中美生物学教材中“色素的提取和分离”实验的比较分析

刘玉寰 邹伟

摘 要 通过对美国高中生物教材《生物·生命的动力》中“分离色素”实验与人教版教材中“绿叶中色素的提取和分离”实验进行比较，分析中美教材在编写上的异同，从而对中美教材对实验对创新能力的培养进行比较。

关键词 中美生物教材 色素提取 实验比较

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 在教材中的地位

“绿叶中色素的提取和分离”是人教版高中生物教科书《必修1·分子与细胞》第五章第四节的实验，是“光合作用”内容中的基础知识，也是本册教材9个实验中较重要的一个学生分组实验。学生在实验操作和观察中，初步掌握提取和分离叶绿体色素的方法和技能，通过亲身体验和共同探究，培养实验能力及理论联系实际的科学态度。“分离色素”是美国高中生物《生物·生命的动力》第五单元“分子与细胞”中的迷你实验。中美教材通过层析法将绿叶中的色素提取出来，并对绿叶中所含的色素进行了探究。

2 实验内容的比较

2.1 实验目的的比较

中美教材实验的知识目标基本一致，都是让学生了解叶绿体中色素的组成、颜色以及纸层析法的原理。但不同的是，人教版教材实验原理中直接给出了层析法的原理，学生是带着这种已知去验证这一原理。而美国教材只是提到了纸层析法是这次实验所用的实验方法，没有将可能出现的现象告诉学生，将这一原理设计成探究性问题放在了讨论分析中。在情感态度方面，中美教材都培养学生严谨的科学态度，学会根据实验的现象和结果进行分析，从而推出结论。在能力目标方面，我国更注重训练学生的实验操作技能，而美国则更注重对学生探究思维的培养。

2.2 实验药品器材的比较

中美教材在药品器材的选取上存在一些共性。此实验的器材选取，非常便捷化和生活化。如美国教材中直尺、滤纸、酒精、烧杯等；人教版教材中的新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）、干燥的定性滤纸、试管、棉塞、试管架、尼龙布、研钵、毛细吸管、无水乙醇等，大多都是简单易得的材料。所不同的是，人教版选用的层析液成分，是由20份在60～90℃下分馏出来的石油醚、两份丙酮和1份苯混合而成，也可用93号汽油代用。而美国则选择了更易得到的酒精作为层析液。

2.3 实验设计的比较

中美教材中，这一实验的实验原理基本一致，都用纸层析法分离色素。但在实验过程的设计上，存在一些差异。

人教版教材更加注重色素的“提取”和“分离”的过程。实验中，“色素的提取”十分关键，直接关系到最终的实验现象。因此，教材对提取过程的要求十分严格。学生要选用新鲜的绿叶、研磨过程中要加入二氧化硅和碳酸钙，使研磨更充分等。任何一步操作不到位都会使得到的滤液，因色素量过少、某些色素颜色过浅，而观察不到色素带，影响实验结果。但美国教材没有设计“提取色素”这一环节，学生在分离色素前，到教师那里领取事先制备好的植物悬液即可，这样既节省了时间，又能避免因学生操作不当，而提取不到合格的滤液。

此外，在色素的分离上，中美教材都有制备滤纸条这一步骤。人教版教材设计的是将略窄于试管长与宽的滤纸条的一端减去两角，并在距这一端1 cm处用铅笔划一条细线，然后用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。待滤液干后，再画一两次。而美国教材是让学生在一张5 cm×14 cm滤纸的一端，距边缘2 cm处滴几滴植物悬液，晾干后可看到一个色斑。相比较而言，人教版的设计容易出现因重复画滤液细线使滤液线过粗，从而导致色素带重叠。美国教材的设计简单而巧妙。

最后，人教版教材的做法是将滤纸条（有滤液细线的一侧朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。而美国教材的做法是将滤纸探入装有1 cm深的酒精中，放置15 min后，观察现象。这一步都强调不能让滤液细线和色斑触及层析液，防止色素被溶解。

在“层析液”的选取上，人教版选用的层析液中有丙酮和苯，易挥发，对身体有害；美国教材选用酒精来做“层析液”则能更健康一些。

最本质的区别是实验的“讨论分析”。人教版教材在讨论中提出了两个问题：① 滤纸条上有几条不同颜色的色带？其宽度怎么样？这说明了什么？② 滤纸上的滤液细线，为什么不能触及层析液？而美国教材的这一实验在分析中设置的问题：① 解释随着溶剂沿滤纸上移，可以观察到什么现象？② 推断为什么在滤纸的不同位置会看到不同的色带？不难发现，人教版的问题问的很明确，但却具有一定的导向性。美国教材设计的问题给了学生一个很开放的空间，学生可能会说“观察到几条色素带”、“观察到色素带的颜色是不同的”或者是“色素带的宽度不一样”……由于在开始实验之前没有告诉学生层析的原理，所以学生会想为什么会出现这种现象呢？这就是英国教材所设计的“问题2”。现象不是“老师”告诉的，而是学生自己观察出来的；原因不是“老师”讲解的，而是学生自主查阅和研究的。

3 结论与启示

美国教材实验简单易行，注重对学生探究思维的培养。中国教材多了提取色素的步骤，而且在分离色素时对操作要求非常严格，实验结果要求非常精确，而美国教材在这方面要求要差一些，只要看到结果就可以了，相对来说实验目的要求要比中国的难度小的多。此外，实验设计对学生的健康考虑的很周全，不论是本实验中“酒精”的选用，还是教材中“安全警示”专栏的设立，都体现了浓浓的人文关怀。

新高中生物课程标准增加了研究性学习的内容，而生物学的研究性学习多以探究性学习为主。探究是能动的学习科学的过程，是培养学生创新精神和实践能力的重要途径。像美国教材“问题2”的设计，教师在课上不会直接讲述结论，而是让学生自己去查资料，说出为什么，鼓励学生大胆说出自己的观点，这也是培养学生创造力的表现。为了在验证性实验中也能培养学生的创新能力，国内学者进行了一些尝试，如对实验原理进行设计、加入变量、设置梯度等，但都无疑加大了实验容量，延长实验操作时间。而美国教材“迷你实验”的设计，就是为了简化实验操作步骤，在课堂上快速得到实验结果，这种做法则不失为一种参考。同时，美国教材在实验中设计了探究性问题，通过引导学生对实验结果进行深入分析、思考，培养学生的探究性思维，可谓事半功倍。