中日教材“與光合相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)”的比較研究和啟示

李素婷

（廣東省佛山市高明區(qū)滄江中學(xué) 廣東佛山 528500）

光合作用是植物體重要的新陳代謝過(guò)程，該內(nèi)容在各國(guó)教材中都占有重要的位置。日本現(xiàn)行中學(xué)生物學(xué)教材對(duì)探究實(shí)驗(yàn)非常重視，具有可操作性強(qiáng)、設(shè)計(jì)詳細(xì)并附上詳細(xì)解說(shuō)、注重實(shí)驗(yàn)的拓展等優(yōu)點(diǎn)。因此，下面以我國(guó)人教版高中生物學(xué)教材《必修1分子與細(xì)胞》（以下簡(jiǎn)稱人教版）和日本現(xiàn)行高一生物學(xué)教材《生物基礎(chǔ)》（以下簡(jiǎn)稱日本教材）中光合作用相關(guān)實(shí)驗(yàn)為例，并進(jìn)行對(duì)比研究，希望能為實(shí)踐教學(xué)、第二課堂實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)等帶來(lái)啟示。

1 日本教材中“與光合相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)”案例分析

1.1 觀察葉綠體

該實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jié)果圖略。結(jié)果說(shuō)明：綠色彩椒在它表面位置的細(xì)胞可以發(fā)現(xiàn)很多葉綠體，但是內(nèi)側(cè)的大細(xì)胞的葉綠體不像外側(cè)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(méi)有發(fā)現(xiàn)葉綠體，但是可以發(fā)現(xiàn)跟葉綠體一樣大小的紅色和黃色微小顆粒。設(shè)問(wèn)1：紅色和黃色顆粒到底是什么？請(qǐng)利用網(wǎng)絡(luò)和詞典調(diào)查。

1.2 各種各樣的果實(shí)的光合作用

1.2.1 假說(shuō)的設(shè)定

已經(jīng)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(fā)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(jìn)行光合作用嗎？設(shè)定以下假說(shuō)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：光合作用是在有葉綠體的植物中進(jìn)行的。

1.2.2 準(zhǔn)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(lán)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(jìn)試管，各兩根），注意不要碰到指示劑，塞進(jìn)試管并用橡膠塞把它塞住，最后準(zhǔn)備沒(méi)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(shè)問(wèn)2：準(zhǔn)備用鋁箔卷起來(lái)的試管和沒(méi)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(shí)驗(yàn)的對(duì)象？

1.2.4 結(jié)果

在光照40 min后，以沒(méi)有放入任何材料的pH指示劑為對(duì)照指標(biāo)，對(duì)比各個(gè)試管的pH指示劑的顏色，并做好記錄。結(jié)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(méi)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(lái)的試管，指示劑的顏色都是黃色，可以認(rèn)為是通過(guò)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(rèn)為它在進(jìn)行劇烈的光合作用，綠椒幾乎沒(méi)有發(fā)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(rèn)為它釋放了二氧化碳，沒(méi)有進(jìn)行光合作用。由以上結(jié)果可以得出，雖然光合作用強(qiáng)度會(huì)不一樣，但具有葉綠體的植物是可以進(jìn)行光合作用的。

1.2.6 拓展

可以用煮過(guò)的材料或者發(fā)生變化的植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)該結(jié)論是否正確。

1.2.7 附錄（設(shè)問(wèn)答案）

設(shè)問(wèn)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(tǒng)稱為色素體，是有著共同起源的細(xì)胞小器官。

設(shè)問(wèn)2：準(zhǔn)備用鋁箔卷起來(lái)的試管是為了對(duì)照觀察驗(yàn)證由于“光”的影響而產(chǎn)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(dá)到同樣的目的。但是，這樣設(shè)置場(chǎng)所的條件就發(fā)生了變化，所以我們推薦用鋁箔卷住試管這個(gè)方法。而準(zhǔn)備不放入材料的試管是為了對(duì)照觀察驗(yàn)證由于“植物體”的有無(wú)而產(chǎn)生了顏色變化。另外，對(duì)菠菜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是和“葉”的結(jié)果進(jìn)行比較。

2 比較和啟示

分析以上案例，日本教材“與光合相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)”與人教版有相通的地方，都致力于通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握光合作用發(fā)生的場(chǎng)所、色素種類、物質(zhì)變化等重要概念。但是教材編排、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)材料、二氧化碳檢測(cè)試劑等都有很大的不同（表1）。

表1 中日教材“與光合有關(guān)實(shí)驗(yàn)”比較

教材編排上，日本教材“與光合相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)”涉及的知識(shí)內(nèi)容比較多，統(tǒng)一放置在第一章章末位置，需要連續(xù)2個(gè)課時(shí)完成。第一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的思維和操作要求不高，鼓勵(lì)學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)并結(jié)合已學(xué)知識(shí)提出各種假說(shuō)，再設(shè)計(jì)第二個(gè)要求較高的探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)假說(shuō)進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程。若假說(shuō)不成立，可以修正后再做實(shí)驗(yàn)。在開(kāi)展第二課堂實(shí)驗(yàn)或者課題研究時(shí)，教師可以參考日本教材的實(shí)驗(yàn)探究模式對(duì)教材原有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效整合。這種實(shí)驗(yàn)難度層層遞進(jìn)且實(shí)驗(yàn)之間聯(lián)系緊密的探究模式符合高一學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，充分尊重學(xué)生之間的個(gè)性化差異。

在實(shí)驗(yàn)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(chǎng)購(gòu)買不同顏色的彩椒進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)操作簡(jiǎn)單，顏色對(duì)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(kāi)展光合作用相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以借鑒采用。多樣化的實(shí)驗(yàn)材料可以發(fā)散學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的思考，提高實(shí)驗(yàn)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(lán)和酚紅的混合檢測(cè)試劑檢測(cè)植物生活環(huán)境二氧化碳的變化，該pH指示劑的溶液正常情況下是呈現(xiàn)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(guó)普通中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室并不普及，筆者嘗試網(wǎng)購(gòu)這種試劑重復(fù)日本教材的實(shí)驗(yàn)，難以在40 min內(nèi)出現(xiàn)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并沒(méi)有想象中靈敏和明顯。

進(jìn)行教材對(duì)比，目的不是分出孰優(yōu)孰劣，而是在對(duì)比中結(jié)合教學(xué)實(shí)情，取其精華嘗試與實(shí)踐教學(xué)相融合，優(yōu)化原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，達(dá)到更好的教學(xué)效果。