“綠葉中色素提取和分離”實驗中若干問題的再探究

王磊

高中生物必修課程中，有一個很重要的實驗，即“綠葉中色素的提取和分離”。歷年來，無論是在測試學業(yè)水平，還是在高考試題中，此實驗出現(xiàn)的概率都較高。為了提高學生的學習積極性，同時也為了讓學生更好地理解光合作用，了解色素的種類及顏色，必須把“綠葉中色素的提取和分離”實驗做好。

通過此實驗，學生不僅掌握了提取和分離色素的具體方法，同時對綠葉中每個顏色的色素及色素的種類都有了很好的了解。通過這些實驗，我們可以對教學方案進行改進，即實驗讓我們了解簡單的過程，找出實驗失敗原因，以便調(diào)整實驗的方案。

一、改進教材實驗原型及其效果

首先，關(guān)于提取綠葉中的色素的實驗步驟在教材中是這樣操作的：稱取5g綠葉，剪碎，放入研缽中，將無水乙醇10ml、碳酸鈣和二氧化硅少許加入，然后研磨，要快速充分。研磨后，過濾研磨液，將濾液收集在密封試管中。但在實際的教學中，我們可以看到它的不足：不同的季節(jié)，新鮮綠葉有較高的含水量，由于水分較多，有機溶劑的濃度較低，色素提取濃度較低，減少了色素溶解量。因此，教材中，將5g綠葉稱取，無水乙醇10ml加入，導致實驗材料的浪費，加之瑣碎的過濾過程，還會使色素大量流失。

因此，我們可以改進實驗：將10ml綠葉稱取，剪碎，放入研缽中，放入碳酸鈣少許，再將無水乙醇10 ml加入，然后研磨，要快速充分，在試管中迅速加入研磨濾液，試管口及時用塞子塞嚴。實驗操作改進后，有三個優(yōu)點：一是無水乙醇的揮發(fā)少了，因為研磨過濾器的使用將研磨的時間大幅度減少；二是試劑的使用節(jié)省了，二氧化硅未加入；三是實驗簡單了，因為“過濾”這一實驗步驟被省去。

其次，教材中關(guān)于制備濾紙條的過程是：把干燥定性濾紙一端剪去兩個小角，并在距這端1cm處用鉛筆畫一條橫線。在具體的實驗過程中，不難發(fā)現(xiàn)較煩瑣的用鉛筆畫的線。

與教材中的實驗規(guī)定比較，我們可以改進實驗：距離濾紙條一端lcm處將其對折，形成折痕后，在這端將兩個小角剪去。

再次，分離綠葉中的色素實驗教材中規(guī)定：在試管中倒進層析液適量，在層析液中輕輕地插入濾紙條，然后蓋好培養(yǎng)皿。在具體的實驗過程中，不難發(fā)現(xiàn)在層析液中插入的濾紙條靠燒杯壁很近，層析液在層析時揮發(fā)得很快，在層析液中色素容易溶解。

與教材中的實驗規(guī)定比較，我們可以改進實驗：用刀將一個形狀為圓形的硬塑料片中間劃三條縫隙，作用主要是夾濾紙條，在塑料片縫隙中，夾入干燥好的濾紙條，將層析液適量加入到層析器中，在層析液中插入濾紙條。

改進后的實驗可以清晰地看到實驗現(xiàn)象：四條色素帶在濾紙條上明顯地區(qū)分開，從下到上依次為：黃綠色，藍綠色，黃色，橙黃色，即：葉綠素b，葉綠素a，葉黃素，胡蘿卜素。通過更改實驗設(shè)計的方案，學生做實驗的嚴謹性得到提高，不僅如此，生物學科研的基本原則也得到了很好的體現(xiàn)。通過實驗，學生真實清晰地看到了實驗的結(jié)果，學生對知識的記憶也更加深刻。為了讓學生對生物更有興趣，使學生對生物知識可以更好地理解并且掌握，需要將教學情境創(chuàng)設(shè)得更加生動，這樣，學生的科學思維才能得到啟迪。有了科學的方法，學生的態(tài)度和價值觀也會隨之科學起來，生物學和學生得以共同發(fā)展。

二、對實驗選擇失敗中的材料進行討論

對失敗的實驗，我們要進行總結(jié)，其實有的實驗不能順利地完成，甚至完全失敗，有很多的原因，其中選取實驗材料不當是原因之一。在對材料的選擇上，首先要選擇相對簡單的實驗材料，一般是選擇數(shù)量多、常見、容易取得的葉子；再次，色素的提取液濃度要高。在抽提色素實驗所需的研磨材料中，應(yīng)選擇細胞水分少且深綠色的葉子，即表面沒有或少有蠟質(zhì)層。在某些植物的綠葉中，都有較高的有機酸含量，由于葉綠素性質(zhì)很不穩(wěn)定，若細胞破裂，葉綠素中的鎂就會被細胞液內(nèi)有機酸中的氫所取代，成為去鎂葉綠素，顏色為褐色，從而對色素進行了破壞。對于去鎂反應(yīng)的發(fā)生可進行防止，因為有機酸可以被碳酸鈣中和，但若碳酸鈣的中和作用小于有機酸的含量，葉綠素被大量破壞的情況也會發(fā)生。例如，研磨后的筒篙、香菜葉都會出現(xiàn)褐變現(xiàn)象，且比較明顯，所以在實驗中，這類綠葉就不能使用。在教材中，提取和分離色素，選擇的實驗材料一般為菠菜。在實際操作中，有很多因素會造成提取液對色素的抽提效率降低，對層析產(chǎn)生不利影響。比如，菠菜不一定新鮮，葉片內(nèi)有過高的含水量，葉片表面有水珠等因素。在提取及分離色素效果對比的資料中顯示，采用新鮮葉片沒有采用脫水葉片對比效果好。我們通過對上述情況進行多次的比較發(fā)現(xiàn)，對葉菜的選擇上，韭菜和三葉草較為合適，取得較容易且價格不高。在進一步進行選擇時，發(fā)現(xiàn)三葉草更具實驗價值。三葉草比較常見，是一種草坪綠化植物，取得較容易，三葉草有較長的生長周期，除去隆冬和早春時節(jié)，其他季節(jié)可隨時取用。另外，三葉草本身具有較發(fā)達的葉肉組織，肥厚的葉肉，濃綠的顏色，且含水量較少，色素含量較高，會出現(xiàn)色彩鮮艷的4條色素帶。

三、改進實驗后的教學設(shè)計問題

在教學中，“提取和分離綠葉中的色素”實驗的重點和難點是：對葉綠體中的色素提取和分離進行探索。在學習葉綠體的結(jié)構(gòu)和光合作用時，此知識點與其緊密相關(guān)，因此，“提取和分離綠葉中的色素”實驗非常重要。

1. 在探索中學生疑問的提出。

教材中，具體的實驗在上一節(jié)實驗課時已經(jīng)完成。做這個實驗，很多學生的興趣都很濃厚，做完實驗后，也出現(xiàn)了很多問題。比如實驗時，學生不能完全理解實驗的過程，也有的學生做出的實驗效果不明顯，導致實驗不理想。其中，各色素帶的帶寬不均勻，色素帶重疊不能分開等問題比較突出。學生對其進行分析后，有一些改進的方法提出。比如：（1）能否將其他綠色植物的葉片作為實驗材料？ （2）對葉綠體中色素進行分離時，分離色素用圓形濾紙，用四氯化碳代替層析液的配制，實驗的效果會相同嗎？學生有了這些疑問，教師可利用一節(jié)實驗課，讓學生將實驗物品準備好，設(shè)計實驗，讓學生自己去發(fā)現(xiàn)、探索，以解答心中的疑問。

2. 教學的重點和難點。

為了將學生觀察、選擇、判斷、分析等思維能力進一步提高，需要通過實驗對學生存在的一些困惑和疑問進行解決，對科學探索的一般方法和過程進行學習，是教學的重點。學生動手操作過程中不規(guī)范、準確性較低是教學的難點。

3. 教學過程。

課前準備：根據(jù)每個班學生的具體情況、學生對問題的提出總結(jié)等將學生分組。一般是將學生分為三個大組，再將每個大組分為四個小組，設(shè)定每個小組的人數(shù)為5人，選取一個大組的組長，一個小組的組長。根據(jù)學生提出的困惑和問題，選出本組的實驗項目。每個大組中的四個小組做出的實驗項目是相同的。每個小組都要進行實驗項目記錄表的填寫，在實驗中可能出現(xiàn)的情況，進行原因分析，小組成員一同查閱資料，共同討論，進行實驗設(shè)計，教師對學生設(shè)計的實驗提出指導意見。

實驗過程：小組成員在小組長帶領(lǐng)下，按照上節(jié)課學習的實驗原理、步驟進行模擬，將已設(shè)計好的實驗，有序安靜地進行，相關(guān)的實驗結(jié)果得出后，在小組間共同分析交流。各個小組及各個大組的同學相互討論，并找出優(yōu)點和不足。實驗結(jié)束后，一定要將器材整理好。

4. 教學評價。

提高學生做實驗的興趣，幫助學生選擇感興趣的實驗，對學生的實驗進行指導并讓學生親自實踐，在課堂上，提高了學生的主動參與性，將師生互動調(diào)動起來，雙向交流。尊重學生，讓學生自我思考，自我探索，自我表現(xiàn)的心理需求得到了充分的滿足。這是生物實驗教學要達到的目標。通過實驗教學中的理論分析和具體實驗過程的操作，培養(yǎng)了學生的思維邏輯性。對掌握知識的評價，解決問題的能力的評價等，是教學中對教師的主要評價。是否了解實驗所用藥品的性質(zhì)和作用，對實驗原理是否真正理解是教學中主要的學生自我評價內(nèi)容。在實驗過程中，同伴對實驗的態(tài)度，其他同學做的實驗是否完美，如何操作實驗等是教學中主要的學生互評內(nèi)容。