成員相互合作，根據各自特長分工合作，學生能體驗成功、獲得發展，學習主動性和積極性提高。此外，學生主動查閱資料，知道了葉綠素可補充人體血紅蛋白，提高血液含氧量和恢復精力等等知識。最后，在討論中，教師與學生將焦點聚焦在如何讓葉綠素更好地服務人類，將生物學學習與“立德樹人”有機融合，提高社會責任意識，促進核心素養的提升。