“色素的提取和分離”一節的探究性教學

閆 立 李文穎

(安徽省宣城中學 242000)

1 教材分析

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中生物學教材中一個重要的學生分組探究實驗。本實驗由提取色素和分離色素兩部分構成，教材首先介紹了提取和分離色素的原理，然后詳細介紹了實驗的操作步驟。旨在學生通過探究實驗，掌握綠葉中色素的提取和分離的原理與方法，闡明綠葉中光合色素的種類和含量。筆者結合以往的教學經驗，對教學內容嘗試一些改動。除了提供菠菜作為實驗材料外，還準備了如莧菜、鴨跖草、紫甘藍等非綠色葉片實驗材料，同時鼓勵學生自帶實驗材料。學生依據原有知識可推測非綠色葉片除了含有葉綠體色素外還含有花青素類物質，這些花青素類物質主要存在于液泡中。那么如何提取和分離這些色素呢？帶著這一問題引導學生進行探究實驗。在進行探究之前，先介紹提取與分離色素的相關原理，以便在實驗時能夠做到有的放矢。葉綠體中的色素是脂溶性的能夠溶解在有機溶劑中，研磨時加入有機溶劑(無水乙醇)能夠將色素提取出來。利用四種色素在層析液中不同的溶解度(溶解度越大在濾紙條上的擴散速率越快)，將四種色素相互分離。花青素是水溶性的，在研磨過程中可加入少量水(也可不加，因為新鮮葉片含有一定量的水)，花青素在層析液中幾乎不溶解，但可以溶解于水，在濾紙條上擴散，可以用清水代替層析液將花青素分離。通過上述分析，本節的重點是掌握不同色素的提取和分離方法，闡明光合色素的種類和含量，嘗試解釋不同葉片顏色的差異。由于高一學生還沒有相關的有機化學知識，學生對如何提取和分離色素的理解存在一定的障礙，故色素提取和分離的原理是本節教學的難點。

2 教學目標

2.1 知識目標 掌握色素提取與分離的方法；探究光合色素與花青素的溶解特性；說出不同顏色葉片色素的種類和含量的差異。

2.2 能力目標 理解科學探究的一般流程，習得科學探究的方法與技能；通過對現象、結果的分析，提高學生獲取、處理信息的能力。

2.3 情感態度與價值觀目標 在探究過程中通過小組內與小組間的交流合作，分享探究結果體會探究的樂趣。

3 材料用具

新鮮綠色(菠菜、青菜)和非綠色(莧菜、紫甘藍)葉片，濾紙、研缽、漏斗、脫脂棉、毛細吸管、剪刀、試管、量筒、天平，層析液、無水乙醇、蒸餾水、石英沙、碳酸鈣等。

4 教學過程

4.1 創設情境，激起探究欲望 教師設計探究情境，引發學生產生質疑和問題，激起學生的探究欲望：①為什么葉綠體能利用光能將水和CO2轉化成糖類等有機物呢？② 葉綠體中的色素主要分布在葉綠體中的什么部位？③綠葉中除了葉綠體含有色素外，還有哪種細胞器含有色素(出示葉綠體、液泡圖片)？④葉綠體中的色素能穩定地分布在類囊體膜中，你能推出其溶解性有何特點？(引導學生聯系相關的知識理解色素可以溶解在有機溶劑中。同時，聯系初中實驗“酒精水浴脫色”幫助學生理解)⑤絕大部分的葉子都是綠色的，但也有一些非綠色葉子，即使同一片綠葉在不同的季節顏色也會有不同，針對此現象你能提出什么問題？(引起學生思考不同顏色的葉片或同一葉片在不同季節其色素的種類和數量可能不同，引出探究主題)

4.2 明確探究主題 選出具有代表性的問題，如“綠葉中除了葉綠素，是否存在其他色素”“綠色與非綠色葉片其含有的色素種類是否相同”作為探究的主題。引導學生思考如何提取和分離這些色素。對于如何提取和分離色素是本實驗的重點也是難點，為了能夠幫助學生更好的理解提取和分離色素的方法，教學時可列舉大量生活中的實例。例如，色素的提取可聯系初中“酒精脫色”的知識；花青素的提取與分離可以聯系學生較為熟悉的實例(如洋蔥外表皮細胞的液泡中含有大量的水分也含有花青素)。通過該實例的分析意在引導學生明確花青素是水溶性的，所以在提取和層析是都可以以水作為溶劑；學生明確了實驗原理后，參考教材上的實驗步驟進行實驗方案的設計。

4.3 設計實驗方案 小組設計實驗方案，鼓勵學生不要拘泥于教材，進行實驗方案的設計，完成表1。在鼓勵學生按照自己的實驗方案完成實驗的同時，教師給出參考方案(表2)：

表1 學生小組實驗方案設計表

表2 教師實驗設計方案參考表

(注：“+ ”、“-”分表代表添加和沒有添加)

4.4 實施實驗 教師講解所提供實驗方案的操作步驟及注意事項，同時引導學生思考:加入CaCO3的目的是什么？怎樣加快研磨的速度？畫濾液細線為什么要重復2～3次、為什么要細齊直？層析時濾液細線能否觸及層析液，為什么？(引導學生注意實驗的操作細節，明確每一步操作的目的，以便自己進行實驗時做到有的放矢)。

各小組按照自己設計的實驗方案獨立完成實驗。及時記錄實驗中所出現的問題及解決方法。教師巡視學生的實驗情況，對實驗中出現的問題進行答疑解惑。對于共性錯誤可在全班強調，使學生的操作能夠規范化。對學生可能出現的創新操作給予鼓勵和支持。

對于學生在實驗操作過程中所出現的問題，教師不要急于告訴學生答案，而是讓學生結合小組間的實驗進行比較分析，引導學生對于不同操作引起的不同現象深入思考討論，理解應該怎樣做，為什么這樣做。

4.5 分析實驗現象，得出探究結論 學生實驗結束后，各小組派代表展示本組實驗現象與結論，分析不同組別間實驗現象和結果不同的原因，嘗試對不同現象的原因進行分析。教師展示自己的實驗結果與學生比較。提取的過濾液：1號試管為深綠色；2號試管為淺綠色；3號試管為淺紫色；4號試管為深紫色(圖略)。層析結果為：濾紙條1可見4條色素帶，自上向下依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，畫線處為淺綠色；濾紙條2上端無色，畫線處為淺綠色；濾紙條3自上向下依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，畫線處為深紫色；濾紙條4上端為花青素，畫線處為淺綠色(圖1)。通過實驗結果分析得出光合色素的脂溶性特點和花青素的水溶性特點，通過4組的層析結果分析得出綠色和非綠色葉片色素種類的不同以及4種光合色素在含量上的差異。

圖1 4種濾液在不同條件下的層析結果

(注：濾紙條1可見4條色素帶，自上向下依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，畫線處為淺綠色；濾紙條2上端無色，畫線處為淺綠色；濾紙條3自上向下依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，畫線處為深紫色；濾紙條4上端為花青素，畫線處為淺綠色)

5 教學反思

探究活動要有明確的教學目標；要有值得探究的問題或研究任務；要有民主的師生關系和求真求實的氛圍。鑒于此本節教學增加了探究“莧菜等非綠色葉片色素的提取和分離”的活動，既明確了探究任務又提高了學生的探究興趣。通過和諧民主的課堂氛圍，鼓勵學生不要拘泥于教材，大膽創新，按照自己的實驗設計思路完成實驗。這樣做雖然不一定會出現理想的實驗效果，但是正是由于學生的親力親為，學生才會倍加珍惜，留下的記憶才會更深刻。