6绿叶中色素的提取和分离的实验教学设计

绿叶中色素的提取和分离的实验教学设计1．实验教学目标：（1）通过对色素提取原理的探究使学生理解提取色素的方法。（2）通过小组的探究实验掌握绿叶中色素的提取和分离的基本操作方法和注意事项；探索叶绿体中色素的种类和颜色。（3）通过小组对实验现象的汇报交流，加强学生之间的合作意识以及提高分析问题、解决问题的能力。2．实验内容（1）实验名称：绿叶中色素的提取和分离（2）实验原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。绿叶中的色素不止一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们在层析液中的溶解度不同：溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。（3）实验器材：研钵，玻璃漏斗，尼龙布，干燥的定性滤纸，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒（10ml），天平，铅笔，培养皿，无水乙醇，层析液（由20份石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。），二氧化硅和碳酸钠（以碳酸钠代替碳酸钙）。（4）主要实验材料的准备：准备洗净的油菜（实践中发现用油菜来代替教材中的菠菜四条色素带比较明显）；制作灯芯：滤纸圆棒3．实验教学设计思路“绿叶中色素的提取和分离”是人教版高中必修一的一个重要实验，该实验的重点是让学生学会进行绿叶中色素的提取和分离，难点是通过分离色素探究绿叶中色素的种类。但在学生实验中，常因实验原理不明、材料选择不当、研磨不充分、分离操作过程复杂等原因导致本实验要解决的重难点未能通过实验真正解决，实验效率因为实验结果的不理想大打折扣。因此针对该实验的几个关键之处，根据实验操作实践并参考相关文献进行了改进，有效提高了实验效果。本实验的教学设计思路具体如下：3.1改进实验原理的教学生物学实验原理是生物学知识高度的概括和应用，是实验教学设计的核心，在设计实验时教师必须做到心中有实验原理，并将实验原理作为实验教学设计的理论指导和实验分析的依据，这样实验课上才能在尽可能短的时间内让学生对原理有一个清晰的认识。然而，现在的实验课堂往往是教师向学生讲述（或者是学生自己阅读）实验原理，这种实验原理的教学方法导致很多学生即使做了实验，还是没有真正理解实验原理，教学效率低下。“绿叶中色素的提取和分离”这个实验，涉及提取和分离的原理，实验教学时如果在一开始就把两个原理一并出现，学生是不能理解的。实验教学时可将实验原理的分解，提取的原理放在学生进行提取色素之前进行处理（通过教师的色素提取原理的探究的演示实验视频来完成：在两个体积相同的小烧杯中，分别盛等量的清水和无水乙醇，将两块被相同菜汁污染的白布分别放入清水和无水乙醇中，用玻璃棒搅拌，边搅拌边观察白布上的污渍消失的情况。学生通过观察得出实验结论即实验原理：绿叶中的色素能溶解在无水乙醇中，所以可以用无水乙醇来提取绿叶中的色素）；分离的原理放在提取色素之后，通过问题：试管的滤液中含不同的色素，怎么将它们分离，依据的原理是什么呢？引入分离的原理。通过这种分解，绝大部分学生能较好、较快地把握实验原理。3.2改进提取和分离色素的操作色素提取是否成功是本实验能否顺利达成教学目标的关键。提取色素时因学生有时把握不好碳酸钙的用量，致使难溶于水的碳酸钙白色粉沫明显地残存于滤液中，影响实验效果。经过实验发现，碳酸钠同样具有保护叶绿素的作用，且有易溶于水的优点，故可用少许碳酸钠代替碳酸钙。色素提取的最后一步增加用丙酮进行萃取的步骤也就是过滤后在滤液中加入丙酮混合均匀后色素再次溶解，在上层的丙酮溶液中色素浓度会提高。分离实验中存在学生用毛细管画滤液细线即使沿着铅笔线画，有时也很难画直，又因毛细管的尖端不圆滑，有时还会把滤纸条画破；层析液分离时滤纸条在烧杯中容易贴壁、滤纸条上的滤液线与层析液接触过上或过下，导致实验现象不够明显等。笔者结合自己的生物实验教学实践对该提取和分离实验的方法和步骤做了一些改进。提取色素步骤的改进：因无水乙醇容易挥发，因此在研磨过程中10ml分两次加入（第一次在加入二氧化硅和少量碳酸钠后加入，量不要多，否则叶片会漂浮在无水乙醇中，不利于研磨，初步研磨后再次将剩余的无水乙醇加入再次研磨，并用丙酮进行萃取。见下图一）。图一分离色素方法的改进：教材中滤液细线的划线、纸层析液分离方法繁琐，不易操作。笔者将其进行了如下改进（见图二、图三）：①将一张干燥定性滤纸边缘剪取长２ｃｍ宽1.5ｃｍ的纸条卷成圆棒。②用吸管将研磨液滴在干燥的定性滤纸块中央。③用牙签将定性滤纸块滴有研磨液的地方穿一个小孔。图二④将卷成的滤纸棒插入定性滤纸块上的小孔中。⑤量取２ｍＬ层析液倒入的培养皿中。⑥将插入滤纸棒的定性滤纸块盖在盛有层析液的培养皿上，使滤纸块下的滤纸棒与表面皿中的层析液充分接触。几分钟后圆形定性滤纸的四种色素的颜色清晰、出现４个大小不一的同心圆而且色素含量明显的不同。这样做既节省时间、材料、用具且操作程序不复杂，改进后实验时只须滴加一滴色素滤液就会出现理想的实验效果且简单容易操作。克服了原实验中的不足达到了理想的实验效果。图三4实验教学过程4.1情境创设：本实验的教学笔者没有采用传统的验证性实验教学方法，在用视频展示实验小组同学提取色素的过程后，出示下列两个情境：情境一：出示实验前几天购买的波菜，有些叶片已变黄，有同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，也有同学则认为某些色素含量增加。给出任务：根据所学知识，你将如何设计实验来判断同学们的这两个观点是否正确？情境二：分别在A、B、C三个研钵中加5g剪碎的新鲜波菜叶，并按下表（表中“+”表示添加，“-”表示不加）所示添加试剂，经研磨、过滤完成下表的相关内容。⑴A处理得到的溶液颜色是___________，原因是___________。⑵B处理得到的溶液颜色是____________，原因是____________。⑶C处理得到的溶液颜色是______________，原因是_______________。4.2学生活动：讨论实验方案的设计并进行交流学生小组讨论，然后给小组同学汇报交流给出如下方案：从变黄的波菜中挑选出足量的、重量相等、大小相近的已变黄的叶片和尚未变黄的叶片为实验材料，在相同条件下，进行叶绿体色素的提取和分离实验。测定和记录实验结果，比较这两种叶片各种色素的组成及含量处理ABC少量二氧化硅＋＋＋少量碳酸钙－＋＋95%乙醇（10ml）＋－＋蒸馏水（10ml）－＋－后，得出结论。4.3实验过程实验过程中将全班学生分成四个实验小组，第一组完成情境二表格中的A处理，第二组完成B处理，第一组和第二组的材料均为新鲜的波菜叶；第三组和第四组完成C处理，但第三和第四组的材料是实验前几天购买的波菜（分别为已变黄的叶片和尚未变黄的叶片），实验结束小组交流。旨在通过这样的教学，让学生通过自己的探究掌握色素的提取的分离的相关正确操作以及叶绿体中色素的种类和颜色；并真正理解实验材料选择时为何要选新鲜的材料，以及实验过程中加碳酸钙和无水乙醇的作用。5.说明本实验是一个验证性的实验，但教学时将其设计为一个探究性实验，实验的教学效果显著提高。实验教学过程：首先用视频展示实验小组同学提取色素的过程，然后以两个情境导入教学，激发了学生的探究欲望。在小组讨论交流实验设计方案后，让学生自主实验，让学生在实验的过程中以及对实验结果的分析交流中体会色素分离的原理及色素的种类等相关知识。本实验教学的特色和创新：5.1首先是有关实验原理的教学：对色素提取原理的教学是通过播放演示实验视频来完成：在两个体积相同的小烧杯中，分别盛等量的清水和无水乙醇，将两块被相同菜汁污染的白布分别放入清水和无水乙醇中，用玻璃棒搅拌，边搅拌边观察白布上的污渍消失的情况。学生通过观察得出结论即提取色素的实验原理：绿叶中的色素能溶解在无水乙醇中，所以可以用无水乙醇来提取绿叶中的色素。这样的改进有利于学生对实验原理的理解。5.2对色素提取的改进因无水乙醇容易挥发，因此在研磨过程中10ml无水乙醇分两次加入（第一次在加入二氧化硅和少量碳酸钠后加入，量不要多，否则叶片会漂浮在无水乙醇中，不利于研磨，初步研磨后再次将剩余的无水乙醇加入再次研磨，过滤后在滤液中加入丙酮进行萃取，分离时取上层的萃取液即可（萃取液中色素浓度较高）。5.3对色素分离的改进传统的色素分离方法，学生操作比较困难：用毛细吸管画滤液细线不齐、不直，层析时层析液容易将滤液细线没入，导致实验现象不明显。改进后少了画滤液细线的步骤，只需在滤纸中央滴一滴滤液即可，层析时也避免了层析液没及滤液细线的担忧。