中日教材“与光合相关探究实验”的比较研究和启示

李素婷

（广东省佛山市高明区沧江中学 广东佛山 528500）

光合作用是植物体重要的新陈代谢过程，该内容在各国教材中都占有重要的位置。日本现行中学生物学教材对探究实验非常重视，具有可操作性强、设计详细并附上详细解说、注重实验的拓展等优点。因此，下面以我国人教版高中生物学教材《必修1分子与细胞》（以下简称人教版）和日本现行高一生物学教材《生物基础》（以下简称日本教材）中光合作用相关实验为例，并进行对比研究，希望能为实践教学、第二课堂实践活动设计等带来启示。

1 日本教材中“与光合相关探究实验”案例分析

1.1 观察叶绿体

该实验的目的是验证植物除了绿叶，其他绿色的部分是否具有叶绿体，其他非绿色的蔬菜是否具有叶绿体。教材提供的实验材料有：不同颜色彩椒、豌豆。分别观察红椒、黄椒、橙椒、绿椒、豌豆的横切面和绿椒、豌豆的表皮，观察结果图略。结果说明：绿色彩椒在它表面位置的细胞可以发现很多叶绿体，但是内侧的大细胞的叶绿体不像外侧那么密集。豌豆也能看到叶绿体，而且去掉表皮观察的话可以观察到气孔。红色黄色橙色的彩椒没有发现叶绿体，但是可以发现跟叶绿体一样大小的红色和黄色微小颗粒。设问1：红色和黄色颗粒到底是什么？请利用网络和词典调查。

1.2 各种各样的果实的光合作用

1.2.1 假说的设定

已经知道植物体的绿色部分是存在叶绿体的，如果是有叶绿体的话，即使不是叶子也可以发生光合作用吗？或者像红色跟黄色的彩椒那样有着绿色以外的色素材料也可以进行光合作用吗？设定以下假说进行实验验证：光合作用是在有叶绿体的植物中进行的。

1.2.2 准备

红椒、绿椒、黄椒、豌豆、菠菜、12根试管，试管架，橡胶塞，pH指示剂（百里酚蓝和酚红）等。

1.2.3 操作

首先往12根试管底部注入pH指示剂1 mL，然后把材料（宽度刚好塞进试管，各两根），注意不要碰到指示剂，塞进试管并用橡胶塞把它塞住，最后准备没有放材料只注入pH指示剂的两根试管。放入同样材料的两根试管其中一根用铝箔包住，把全部试管置于试管架，给予光照。设问2：准备用铝箔卷起来的试管和没有放入材料的试管的作用是什么？另外，为什么还要把菠菜叶作为实验的对象？

1.2.4 结果

在光照40 min后，以没有放入任何材料的pH指示剂为对照指标，对比各个试管的pH指示剂的颜色，并做好记录。结果显示，放入材料的试管中，用铝箔包住的试管全部变成黄色，而没有用铝箔包住的试管pH指示剂颜色变化为：绿椒是红黄色，红椒、黄椒变成了黄色，豌豆和菠菜变成了红紫色。

1.2.5 考察

用铝箔纸包起来的试管，指示剂的颜色都是黄色，可以认为是通过呼吸作用放出二氧化碳。受到光照的菠菜和豌豆变成了红紫色，可以认为它在进行剧烈的光合作用，绿椒几乎没有发生颜色变化，但用铝箔包着的同样的材料却变成了黄色，与暗条件相比，二氧化碳被吸收了。红椒和黄椒的试管指示剂是黄色，可以认为它释放了二氧化碳，没有进行光合作用。由以上结果可以得出，虽然光合作用强度会不一样，但具有叶绿体的植物是可以进行光合作用的。

1.2.6 拓展

可以用煮过的材料或者发生变化的植物进行实验，确认该结论是否正确。

1.2.7 附录（设问答案）

设问1：红椒黄椒里所看到的微小颗粒是有色体，有色体里面包含了黄色、橙色的色素。叶绿体和有色体统称为色素体，是有着共同起源的细胞小器官。

设问2：准备用铝箔卷起来的试管是为了对照观察验证由于“光”的影响而产生了颜色变化。另外，也可以把放入同样材料的试管放在暗处以达到同样的目的。但是，这样设置场所的条件就发生了变化，所以我们推荐用铝箔卷住试管这个方法。而准备不放入材料的试管是为了对照观察验证由于“植物体”的有无而产生了颜色变化。另外，对菠菜进行实验是和“叶”的结果进行比较。

2 比较和启示

分析以上案例，日本教材“与光合相关探究实验”与人教版有相通的地方，都致力于通过实验掌握光合作用发生的场所、色素种类、物质变化等重要概念。但是教材编排、实验设置、设计思路、实验材料、二氧化碳检测试剂等都有很大的不同（表1）。

表1 中日教材“与光合有关实验”比较

教材编排上，日本教材“与光合相关探究实验”涉及的知识内容比较多，统一放置在第一章章末位置，需要连续2个课时完成。第一个基础实验对学生的思维和操作要求不高，鼓励学生自主查阅文献并结合已学知识提出各种假说，再设计第二个要求较高的探究实验，让学生经历设计并实施实验，分析实验数据，对假说进行验证的过程。若假说不成立，可以修正后再做实验。在开展第二课堂实验或者课题研究时，教师可以参考日本教材的实验探究模式对教材原有的实验进行有效整合。这种实验难度层层递进且实验之间联系紧密的探究模式符合高一学生的认知规律，充分尊重学生之间的个性化差异。

在实验材料的选择上，人教版以绿叶（菠菜叶、黑藻叶等）为主，笔者尝试从市场购买不同颜色的彩椒进行观察实验，发现操作简单，颜色对比明显，可有效观察到叶绿体、气孔和其他的有色颗粒（图1）。在开展光合作用相关实验时，教师可以借鉴采用。多样化的实验材料可以发散学生的思维，激发学生的思考，提高实验课堂的思维含量。

图1 绿椒（左）、红椒（中）、黄椒（右）的显微观察图

日本教材使用的百里酚蓝和酚红的混合检测试剂检测植物生活环境二氧化碳的变化，该pH指示剂的溶液正常情况下是呈现红黄色的，随着二氧化碳增加变成黄色，随着二氧化碳减少变成红色，甚至红紫色。但是这种试剂在我国普通中学生物学实验室并不普及，笔者尝试网购这种试剂重复日本教材的实验，难以在40 min内出现预期的实验结果，并没有想象中灵敏和明显。

进行教材对比，目的不是分出孰优孰劣，而是在对比中结合教学实情，取其精华尝试与实践教学相融合，优化原有的实验设计，达到更好的教学效果。