亲历光合作用发现史 再做恩格尔曼经典实验

孙天予 韩 烁 李 霞

（北京汇文中学 北京 100061）

恩格尔曼通过实验确定了光合作用中氧气的形成依赖于叶绿体和特定光质的光。他借助显微光谱设备和好氧菌的趋向运动现象，定量研究了光质对光合作用中氧气形成过程的影响。

《普通高中生物课程标准》提出，要注重生物科学史的学习。学习生物科学史，让学生理解科学研究方法，掌握科学本质，是提升学生生命科学素养的重要途径。

本研究结合《普通高中生物课程标准》要求，围绕 “光合作用的发现过程”进行实践活动的开发，设计了实验“再做恩格尔曼的实验”。

1 材料准备

1.1 实验设备

1）自制显微光谱设备（图1）。

图1 显微光谱设备

光谱是复色光经过色散系统（例如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。在学生显微镜的光源上设置一道狭缝（宽0.2 mm），并在通光孔下安装光栅片（600线），即完成显微光谱设备的制作。调整狭缝方向和狭缝与光栅片的距离后，可在显微视野中观察到光谱（图2）。

图2 显微镜100倍视野下观察到的光谱和水绵

2）单凹型载玻片 1个、盖玻片。

1.2 实验材料

水绵、好氧菌。其中好氧菌可选用醋酸杆菌：将醋酸菌和水绵在水中共同培养2 d，显微镜下检视可见大量运动的活菌，即可用于实验。

2 实验方法

本实验操作步骤如下：

1）在单凹载玻片中央滴加5滴醋酸菌培养液。用镊子取少量水绵，放入菌液中，盖上盖玻片，用吸水纸吸干多余液体。

2）将制作好的临时装片放在低倍镜下观察，找到水绵和好氧菌，观察好氧菌的运动方式。

3）取下装片，在无光处放置3 min。

4）安装显微光谱设备，调整狭缝位置，至视野中出现清晰的光谱。

5）将暗处理后的装片放在低倍镜下观察，将一根水绵移到视野中央，使其垂直于光谱中的单色光带。

6）静置2 min，观察水绵周围好氧菌的分布情况。

3 实验结果

可观察到紫光区水绵周围的好氧菌多于绿光区，且好氧菌集中在水绵叶绿体附近（图3、图4）。

图3 紫光区水绵周围好氧菌的分布情况（箭头所指为好氧菌）

图4 绿光区水绵周围好氧菌的分布情况（箭头所指为好氧菌）

4 在课堂教学中的应用

本实验可在“光合作用的发现过程”一节实施，学生通过分析科学史资料，明确光合作用的原料和产物后，教师提问光合作用的场所和条件，介绍实验材料和工具，引导学生进行探究。学生通过实践，亲历学科知识的建立过程，体会生物学实验的精巧设计和定量的实验原则，更好地理解光合作用这一核心概念。

5 小结

在科学教育中借助科学史和科学哲学的模式旨在让学生发现、探究科学现象的本质，培养其科学探究能力和批判精神，进而提高科学素养。本实验利用常见素材，为学生提供亲历科学史上经典实验的机会，让学生学习新知的同时感悟科学，感受科学探究的艰辛和乐趣。