“綠葉中色素的提取和分離”實驗改進初探

鄭向明

[摘要]“綠葉中色素的提取和分離”實驗存在一些不足，在教學過程中應對其進行優(yōu)化改進，如將驗證性實驗設計為探究性實驗，將實驗的部分內容進行逆向改進等。改進后的實驗更重視課堂的生成，能夠更好地培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力，發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

[關鍵詞]綠葉中色素的提取和分離;實驗改進;核心素養(yǎng)

[中圖分類號]

G633.91

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（ 2020）23-0095-02

“綠葉中色素的提取和分離”實驗是人教版高中生物必修1第五章第四節(jié)《光與光合作用》中的內容，是高中生物的一個重要實驗，也是高考生物的高頻考點之一。另外，這個實驗的色素分離的實驗原理與選修1第五章中的“血紅蛋白的提取和分離”（凝膠色譜法、凝膠電泳法、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法）、第六章中的“胡蘿卜素的提取與鑒定”（紙層析法）的原理類似。但對于該實驗，教材設置為驗證性實驗，給出實驗原理、材料、方法、步驟等，常規(guī)的教法是先布置學生預習實驗，做實驗時教師把實驗過程講解一遍，然后讓學生按實驗流程操作。這樣的實驗學習不利于學生創(chuàng)新能力和探究能力的培養(yǎng).實驗過程更多的是告訴學生實驗現象和實驗結果，課堂缺少生成性的東西。長此以往，學生就會認為做實驗還不如背實驗、背實驗不如做練習題，進而對實驗操作不感興趣，實驗學習完全依賴到教輔資料。即便開展實驗，在實驗過程中學生也沒有自己的思想，無法自主分析和解決實驗過程中的問題，學生的思維被局限在相應的理論課程中，缺乏積極性和創(chuàng)造性，這樣的實驗教學根本無法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和核心素養(yǎng)。因此，教師有必要對一些教材實驗進行改進，以使實驗成為一個探索、尋求的過程。基于此，筆者對“綠葉中色素的提取和分離”實驗進行了改進。

一、實驗改進

1.實驗材料的改進

“綠葉中色素的提取和分離”實驗的材料要求是新鮮的綠葉，很多教師都選擇使用新鮮菠菜葉。新鮮的葉各種色素含量高，實驗現象明顯。為了能夠更好地培養(yǎng)學生的科學思維與科學探究能力，筆者讓一部分學生利用有點偏黃的葉片進行實驗，從而對實驗進行逆向改進。也可增設多種綠葉，例如朱瑾，它多生長在南方，四季常青，不受季節(jié)影響。讓不同的學生使用不同的材料，并相互比較實驗現象，通過比較二者的區(qū)別，可讓學生掌握不同材料色素含量高低的判斷方法。還可以選擇其他植物葉片或花瓣，如桃花的花瓣等，嘗試比較液泡色素的脂溶性或水溶性，提高學生解決實際問題的能力。

2.色素提取和過濾方法的改進

教材中為了防止色素被破壞，在色素的提取過程中使用碳酸鈣，對此，教師可以增設一組碳酸鈉對比實驗，并設置問題：可以用碳酸鈉代替碳酸鈣嗎？事實上，碳酸鈉的作用與碳酸鈣類似，因此可以使用碳酸鈉。通過對問題的思考與探究，學生更加深刻地理解了碳酸鈣在實驗中的作用，提高了知識遷移能力。教材中的無水乙醇使用量為10mL，10 mL無水乙醇溶解色素會造成色素濃度偏低，從而影響觀察效果。為此，可以給出幾個不同的乙醇用量，如2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL，讓學生去比較、去探索，然后得出實驗結論，從而培養(yǎng)學生的實驗探究能力。現行人教版教材中研磨和過濾用的是不同的裝置，研磨時是用研缽，過濾用的是漏斗。這種傳統(tǒng)的研磨過濾法最大的缺點是研磨時間長，影響實驗的進程，留給學生思考的時間不多;其次還增加了色素和空氣的接觸時間，這樣色素容易被氧化，從而影響實驗效果。因此，現在很多學校普遍使用比較簡捷的研磨過濾器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的研缽裝置。研磨過濾器集研磨、過濾、分離于一體，使用簡單并且可以節(jié)省不少時間，但缺點也很明顯。主要的缺點有：第一，塑質材料硬度不夠，導致研磨不充分，提取的色素較少，顏色偏淡，實驗現象不夠明顯;第二，在旋轉的過程中尼龍布容易破損，從而不能很好地過濾濾液;第三，裝置設計不夠科學，每次獲得的濾液體積少;第四，層析管太深且濾紙條不好固定，使層析液很容易沒及濾液細線而導致觀察不到實驗現象。對此，筆者經過嘗試發(fā)現可用榨汁機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的研磨過濾方法，這樣做的好處是實驗材料研磨充分且耗時少。

3.濾液細線函法的改進

教材中濾紙上的點樣是用毛細吸管劃線，且要多次劃線，學生在此之前從未接受過這方面的訓練，技術不夠嫻熟，這樣會造成劃線不夠細，點樣不均勻，細線濃度不一，而且容易將濾紙劃破，最終分離出的色素帶不整齊，影響實驗效果。為了更好地獲得濾液細線，可以讓學生嘗試多種濾液細線畫法，例如用牙線（也可以用蓋玻片）蘸取色素研磨液少許，輕輕地印在濾紙條的細線處，然后嘗試用多種方法來晾干濾紙，例如使用吹風機吹干后再重復多次，這樣也可以節(jié)約實驗時間。

4.層析裝置的改進

采用傳統(tǒng)的層析裝置進行實驗，層析液易揮發(fā)，層析液容易沒及濾紙中的濾液細線，且濾紙難以立足于小燒杯中。因此實驗中可以提供多種層析裝置以供學生選擇，例如利用帶橡皮塞的小錐形瓶，其優(yōu)點有：（1）錐形瓶高度合適，可很好地固定6厘米左右長度的濾紙條，避免層析液沒及濾液細線;（2）錐形瓶帶有橡皮塞，可以有效地避免層析液揮發(fā)，既可提高實驗的安全性，又可節(jié)約實驗材料。通過讓學生多次選擇實驗材料、實驗用具，讓學生明白教材所提供材料、用具是合理的，但不一定是最佳的。

5.教學流程的改進

全班學生每2人一小組，共同完成一個實驗，4個小組為一個大組，其中4個小組分別編號為A組、B組、C組、D組。每組的實驗任務為：A組按照課本做實驗;B組將實驗中的IO mL無水乙醇換成10 mL蒸餾水;C組不加Si02;D組不加CaCO3。實驗過程讓學生思考以下問題：

（1）與A組比較，B組有什么不同？為什么？說明了什么？

（2）與A組比較，C組有什么不同？為什么？說明了什么？

（3）與A組比較，D組有什么不同？為什么？說明了什么？

（4）為什么會出現四條色素帶？有些黃色葉片經過色素的提取和分離后只出現兩條色素帶，這說明了什么？

（5）四條色素帶都一樣寬嗎？為什么？

（6）有的學生展示的色素帶不整齊，可能是實驗過程中的哪個環(huán)節(jié)出了問題？

該實驗設計的改進使得原來的驗證性實驗變成了探究性實驗，而且是逆向改進，這樣整個實驗過程學生都保持很高的學習熱情，對實驗充滿了興趣，再也不是簡單的背實驗，改進后學生對實驗的原理、材料、用具都有著深刻的印象，同時養(yǎng)成尊重客觀事實和實驗證據、不盲從書本、敢于質疑的科學思維，提高了核心素養(yǎng)。同時，對實驗現象進行分析時以問題串的形式引發(fā)學生深度思考并拓展各種不同的實驗情況，開拓了學生的思維。另外，通過各組實驗的對照，讓學生明確自變量的控制引發(fā)了因變量的差異，培養(yǎng)學生的實驗思想，提高學生的實驗探究能力。教師可以嘗試用植物不同的綠色器官、不同顏色的植物器官做實驗;還可分析不同色素是否有不同的提取方法：如果材料中水分過多，可以嘗試先將葉片烘干然后再研磨。

二、教學建議

該實驗改進的部分比較多，對學生的思維要求比較高，同時探究的問題也很多，任務比較重，一節(jié)課的時間是難以完成的。因此，教師在實驗課上可讓每個班只選擇一部分實驗進行實驗改進。另外，即便對實驗進行了改進，可還是會存在一些問題，例如色素帶不夠整齊、色素帶顏色偏淺，即使是用蓋玻片畫濾液細線效果也不是太好，有些學生的濾液細線還是不夠平、直、齊，還應該繼續(xù)引導學生進行探索，以找到更好的實驗方法。實驗現象不明顯其實也不是壞事，這恰好是課堂生成的東西，教師要充分利用這些生成引導學生對實驗現象進行分析，以培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

教師在教學中對教材實驗進行創(chuàng)新、改進，讓學生在優(yōu)化后的實驗教學中，通過活動探究、分組實驗、小組討論等來獲取新知識，提升科學思維和科學素養(yǎng)，同時引導學生在交流中解決問題，培養(yǎng)學生的團結協(xié)作和不斷創(chuàng)新的實驗精神。

這與新課程標準提出的“關注學生學習過程中的實驗經歷，強調學生學習的過程是主動參與的過程，讓學生積極參與動手和動腦的活動，加深對生物概念的理解，提升應用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進而能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現實生活中的某些問題”相吻合。因此，在實驗教學中，教師應注重引導學生對實驗進行創(chuàng)新、改進，并積極參與實驗探究，從而培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力。

[參考文獻]

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[2]傅晶.對實驗“綠葉中色素的提取和分離”的改進與創(chuàng)新[J].中國校外教育，2017（4）：115+117.

[3]鄭美莉.《綠葉中色素的提取和分離》實驗教學改進初探[J].課程教育研究，2018（30）：158.

（責任編輯 黃春香）