“綠葉中色素的提取和分離實驗”教學(xué)案例

本節(jié)課涉及許多探索實驗。在實驗操作方面，學(xué)生已經(jīng)能進行研磨、過濾等操作，但紙層析法是首次進行。另外，由于學(xué)生缺乏對基粒微觀結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識，且實驗涉及到物理（光學(xué)）、化學(xué)知識，學(xué)生對理解色素吸收色光，掌握有關(guān)化學(xué)試劑的使用方法與技巧，可能存在一定的難度。

1 教學(xué)過程

1.1 課前選題階段

根據(jù)高中學(xué)生的知識儲備和實驗?zāi)芰Φ膶嶋H情況，教師和學(xué)生共同查閱資料，一起設(shè)計實驗“菜單”（表1），并把全班分成10個小組（每4人為一組），推薦一位學(xué)生為組長負(fù)責(zé)本組實驗的組織和實施。小組共同討論，從實驗“菜單”中選出本組想做的實驗，查閱資料，設(shè)計實驗方案（表2），由組長填寫生物實驗通知單（表3）。

1.2 課堂實施階段（即課堂教學(xué)）實錄

1.2.1 教師課堂演示實驗

師：太陽光中有能量，人類制造出太陽能電池板可以捕獲其中的能量并轉(zhuǎn)化為電能。同學(xué)們，綠色植物也能捕獲并轉(zhuǎn)化太陽光中的能量，那么，綠葉中通過什么物質(zhì)或結(jié)構(gòu)捕獲并轉(zhuǎn)化光能呢？下面，我們來做一個實驗，研究綠葉中含有幾種色素和學(xué)習(xí)色素提取和分離的方法。

（1） 實驗原理：

① 有機溶劑丙酮（或無水乙醇）提取綠葉中的色素（因為綠葉中的色素能夠溶解在其中，而不能溶解在無機溶劑如水中）。

② 層析液使提取的色素在濾紙上進行層析時，能把原本混雜在一起的光合色素分開（不同的色素在層析液中的溶解度不同，在濾紙條上的擴散速度不同，這樣，最終不同的光合色素會在擴散過程中被分離開來）。

（2） 方法步驟（教師做演示實驗并適當(dāng)講解，此過程略）。

（3） 演示實驗后，學(xué)生的疑問總結(jié)：

① 提取綠葉中的色素時：加入SiO2和CaCO3的目的分別是什么？為什么要用棉塞將試管口塞嚴(yán)？

② 制備濾紙條時：制備濾紙條時要注意什么？

③ 畫濾液細(xì)線時：細(xì)線如果畫得過粗、過淡或不直，對實驗結(jié)果有何影響？

④ 分離綠葉中的色素時：層析液加入過多，淹沒了濾紙條上的濾液細(xì)線，對實驗結(jié)果有何影響？

1.2.2 學(xué)生進行分組實驗操作

學(xué)生以小組為單位，根據(jù)課前的預(yù)習(xí)和教師的演示實驗進行上述實驗。教師引導(dǎo)學(xué)生分析實驗現(xiàn)象，并對實驗過程進行指導(dǎo)。

1.2.3 以小組為單位，每一組選出一位代表進行本組實驗小結(jié)（略）

教師總結(jié)：綠色植物的光合作用是在葉綠體中進行，葉綠體是由外膜、內(nèi)膜、基質(zhì)和基粒幾部分組成，通過剛才葉綠體中色素的提取和分離實驗可知，葉綠體中的色素主要有以下兩大類四種：類胡蘿卜素（胡蘿卜素和葉黃素）和葉綠素（葉綠素a和葉綠素b）

1.2.4 對學(xué)生課前的選題探究實驗的設(shè)計進行再指導(dǎo)

根據(jù)課堂實驗操作過程，并結(jié)合對本實驗的認(rèn)識，對課前自己的選題探究實驗設(shè)計進行再設(shè)計。教師進行適當(dāng)指導(dǎo)。

1.3 課后探究階段

學(xué)生對所選實驗課題的再設(shè)計，遵循更科學(xué)、更嚴(yán)謹(jǐn)、更簡潔、更節(jié)約的原則，進行課外實驗探究。

2 實驗結(jié)果

全班共分為10個小組。

（1） 在課堂分組實驗時，有6個小組能夠得到預(yù)期的實驗現(xiàn)象；

① 綠葉中光合色素種類：濾紙條上出現(xiàn)了4條比較明顯的色素帶。

② 綠葉中光合色素的含量：濾紙條上藍(lán)綠色的色素帶最寬，說明葉綠素a的含量最多，其次是葉綠素b，再次是胡蘿卜素，最少的是葉黃素。

③ 綠葉中光合色素的擴散速度：由于濾紙條從上到下依次是橙黃色、黃色、藍(lán)綠色和黃綠色，說明胡蘿卜素的擴散速度最快，其次是葉黃素，再次是葉綠素a，擴散速度最慢的是葉綠素b。

（2） 在課后探究實驗時，學(xué)生通過實驗設(shè)計的再設(shè)計，共選擇了4個方向進行了探究，并得出了以下結(jié)論：

① 研磨劑代用品的研究：有小組用粗河沙代替石英砂，發(fā)現(xiàn)比石英砂的研磨效果更好（同等條件下，色素帶更寬、色素顏色更深），但用細(xì)河沙的研磨效果則不如石英砂的效果好。實驗結(jié)論是：在提取綠葉中色素時，可以使用粗河沙代替石英砂進行研磨。

② 層析液代用品的研究：有小組用92號汽油做層析液，發(fā)現(xiàn)效果不如按照實驗要求配制的層析液效果好（同等條件下，色素帶寬度幾乎沒有變化、只是色素顏色稍微變淺）。實驗結(jié)論是：在分離綠葉中色素時，可以使用92號汽油作為層析液，但效果略差一點。

③ 過濾裝置的對比研究：有小組用雙層醫(yī)用紗布、單層醫(yī)用紗布、干燥濾紙和尼龍布做對比，發(fā)現(xiàn)效果雙層紗布>尼龍布>單層紗布>干燥濾紙（幾乎無色素帶出現(xiàn)）。實驗結(jié)論是：在提取綠葉中色素時，可以使用雙層醫(yī)用紗布進行過濾，但不能使用干燥濾紙進行過濾。

④ 色素提取裝置的對比研究：在該小組用試管裝層析液（用棉花當(dāng)塞子）與燒杯裝層析液（用培養(yǎng)皿做塞子）進行實驗效果的比較，發(fā)現(xiàn)同等條件下濾紙條上色素帶的寬度和顏色幾乎沒有任何差別。實驗結(jié)論是：在分離綠葉中色素時，可以使用試管（加棉花塞子）來代替燒杯（加培養(yǎng)皿蓋子），不影響實驗效果，好處在于能夠節(jié)約層析液，節(jié)約資源，保護環(huán)境。

3 教學(xué)反思

通過該實驗，學(xué)生對實驗原理、實驗材料、實驗藥品、實驗現(xiàn)象等都有了比較深入的認(rèn)識，很好地實現(xiàn)了該實驗教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)。本實驗設(shè)計中的最大亮點在于：教師在課前列出了部分實驗菜單，供學(xué)生進行自主選擇并提前準(zhǔn)備，不同的實驗小組因選擇的實驗菜單不同，探究的方向也不同，探究的結(jié)果也不盡相同。這不僅激發(fā)了學(xué)生的興趣，開闊了學(xué)生的視野，拓展了實驗的廣度和深度，在一定程度上克服了傳統(tǒng)實驗探究方向單一、探究目的單一、探究過程單一、探究結(jié)果單一的問題。同時，通過探究實驗儀器和實驗用品的選擇，也強化了學(xué)生節(jié)約、環(huán)保的意識。

參考文獻：

[1] 朱正威、趙占良.生物1·分子與細(xì)胞[M].人民教育出版社：北京，2012.

[2] 朱正威、趙占良.生物1·分子與細(xì)胞教師教學(xué)用書[M].人民教育出版社：北京，2012.

[3] 汪忠.生物1：分子與細(xì)胞[M].江蘇教育出版社：南京，2013

[4] 汪忠.生物1：分子與細(xì)胞教學(xué)指南[M].江蘇教育出版社：南京，2013.