“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與教學(xué)設(shè)計(jì)

廖紅芳

(湖南省郴州市臨武縣第一中學(xué) 郴州 424300)

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中《生物》必修1第5章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”中第4節(jié)“能量之源——光與光合作用”第一部分捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是理解高中生物學(xué)重難點(diǎn)知識(shí)——光合作用的基礎(chǔ)。因此，本實(shí)驗(yàn)是非常重要的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。然而，按教材上提供的葉綠素萃取和分離方法，葉綠素易降解，點(diǎn)樣難度大，層析效果差，難以達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)及教學(xué)效果，且多余的色素提取液也未能充分利用。筆者優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，從而降低實(shí)驗(yàn)難度，使學(xué)生更易獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并取得了較好的教學(xué)效果。

1 實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)

1.1 用薄層層析替代紙層析 教材中采用定性濾紙分離色素，價(jià)格便宜，適合中學(xué)使用。但是濾液細(xì)線在濾紙條上較易擴(kuò)散，難以達(dá)到濾液細(xì)線的要求，色素條帶不清晰，常重疊在一起，實(shí)驗(yàn)效果并不理想。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)摸索，發(fā)現(xiàn)薄層層析硅膠板能彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，取得較好的實(shí)驗(yàn)效果(圖1)。

圖1 定性濾紙條(左)和薄層層析硅膠板分離(右)效果圖

1.2 勻漿替代研磨 教材中用研缽研磨綠葉時(shí)，要求迅速、充分。但一些動(dòng)手能力差的學(xué)生難以達(dá)到此要求，會(huì)因研磨不迅速、不充分使提取出的色素含量過(guò)少以至實(shí)驗(yàn)失敗。利用勻漿機(jī)破碎細(xì)胞，可快速獲得含有色素的液體。勻漿充分且耗時(shí)短，不僅能增加溶液中色素的含量，還能騰出時(shí)間給學(xué)生思考分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果甚至進(jìn)行進(jìn)一步的探究實(shí)驗(yàn)。

1.3 用吹風(fēng)機(jī)吹干 畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)，邊畫(huà)邊用冷風(fēng)吹，促進(jìn)濾液干燥，以減少細(xì)線的擴(kuò)散，使濾液細(xì)線“細(xì)、勻”。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo) 掌握色素提取和分離的原理及方法；學(xué)會(huì)觀察綠葉中色素的種類；了解葉綠素在植物中的分布。與小組同學(xué)合作完成探究葉綠素等色素的分布的實(shí)驗(yàn)，提升語(yǔ)言表達(dá)能力及分享信息的能力。養(yǎng)成批判性地獲取教材知識(shí)的習(xí)慣并形成質(zhì)疑、創(chuàng)新及勇于實(shí)踐的科學(xué)精神與態(tài)度。

2.2 教學(xué)策略及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)綜合驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，采取半開(kāi)放式。基于學(xué)生常誤認(rèn)為葉綠素等色素只存在于綠葉中，設(shè)計(jì)了探究實(shí)驗(yàn)。但課堂時(shí)間有限，故只增加綠莖作為研究對(duì)象，通過(guò)組外、組內(nèi)合作探究色素的分布及種類。增加實(shí)驗(yàn)“探究色素對(duì)光的吸收”，充分利用材料的同時(shí)可以幫助學(xué)生理解葉綠素等色素的作用。最后，教師通過(guò)設(shè)置一系列問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣，課后進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究。具體實(shí)驗(yàn)方案如圖2。

圖2 “色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)方案

2.3 教學(xué)過(guò)程 具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程如下：

2.3.1 創(chuàng)設(shè)意境，導(dǎo)入本課 由李賀(唐)的詩(shī)句“綠波浸葉滿濃光”導(dǎo)入。提問(wèn)： 為什么自然界大多數(shù)葉片是綠的？部分學(xué)生知道是含有葉綠素的原因。進(jìn)一步提問(wèn)： 葉片中除葉綠素外還有其他色素嗎？葉綠素等色素是否只分布在綠葉中？由此引入本課。

2.3.2 明確要求，熟悉理論 教師引導(dǎo)學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)原理、步驟及注意事項(xiàng)。特別指出： ①薄層層析硅膠板的原理與定性濾紙條一樣；②硅膠板是硬的，不能剪去兩角，其邊緣不畫(huà)濾液細(xì)線以防止邊緣效應(yīng)；③畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)邊畫(huà)邊用吹風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)吹干以減少細(xì)線的擴(kuò)散。強(qiáng)調(diào)為避免吸入過(guò)多的層析液中的揮發(fā)性物質(zhì)，在通風(fēng)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，層析時(shí)應(yīng)用培養(yǎng)皿蓋蓋住小燒杯。

2.3.3 分組實(shí)驗(yàn)，合作探究 學(xué)生分組，每組四人。不同組可自由選擇綠葉、綠莖作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，按照黑板上的實(shí)驗(yàn)方案(圖2)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。強(qiáng)調(diào)本組同學(xué)應(yīng)分工合作，共同完成實(shí)驗(yàn)。教師及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生遇到的問(wèn)題。

2.3.4 共享結(jié)果，討論原因 實(shí)驗(yàn)完成后，選學(xué)生代表(綠葉、綠莖)實(shí)驗(yàn)組展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果并討論完成表1。教師隨機(jī)展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生比較分析出現(xiàn)差距的原因，強(qiáng)調(diào)規(guī)范操作的重要性。提出： 為什么有些同學(xué)沒(méi)有葉綠素a這條帶？教師提醒： 為什么秋天時(shí)，綠葉會(huì)變成黃葉？介紹葉綠素易受多種因素(如光、溫度等)的影響而降解，及時(shí)鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生課后設(shè)計(jì)并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

表1 綠葉和綠莖實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

3 教學(xué)反思

本實(shí)驗(yàn)用薄層層析硅膠板替代定性濾紙條分離色素，畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)，色素在硅膠板上的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)小于在濾紙條上的，使得所畫(huà)濾液細(xì)線更加細(xì)，突破了教學(xué)的難點(diǎn)之一。此外，不同色素在硅膠板上分離距離要遠(yuǎn)于定性濾紙條，因此更容易得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在成功的喜悅下，對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣高漲，本節(jié)課取得了較好的教學(xué)效果。