“色素的提取和分離”一節(jié)的探究性教學(xué)

閆 立 李文穎

(安徽省宣城中學(xué) 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(xué)教材中一個重要的學(xué)生分組探究實驗。本實驗由提取色素和分離色素兩部分構(gòu)成，教材首先介紹了提取和分離色素的原理，然后詳細(xì)介紹了實驗的操作步驟。旨在學(xué)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(jié)合以往的教學(xué)經(jīng)驗，對教學(xué)內(nèi)容嘗試一些改動。除了提供菠菜作為實驗材料外，還準(zhǔn)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(xué)生自帶實驗材料。學(xué)生依據(jù)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(zhì)，這些花青素類物質(zhì)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(dǎo)學(xué)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(guān)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?qū)⑸靥崛〕鰜?。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?；ㄇ嗨厥撬苄缘模谘心ミ^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(jié)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(xué)生還沒有相關(guān)的有機化學(xué)知識，學(xué)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(jié)教學(xué)的難點。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo) 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(biāo) 理解科學(xué)探究的一般流程，習(xí)得科學(xué)探究的方法與技能；通過對現(xiàn)象、結(jié)果的分析，提高學(xué)生獲取、處理信息的能力。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標(biāo) 在探究過程中通過小組內(nèi)與小組間的交流合作，分享探究結(jié)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(xì)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(xué)過程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，激起探究欲望 教師設(shè)計探究情境，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑和問題，激起學(xué)生的探究欲望：①為什么葉綠體能利用光能將水和CO2轉(zhuǎn)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(xì)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(wěn)定地分布在類囊體膜中，你能推出其溶解性有何特點？(引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系相關(guān)的知識理解色素可以溶解在有機溶劑中。同時，聯(lián)系初中實驗“酒精水浴脫色”幫助學(xué)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(jié)顏色也會有不同，針對此現(xiàn)象你能提出什么問題？(引起學(xué)生思考不同顏色的葉片或同一葉片在不同季節(jié)其色素的種類和數(shù)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(dǎo)學(xué)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(xué)生更好的理解提取和分離色素的方法，教學(xué)時可列舉大量生活中的實例。例如，色素的提取可聯(lián)系初中“酒精脫色”的知識；花青素的提取與分離可以聯(lián)系學(xué)生較為熟悉的實例(如洋蔥外表皮細(xì)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(dǎo)學(xué)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(xué)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(shè)計。

4.3 設(shè)計實驗方案 小組設(shè)計實驗方案，鼓勵學(xué)生不要拘泥于教材，進行實驗方案的設(shè)計，完成表1。在鼓勵學(xué)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(xué)生小組實驗方案設(shè)計表

表2 教師實驗設(shè)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(dǎo)學(xué)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(xì)線為什么要重復(fù)2～3次、為什么要細(xì)齊直？層析時濾液細(xì)線能否觸及層析液，為什么？(引導(dǎo)學(xué)生注意實驗的操作細(xì)節(jié)，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(shè)計的實驗方案獨立完成實驗。及時記錄實驗中所出現(xiàn)的問題及解決方法。教師巡視學(xué)生的實驗情況，對實驗中出現(xiàn)的問題進行答疑解惑。對于共性錯誤可在全班強調(diào)，使學(xué)生的操作能夠規(guī)范化。對學(xué)生可能出現(xiàn)的創(chuàng)新操作給予鼓勵和支持。

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

4.5 分析實驗現(xiàn)象，得出探究結(jié)論 學(xué)生實驗結(jié)束后，各小組派代表展示本組實驗現(xiàn)象與結(jié)論，分析不同組別間實驗現(xiàn)象和結(jié)果不同的原因，嘗試對不同現(xiàn)象的原因進行分析。教師展示自己的實驗結(jié)果與學(xué)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(xué)反思

探究活動要有明確的教學(xué)目標(biāo)；要有值得探究的問題或研究任務(wù)；要有民主的師生關(guān)系和求真求實的氛圍。鑒于此本節(jié)教學(xué)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(wù)又提高了學(xué)生的探究興趣。通過和諧民主的課堂氛圍，鼓勵學(xué)生不要拘泥于教材，大膽創(chuàng)新，按照自己的實驗設(shè)計思路完成實驗。這樣做雖然不一定會出現(xiàn)理想的實驗效果，但是正是由于學(xué)生的親力親為，學(xué)生才會倍加珍惜，留下的記憶才會更深刻。