优化实验细节 提高学生实验的成功率

福建

《绿叶中色素的提取和分离》实验是人教版生物教材必修1中学生必做的分组实验。实验的目的是让学生通过实验来证明绿叶中含有4种能进行光合作用的色素（本文中的色素专指叶绿体内的光合色素，不包含叶绿体外液泡内的花青素等）。实验方法是采用研磨法来提取绿叶中的4种色素，并通过纸层析法来分离绿叶中的4种色素。但是，在实际操作过程中，大多数学生的实验结果：要么是2条色素带（即叶绿素a带和叶绿素b带），要么是3条色素带（即多了一条叶黄素带），能得到4条色素带（即还有一条胡萝卜素带）的结果是比较稀少的，这是本实验教学中普遍存在的突出问题。我校学生曾经也常常遇到这个问题，经过不断的探究，发现原来是在实验过程中忽视了一些细节，直接影响到实验结果，于是针对这些细节进行剖析，改进创新，终于实现了大多数学生都能得出4条色素带这一结果（即证明了绿叶中含有4种色素），并且颜色鲜艳、色素带明显（即证明了绿叶中4种色素的含量）。实验的成功其实很简单，就是学生既能按照教材上说明的方法步骤认真操作，又能领悟并掌握实验的注意事项，特别是要重视并做好相关细节的操作。具体例谈如下。

一、在精挑细选实验材料中把握好细节

实验材料及实验方法在很大程度上决定着实验的成败，选好了实验材料就迈出了实验成功的第一步。为此，笔者梳理了改进实验材料的经验，对实验材料进行精挑细选，把握好相关细节。

1.实验材料的选择

新鲜绿色的菠菜叶是作为本实验材料的首选，它富含色素且便于研磨，但是含水量较多。平时从菜市场上买回来的大多数菠菜已被菜农用清水浸泡2～3个小时，菜叶看似新鲜、硬挺、翠绿，其实含水量非常多，容易腐烂，实验前必须要进行干燥处理以减少其含水量，这样可提高色素提取液的浓度进而提高实验的成功率。

2.实验材料的“四不用”

不是所有新鲜绿色的叶片都能选用为实验材料，有些绿叶就不是理想的实验材料。①鲜绿诱人的扶桑、木槿等植物的绿叶不用。原因是它们的叶表皮含有蜡质层，叶片里含有一丝丝白色的粘液质。叶片不但很难研磨，而且很难提取到色素提取液，更谈不上提取到好的墨绿色的色素提取液，实验效果差。②甘薯、榕树、橡皮树等植物的绿叶不用。原因是它们的叶片内含有较多白色的乳汁，色素提取液颜色淡黄，浓度低，实验效果差。③莴苣、芹菜等植物的绿叶不用。原因是它们的色素提取液容易发生褐色变化，导致实验效果差。④四季海棠、一品红等植物的红叶不用。原因是它们的叶中花青素含量较多，光合色素含量相对较少，且花青素会影响色素的分离效果，实验效果不理想。

3.实验材料的优化

实验材料要及时做好干燥处理。从菜市场上买回来的菠菜或采集而来的绿叶首先要剪去叶柄和粗叶脉，再将叶片进行干燥处理，如晾干、晒干或在45～70 ℃的烘干箱中烘干。要特别注意，干燥处理的时间越短越好。若处理时间长了，绿叶中的叶绿素a和叶绿素b容易被破坏分解，导致原来的绿叶变成了浅绿色叶或黄叶。

“良好的开端是成功的一半”，学生选对了实验材料就等于实验成功了一半。

二、在精简整编实验操作中优化细节

平时，教师在实验课教学中有关绿叶研磨的实验步骤编排存在不尽人意的地方，若能进行相关细节的改进，可大大提高实验的成功率。

1.原实验操作存在不足

省一级达标校要求采用2人一组研磨法来提取绿叶中的色素。但用研钵来研磨绿叶的声音很吵；绿叶研磨不充分，色素提取液的浓度不高，实验效果就不是很理想。

2.原因分析

好的实验结果是出现4条色素带，它是由色素提取液的浓度来决定的，而色素提取液是绿叶经过研磨提取而来，所以绿叶的研磨是实验成功的关键。绿叶的研磨需要迅速、充分，在这过程中学生很容易出现手臂酸麻，导致不再认真研磨、马虎应付。若是女学生，可能研磨效果就更差了。因为不充分的研磨不能使叶绿体的双层膜破裂，色素不能释放出来（在显微镜下，可以观察到一个个绿色椭圆形的叶绿体仍然完好存在，色素还是被叶绿体的双层膜包裹住），所以即使色素提取液看似绿色，但浓度低，导致色素分离的结果不是很理想。

3.实验操作细节的优化

学生画滤液细线所用的色素液只需3～5滴高浓度墨绿色的滤液就可以了，所以不必要求每组学生都研磨提取一份3～5 mL色素液。笔者把原来的“2人一组研磨法”改为“8人一组研磨法”来提取色素，就是由8个学生组成一个绿叶研磨组，每个学生只需要研磨3～4 min，加起来就是30 min左右，足以把绿叶磨烂成叶泥（即细腻颗粒状），然后将叶泥进行过滤就可以得到优质的墨绿色色素液，使色素分离的实验结果中出现清晰的4条色素带（即证明了绿叶中含有4种光合色素，达到了实验成功的目标，成就了“巧妇好为优米之炊”的喜悦）。

4.操作细节改进后的优点

绿叶和研磨仪器的用量仅仅是原来的四分之一；研磨绿叶的噪音缩小了4倍；色素提取效率大大提高；色素提取液浓度大大提高；实验成功率大大提升。

“磨刀不误砍柴功”，在实验操作过程中，既要掌握实验步骤整个脉络，又要做好每一个细节，才能有事半功倍的实验效果。

三、在精剖细析实验结果中反思细节

“失败是成功之母”，若实验不成功，只要凭借科学思维，便能剖析原因，想出解决问题的方法，然后再进行改进创新，直至实验成功。笔者针对成千上百个学生的各种实验结果，精心剖析实验不成功的各种因素，并采取对应的细节优化，促使实验成功。具体如表所示：

续表

“细节决定成败”，在实际实验课的教学过程中，学生遇到实验效果不满意的情况时，教师要引导学生实事求是，依据原理，秉承“精工细作、精益求精”的理念，积极探究，特别是要认真地剖析问题，找出原因，分析、优化细节，最终达到实验成功的目的；从而培养学生运用科学思维，勇于科学探究和敢于质疑、敢于抗挫的能力，提高学生学科核心素养。