陳蓉　張鋒

摘? ?要：基于《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》，以“提取和分離素色素”為學(xué)習(xí)主題，描述了基于“情境創(chuàng)設(shè)”的模式下的生物教學(xué)設(shè)計(jì)，通過“情境創(chuàng)設(shè)”解決“實(shí)際問題”，從生物學(xué)的核心素養(yǎng)出發(fā)去研究情境化教學(xué)，是研究生物情境教學(xué)創(chuàng)新式的嘗試，也是貫徹課程標(biāo)準(zhǔn)宗旨的重要實(shí)踐。進(jìn)一步的研究通過“情境創(chuàng)設(shè)”如何促進(jìn)和發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：情境創(chuàng)設(shè)；核心素養(yǎng)；色素提取和分離

縱觀教育發(fā)展的歷程，教育從以教師為主體轉(zhuǎn)變成以學(xué)生為主體，教學(xué)目標(biāo)從對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)和技能的教授和培養(yǎng)，增加了“終身學(xué)習(xí)的能力與習(xí)慣”及“問題解決能力”的養(yǎng)成[ 1 ]。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版 2020 年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》）中也明確指出要引導(dǎo)教學(xué)更加注重育人目的，更加關(guān)注學(xué)生的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和形成，更多地聚焦在如何進(jìn)一步提高學(xué)生面對(duì)實(shí)際問題，結(jié)合自己的認(rèn)知去進(jìn)行解決的能力。因此培養(yǎng)問題解決能力是新時(shí)代教育的重要目標(biāo)[ 2 ]?！墩n標(biāo)》同時(shí)也在教材內(nèi)容的組織和呈現(xiàn)方式上要求教師應(yīng)當(dāng)重視情境的創(chuàng)設(shè)。

真實(shí)而又具體的問題情境是學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體。在生物教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂實(shí)踐中，創(chuàng)設(shè)基于真實(shí)情境的問題，將情境、探究、活動(dòng)和知識(shí)融為一體，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使得學(xué)生主動(dòng)地參與對(duì)知識(shí)的探索發(fā)現(xiàn)的過程，使 學(xué)生在解決問題過程中發(fā)展生物學(xué)科核心素養(yǎng)” 。情境教學(xué)要依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)而定，圍繞教學(xué)內(nèi)容展開，依托情境進(jìn)行問題設(shè)計(jì)和活動(dòng)設(shè)計(jì)，通過評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容的完成達(dá)到學(xué)習(xí)任務(wù)的完成，這就是筆者建構(gòu)如圖1所示的基于情境教學(xué)的模型。

1? 教學(xué)設(shè)計(jì)思路和目標(biāo)

1.1? 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

在《課標(biāo)》中本節(jié)的內(nèi)容要求為：說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲光能，課標(biāo)建議為了幫助學(xué)生達(dá)成對(duì)本概念的理解，提升學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)，應(yīng)開展提取和分離葉綠體色素的實(shí)驗(yàn)。教師嘗試從校園植物入手，用學(xué)生熟悉的植物、五彩斑斕的葉片激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，通過色素的提取和分離的實(shí)驗(yàn)提取這些葉片中的色素。運(yùn)用手持光柵呈現(xiàn)色素的吸收光譜，學(xué)生自己構(gòu)建知識(shí)去解決葉片顏色的問題，結(jié)合課本知識(shí)分析實(shí)際生活的問題（校園植物葉片顏色、胡蘿卜、莧菜顏色），最后再結(jié)合物理光學(xué)知識(shí)，分析海洋中的藻類習(xí)慣上分為綠藻、褐藻和紅藻，這與光能的捕獲有關(guān)系么？教材呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)本身也存在一些問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不佳，教師也進(jìn)行了改進(jìn)。

1.2? 教學(xué)目標(biāo)

（1）學(xué)會(huì)提取和分離葉綠體中色素的方法。

（2）分離葉綠體中的四種色素。

（3）利用色素吸收光譜解決生活實(shí)際問題。

2? 教學(xué)過程

2.1? 光合色素的提取和分離

【情境創(chuàng)設(shè)】 光合色素用酒精沸水浴、清水沸水浴和酒精浸泡的結(jié)果。

【解決問題】學(xué)生借助實(shí)驗(yàn)情境的呈現(xiàn)和教師一起分析提取光合色素的原理，以及色素的溶解性和紙層析法的過程，分析分離光合色素的原理。

【情境創(chuàng)設(shè)】 色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)視頻。

【解決問題】 通過比對(duì)教材原實(shí)驗(yàn)過程，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的環(huán)節(jié)，分析改進(jìn)的意義，以及實(shí)驗(yàn)的相關(guān)注意事項(xiàng)。

2.1.1? 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)點(diǎn)

（1）參考了浙科版教材對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的四種葉片都進(jìn)行了烘干（55 ℃ 10 h）、磨粉處理。粉末狀的材料可以使得提取的濾液更濃，色素更多。

（2）采用蓋玻片按壓的方式和按壓后電吹風(fēng)冷風(fēng)吹干的方式重復(fù)劃線10次，使得濾液細(xì)線細(xì)、直、齊。

（3）錫箔紙包裹燒杯口，用刀片在其上切割出2 cm寬的口子，將濾紙條插入其中，可以避免濾紙細(xì)線沒入層析液和觸碰到燒杯壁（如圖2）。

2.1.2? 實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)

（1）濾紙條帶需要剪去兩個(gè)角，因?yàn)閷游鲆涸诩垘н吘墧U(kuò)散速度比較快，內(nèi)部比較慢（因?yàn)闉V紙條帶邊緣有更多和空氣的接觸界面積，毛細(xì)作用較強(qiáng)）。因此需要減去濾紙條帶的兩角，防止條帶兩側(cè)滲透過快?！凹羧山恰笨梢詷?gòu)成一個(gè)梯形，平衡同一水平線上的水位上升速度，梯形的斜邊增大了接觸面積，這樣吸收慢的紙帶中心部分與吸收快的邊緣部分的速度大致相當(dāng)，色素就能分布更均勻了。

（2）濾液細(xì)線要?jiǎng)澋谩凹?xì)直齊”，可以防止色素帶重疊。使得色素分子均勻分布在一條直線上，做到擴(kuò)散起點(diǎn)一致。因此改進(jìn)方法中有重復(fù)劃10次左右。是為了增加濾液細(xì)線上的色素分子數(shù)量。使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯。

（3）濾液細(xì)線不能觸及層析液，如果層析液浸沒濾液細(xì)線，色素就會(huì)全部溶在層析液中了。

【學(xué)生活動(dòng)】 學(xué)生以小組為單位每組四位同學(xué)進(jìn)行菠菜、紅花檵木、銀杏黃葉、雞爪槭紅葉的色素提取實(shí)驗(yàn)并分析結(jié)果。

2.2? 學(xué)生興趣小組的實(shí)驗(yàn)分享。

【情境創(chuàng)設(shè)】 興趣小組展示菠菜枯葉、黃葉、綠葉以及莧菜葉片各種植物葉片的實(shí)驗(yàn)。分析興趣小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：菠菜綠葉、黃葉和枯葉，其中綠葉有四條非常明顯的色素條帶，而黃葉的顏色就只有一條細(xì)線了，根據(jù)顏色判斷是胡蘿卜素，而枯葉色素條帶幾乎就沒有顏色了，在提取莧菜色素發(fā)現(xiàn)葉綠素等四種色素和菠菜綠葉實(shí)驗(yàn)一樣出現(xiàn)了四個(gè)色素條帶，但是紫紅色色素卻沒有分離開來，這是因?yàn)榍{菜葉中的花青素是水溶性的，不溶于層析液，因此在層析液中其不會(huì)擴(kuò)散分離，反之會(huì)在水中擴(kuò)散層析。

【解決問題】在一張濾紙條帶上把兩種不同溶解性質(zhì)的色素分離開來要怎么做呢？

色素既有易于溶于有機(jī)溶劑的，也有水溶性的，把這個(gè)莧菜濾液通過重復(fù)打點(diǎn)的方式集中在某一個(gè)點(diǎn)，然后把濾紙片放在層析液中，發(fā)現(xiàn)層析出來四個(gè)顏色，然后把濾紙片轉(zhuǎn)動(dòng)90度，放置在蒸餾水中去跑色素帶。這樣通過兩種不同的層析溶液，把不同性質(zhì)的色素完全分離開來的方法就叫做雙相層析法（圖3）。

2.3? 手持光柵測(cè)定色素的吸收光譜

【情境創(chuàng)設(shè)】教師用手持光柵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定光合色素的吸收光譜：手持光柵顯示出七色光譜。

【解決問題】 葉綠素和類胡蘿卜素吸收光譜。

當(dāng)學(xué)生用自己提取的菠菜綠葉的提取液（稀釋5倍），發(fā)現(xiàn)紅光區(qū)和藍(lán)色光區(qū)大面積消失；使用胡蘿卜提取液（稀釋5倍），發(fā)現(xiàn)藍(lán)紫光區(qū)大部分消失；使用銀杏黃葉提取液（稀釋2倍），發(fā)現(xiàn)藍(lán)紫光區(qū)大部分消失。學(xué)生理解葉綠素吸收紅光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素吸收藍(lán)紫光。

2.4? 聯(lián)系生活實(shí)際

【情境創(chuàng)設(shè)】 校園里的植物在秋天五彩繽紛的，有黃色的銀杏、綠色的龍眼、紅色的雞爪槭和紫色的紅花檵木。

【解決問題】 為什么有的葉片呈綠色、有的呈黃色、有的呈其它顏色？

葉綠體的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光部分，對(duì)綠光部分幾乎是不吸收，所以葉片呈現(xiàn)綠色。秋天到來，氣溫逐漸轉(zhuǎn)涼，葉片產(chǎn)生的葉綠素越來越少。葉綠素合成速度落后于葉綠素的分解速度時(shí)，葉片中的綠色色素就開始減少。而類胡蘿卜素的分解速度遠(yuǎn)低于葉綠素的分解速度，因?yàn)轭惡}卜素主要吸收藍(lán)紫光，所以葉片反射出的光線是黃色的。如果類胡蘿卜素被單寧酸氧化破壞了，葉片就變成棕色。根據(jù)花青素、類胡蘿卜素在葉片中的含量差別，不同植物的葉片就會(huì)顯示出不同的顏色。這就是葉片五顏六色的原因。

【情境創(chuàng)設(shè)】海洋中的藻類習(xí)慣上分為綠藻、褐藻和紅藻，不同的海水層有不同的藻類。

【解決問題】 綠藻、褐藻和紅藻與光能的捕獲有關(guān)系么？

光子能量E=hν，光速c =λν則：ν=c/λ，E=（h c）/λ即波長(zhǎng)越短，光子的能量越高。所以到達(dá)深層的水層短波的光比較多。不同顏色的藻類吸收不同波長(zhǎng)的光，所以吸收紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布在海水的淺層，吸收藍(lán)紫光和綠光較多的紅藻分布在海水較深的位置。

3? 學(xué)生評(píng)價(jià)

本課堂采用小組合作的方式，每組四位同學(xué)，每位同學(xué)需要完成一種材料色素的提取，四種材料的比對(duì)就會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)果是略有不同的。在實(shí)驗(yàn)的過程中小組同學(xué)之間互相幫助、互相評(píng)價(jià)，這就生成了過程評(píng)價(jià)，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果由教師收集上來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。這兩塊部分加在一起給每位學(xué)生一個(gè)總體的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)不是目的而是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的一種手段，借助評(píng)價(jià)讓學(xué)生關(guān)注學(xué)習(xí)的過程，促進(jìn)情境的落實(shí)和生物學(xué)科素養(yǎng)的達(dá)成。

4? 教學(xué)反思

4.1? 情境創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生化文字為真實(shí)的生活構(gòu)建生命觀念

情境創(chuàng)設(shè)從學(xué)生身邊的熟悉的“實(shí)際問題”入手，大大點(diǎn)燃了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，這種學(xué)習(xí)方式幫助學(xué)生有效地掌握知識(shí)，靈活地運(yùn)用知識(shí)去解決問題。案例從身邊熟悉的“五顏六色葉片”入手，讓學(xué)生用自己提取到的色素濾液結(jié)合物理的光學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)色素的吸收光譜，從身邊的生物入手，將觀察到的生命現(xiàn)象和學(xué)習(xí)到的知識(shí)相互關(guān)聯(lián)起來構(gòu)建生命觀念，通過建構(gòu)知識(shí)解決問題，在真實(shí)情境中成為了知識(shí)的主人。

4.2? 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生將問題化為求知的動(dòng)力提升科學(xué)思維

通過創(chuàng)設(shè)情境和需要解決的問題，引導(dǎo)學(xué)生層層遞進(jìn)地理解知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)，尊重情境中的事實(shí)和證據(jù)。相對(duì)開放的實(shí)驗(yàn)氛圍能夠培養(yǎng)學(xué)生不斷運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣，同時(shí)培養(yǎng)不斷探索、勇于創(chuàng)新的精神。案例從葉片為什么五顏六色的呢？到為什么莧菜提取不到色素？再到色素的吸收光譜是怎樣的？最后到海洋中藻類為什么分層分布？每一個(gè)問題的設(shè)計(jì)都讓學(xué)生體會(huì)到知識(shí)在生活中“變現(xiàn)”，體會(huì)到知識(shí)的力量，提升學(xué)生的科學(xué)思維。

4.3? 實(shí)驗(yàn)中注重創(chuàng)新，讓學(xué)生化難為易，促進(jìn)科學(xué)探究

本實(shí)驗(yàn)按照書本的操作非常繁瑣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不盡如人意。通過相關(guān)步驟的改進(jìn)，色素更濃，濾液細(xì)線更直，操作也便捷，結(jié)果更明顯。這對(duì)學(xué)生是極大的鼓勵(lì)，每個(gè)小組都至少有一名學(xué)生參加了興趣小組的實(shí)驗(yàn)，提前分享了組員實(shí)驗(yàn)結(jié)果，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)熱情，在實(shí)驗(yàn)過程也能幫助組員們掌握實(shí)驗(yàn)技能。合作和互助的學(xué)習(xí)方式更能夠給學(xué)生在科學(xué)探究的路上提供有效的幫助。從已有的實(shí)驗(yàn)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題再探究；從已知的材料入手，從學(xué)生興趣再探究；從學(xué)生體驗(yàn)到興趣小組分享，都是在豐富學(xué)生探究的歷程。

5? 總結(jié)

教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)重視通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境來發(fā)展學(xué)生生命觀念、科學(xué)探究等的生物學(xué)科的核心素養(yǎng)?！墩n標(biāo)》所提倡的生物學(xué)教學(xué)是高度重視基于真實(shí)情境的問題探究，真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)在幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)的興趣、建構(gòu)相關(guān)概念、理解重要知識(shí)等方面是非常有效的。因此應(yīng)當(dāng)高度關(guān)注情境創(chuàng)設(shè)在課堂的使用，通過情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)不斷解決真實(shí)的問題，發(fā)展學(xué)生的生命觀念以及其他的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

在《課標(biāo)》的學(xué)業(yè)水平考試命題建議中也強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境、合理設(shè)問[ 2 ]。學(xué)生不是灌輸?shù)闹R(shí)的容器，沒有經(jīng)歷真實(shí)情境的學(xué)生不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生生物學(xué)科能力。生物課堂應(yīng)當(dāng)注重教師的情境設(shè)計(jì)，根據(jù)學(xué)生的解決問題和分析情境的能力，去評(píng)價(jià)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識(shí)和方法，去提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的關(guān)鍵能力和必備知識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 胡藝齡.基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的問題解決能力評(píng)價(jià)研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2016.

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2021年福州教育研究院課題：基于“情境-模型”雙向建構(gòu)的高中生物教學(xué)實(shí)踐研究（ FZ2021GH018）研究成果