以“叶绿素”系列定量实验为例谈定量实验的开展

赵亚萍 潘修义

(江苏省常州高级中学 常州 213003)

1 开展的定量实验意义

新课程标准的教学建议中提到： 在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质[1]。让学生自己提出科学可行的研究课题可以激发求知欲望和创新精神，在查阅文献、分析文献的同时培养其搜集和处理科学信息的能力以及提出科学问题的能力，在定量实验中科学严谨地记录、整理和分析实验数据，培养其通过实验数据形成结论的能力以及通过误差分析培养严谨的科学思维。

2 教学案例

本案例是以人教版高中生物学必修1《分子与细胞》第5章第4节“绿叶中色素的提取和分离”实验为基础，用80%丙酮溶液做提取液，利用分光光度计分别在663nm、 645nm波长下检测叶绿素a和叶绿素b的含量，从而实现对“叶绿素”进行定量分析，为实现多元化实验教学，开展了“叶绿素”系列自主定量探究实验。学生分成小组，围绕这一主题分别提出“同一植株根、茎、叶中叶绿素含量比较”“同一植株不同叶龄叶片中叶绿素含量比较”“离体叶绿素受光降解情况探究”“有无光照对植物体内叶绿素含量的影响”等科学问题。

以“离体叶绿素受光降解情况探究”为例介绍定量实验开展过程。

2.1 提出问题 涉及叶绿素的实验课常会出现课时紧张的情况，原因就在于叶绿素的提取需要花费大量时间。由于叶绿素易分解，所以不能很好把握提前制作的时间。本实验便是为了了解叶绿素在不同光照环境下的分解速度以得出最好的叶绿素保存方法。

2.2 做出假设 离体叶绿素会见光分解。

2.3 实验材料和仪器 试管、烧杯、锥形瓶、硬纸板箱、滤纸、剪刀、电子秤、棉花、分光光度计、光照培养箱、菠菜叶、丙酮、乙醇。

2.4 实验过程 ①清洗菠菜，晾干后称量分组装瓶，加入丙酮及乙醇混合试剂，充分浸泡；②充分浸泡后，倒出浸泡液平均分于试管内；③对部分试管进行遮光处理，一部分保持原样，放入光照培养箱中；④放入试管后，每隔一小时将其拿出测定叶绿素含量；⑤将收集的数据处理成表(表1)；⑥分析、得出结论。

2.5 实验结果与分析 以处理时间为横坐标，叶绿素含量为纵坐标，对实验结果做图分析(图1)。可见，在遮光处理组，样品的叶绿素含量基本维持在23mg/g左右。但光照处理组，样品叶绿素含量随光照时间延长而下降，至实验结束(27h)时，总叶绿素含量为2.93mg/g，仅为开始时的12.67%。

从色素颜色变化可以看出，实验开始27h后，光照组样品由实验开始时的绿色逐渐变成黄色，胡萝卜素的颜色显现。而遮光处理组样品的颜色仍然为绿色，与开始时相比基本没有变化。

2.6 实验结论 光照可以使离体叶绿素降解，遮光环境可防止离体叶绿素降解。在平时的教学中，叶绿素提取液可以在低温避光条件下保存，翌日上课使用。

3 高中生物学开展定量实验的几点思考

高中生物学实验多为验证性定性实验，教师、学生以及实验室设备等，都还不能满足定量实验要求，需要逐步摸索取得经验。

表1 光照以及遮光处理下叶绿素含量统计表

图1 光照以及遮光处理下叶绿素含量变化图

3.1 以综合实践课程为载体 定量实验在常规课堂开展的主要矛盾是班级人数多，教学时间短，进而衍生出实验设备供应不足当堂无法完成实验，学生没有充足的时间查阅文献提出好的科学问题，没有时间对实验数据进行处理和分析等问题，而综合实践课程因其时间长、人数少的特点，成为开展生物学定量实验的较好途径，学生有充足的时间和设备自主开展定量实验，教师有充足的时间进行文献查阅、资源搜集、数据处理的教学，还可以实现多元化教学。

3.2 以学科教室为场所 随着课改的推进，对创新实验的要求，许多地方中学开始建设学科教室，即以教师为负责人的教学、实验一体化教室。生物学科教室打破传统教室与实验室之间的隔阂，在生物学科教师中配备先进生物学实验仪器、计算机等设备为学生定量实验提供设施保障。此外，教师办公区域的设置、实验室的嵌入以及交流展示的场所配置，将教师教学、学生自主实验开展，以及教师指导有机结合起来，也为学生自主实验提供平台和展示场所[2]。

3.3 结合先进实验仪器开发定量实验 目前高中生物学实验主要在培养学生的实验观察和实验操作能力培养，而定量实验开展得比较少，为提升学生科学探究能力，应多开展定量实验。定量实验的开展需要实验仪器对实验数据进行采集，如分光光度计、传感器等，教师可以考虑利用先进实验仪器改进或开发更多的定量实验。

3.4 将信息技术与定量实验相结合 定量实验开展的同时应该重视学生利用计算机对实验数据的处理和分析，长期坚持可以培养他们通过实验数据得出实验结论的能力，对实验误差的分析可以培养他们严谨的科学思维。此外，还应该重视培养学生利用计算机进行文献查阅、资源搜集的能力，这样能够培养他们结合文献提出科学问题能力的培养。

3.5 开展多元化定量实验教学 综合实践课程班级人数少，教师可拟定一个定量研究主题，如“叶绿素定量研究”，可结合学生兴趣和能力，鼓励开展多课题的自主实验。此外，为了面向全体学生开展定量实验，可以考虑将两节常规课合并为一节课开展定量实验教学。