實驗是用于驗證一個假說有效性的一種測試過程。中學實驗往往是驗證性實驗,因此在實驗教學中,教師往往特別關注學生實驗操作的規范性,避免學生嘗試“失敗”。然而學生對實驗失敗之處往往刻骨銘心,記憶深刻,而學生實驗失敗的原因往往是由于不注重細節造成的。因此老師先讓學生嘗試失敗的實驗,然后指導學生規范實驗,讓學生對照總結,有助于學生鞏固所學知識,培養他們分析問題和解決問題的能力,促使學生養成注重細節的習慣。本文以“葉綠體中色素的提取和分離” 實驗為例介紹學生不注重實驗細節可能導致的該實驗失誤。
1、提取色素液操作的實驗細節
提取色素液操作時,方法欠妥,濾液黃綠色,濃度稀,實驗效果欠佳,只有深綠透明的濾液,才能達到好的分離效果。
(1)綠葉材料選用不當,有關資料上介紹的綠葉材料,不都是效果最優的,不能盲從。學生如選用老葉、革質、蠟質的葉片,就難以研磨充分。應當選老嫩適中且濃綠的葉,如:菠菜、青菜的葉。
(2)學生所選葉片剪得不碎,加之研磨不充分。實驗操作時,應當盡可能剪碎葉片,可把幾張葉片疊放一起,先剪成絲,再一起橫著剪碎,這樣省時省力。加入少許SiO2,CaCO3且迅速充分研磨,120轉左右,使研磨液呈勻漿狀為好,這樣各種色素才能充分溶解在提取液里(丙酮或無水乙醇)。
(3)學生在過濾時,漏斗基部放的脫脂棉太多(或“尼龍布”不是單層)。過濾時,使用脫脂棉應盡可能少,便于得到深綠色的透明濾液,能阻擋住葉渣即可。切忌用過濾紙過濾,否則色素被吸收,降低濾液中色素的濃度。
(4)學生加入提取液過多,導致濾液中色素含量低。
2、濾液不純
提取液含有過多的雜質或變質,會嚴重影響實驗結果。
(1)學生葉片表面含有水珠或葉片內含水量過高,降低提取液對色素的抽提效率,且影響層析。學生沒有注意到老師用吸水紙或脫脂棉擦去葉片表面水珠,不用過嫩的葉,必要時加少許脫水劑硫酸鈉。
(2) 研磨時加入二氧化硅的目的是為了研磨得充分,更有效地破壞細胞結構;但由于二氧化硅是特別細的白色粉末,再加上控制不好用量,易過量,使濾液中含有較多的二氧化硅,而導致濾液顏色變淺。濾液中雜質越多,實驗現象越不明顯。有實驗證明,改用白細河沙(洗凈干燥后用)代替二氧化硅粉末,這樣研磨更充分,濾液中減少了雜質的含量,顏色變得深綠,實驗效果明顯。
(3)學生發現提取的葉綠素是褐色的,仔細檢查發現原來濾液存放時間過長,光線和空氣的作用,緩慢的有機反應,將溶解的色素破壞,溶液變為褐色,即葉綠素卟啉環中的鎂可被H+或Cu2+所取代。液泡膜破裂流出的鞣酸、草酸等有機酸產生的H+置換了葉綠素中的鎂后,形成褐色的去鎂葉綠素。
3、定性濾紙不合要求
學生不小心定性濾紙置于空氣中,已吸濕,有皺折,或被手弄臟,影響層析。簡便易行的做法是放在酒精燈火焰上方快速烘干。平時注意用塑料袋封存,隨用隨取。
4、濾液線畫得過細
畫好濾液線既是實驗的難點,又是實驗的關鍵,否則現象不明顯。
(1)學生濾液線畫得不勻實。原人教版教材上講越細越齊效果越好,新老教材上都講畫濾液細線,極易產生誤導。導致學生畫的濾液線過淺,線上色素量太少,其實最關鍵的是畫線后綠色較深。正確操作應該是每畫一次、用電吹風吹干,可重復幾次,便于積累色素成分,力求深、齊、勻,線粗1~2mm,可用醫院驗血時用來吸血的毛細吸管畫。
(2)學生濾液線畫得距濾紙剪角端太近,這樣易使色素溶解于層析液中,不能在濾紙條上向上擴散。正確做法是距剪角端1.5cm處畫線,層析速度適中,效果最佳。
5、層析操作欠妥
層析過程中,學生把劃好細線的濾紙條插入層析液中,為加快色素在濾紙條上的擴散而不斷搖晃,造成濾紙條與沾有層析液的燒杯內壁緊貼,色素只有部分溶解。這樣,可將濾紙條畫線端朝下,輕輕地插入到層析液中,濾紙條斜靠著燒杯內壁。此外,燒杯中層析液的量以約1cm高為好。分組實驗時,層析液可重復使用,前一組學生實驗結束后不可洗燒杯,否則燒杯內壁有水,會影響后一組學生實驗效果。
實驗過程中應該培養學生規范做實驗記錄的習慣,盡可能記錄所有的事情。實驗過程中盡力記下實驗的內容,特別是實驗的細節。對實驗數據進行分析,特別是當實驗不成功時,更要仔細分析,總結經驗教訓。
總之,在進行該實驗時,應規范實驗操作程序,培養學生嚴謹作風,養成注重實驗細節的習慣。嚴格挑選配制層析液的配方,抓住實驗的難點畫濾液線和層析操作,仔細觀察,深刻理解色素分離的內涵,才能走出實驗的誤區,獲得濾紙條上出色的展現四條不同色素帶的明顯實驗效果。