綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗的完善和改進(jìn)

摘 要：綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗中，學(xué)生實(shí)驗的成功率，分離的色素、色素帶的效果都經(jīng)常不盡如人意。在深究原因后，發(fā)現(xiàn)教材中的實(shí)驗對于學(xué)生有著一定的難度，需要進(jìn)行針對性的改進(jìn)來提升實(shí)驗效果。因此，本文從實(shí)驗材料、研磨方法、畫線方法、實(shí)驗裝置以及分離方法的改進(jìn)上，針對該實(shí)驗的完善和改進(jìn)進(jìn)行探究。以期能夠更好地指導(dǎo)高中實(shí)驗的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：提取；分離；畫線；研磨方法；改進(jìn)

一、 引言

某種程度上說，生物學(xué)科是一門需要依靠實(shí)驗支撐的學(xué)科，生物學(xué)中的理論知識還是實(shí)踐知識，都需要通過實(shí)驗來實(shí)現(xiàn)?？梢妼?shí)驗在生物學(xué)中的重要性。高中生的生物學(xué)習(xí)中，實(shí)驗是其中一個很明顯的重難點(diǎn)，這不僅在于實(shí)驗本身的難度，也在于實(shí)驗教學(xué)的優(yōu)化程度。因此，在教學(xué)中，教師是否能夠根據(jù)實(shí)驗的具體情況進(jìn)行有效的完善和改進(jìn)，對于高中生的實(shí)驗學(xué)習(xí)會形成重要的影響。不拘泥于教材，敢于跳出教材進(jìn)行實(shí)驗的完善和改進(jìn)，才能夠給學(xué)生不一樣的實(shí)驗體驗?；诖吮尘?，本文立足于綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗，針對教材的實(shí)驗做出一些有效的完善和改進(jìn)，以期能夠?qū)?shí)驗教學(xué)以及實(shí)驗改進(jìn)形成幫助。

二、 實(shí)驗改進(jìn)的背景

綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗是高中生物必修一中一個十分重要的必做實(shí)驗。這個實(shí)驗驗證的是光合作用中色素的種類和顏色。通過實(shí)驗的深入，來促進(jìn)學(xué)生對于光合作用過程的認(rèn)知和理解。這個實(shí)驗在教材中，是一個需要學(xué)生親自完成的分組實(shí)驗。然而，在教學(xué)中，當(dāng)采用教材的實(shí)驗方法時，雖然實(shí)驗的目標(biāo)能夠達(dá)成，但是其中需要經(jīng)過的過程以及實(shí)驗材料的選用都比較復(fù)雜和煩瑣，需要耗費(fèi)很長的實(shí)驗時間。同時，教材中的實(shí)驗藥品含有比較高的有機(jī)物濃度，在使用的過程中，很容易傷害身體健康，并且對于空氣和環(huán)境會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的污染。所以，在教學(xué)探索中，發(fā)現(xiàn)必須將這個實(shí)驗進(jìn)行完善和改進(jìn)，縮短實(shí)驗的實(shí)踐，降低實(shí)驗的污染。因此，本文提出了該實(shí)驗的改進(jìn)方案。

三、 實(shí)驗改進(jìn)的策略

針對綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗，在教材方法的基礎(chǔ)上，我提出了從實(shí)驗材料、研磨方法、畫線方法、實(shí)驗裝置、分離方法五個方面的實(shí)驗改進(jìn)，從而達(dá)到更好的實(shí)驗效果。

（一） 實(shí)驗材料的改進(jìn)

綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗中，教材所使用的材料主要為菠菜葉。菠菜的葉片雖然能夠提取葉綠素，但是相對來說，菠菜中的葉綠素濃度并不是很高。因此，在實(shí)驗中，還可以根據(jù)地域環(huán)境或者材料獲取便利程度，更換一些葉綠素濃度更高的綠色植物。例如，可以利用空心菜，空心菜本身的綠色顏色是很深的，并且相對于菠菜來說，空心菜葉的葉片更薄，含有的水分更低，經(jīng)過儲存以后，也不容易產(chǎn)生較為嚴(yán)重的褐變反應(yīng)。并且空心菜里面含有的葉綠素含量比較高，可以實(shí)現(xiàn)濃度更高的研磨液體。加上空心菜本身比較容易獲取，這些，都使得空心菜可以作為該實(shí)驗改進(jìn)的理想材料。除了空心菜以外，也可以根據(jù)校園環(huán)境中比較容易獲取的其他綠葉來代替，比如菊葉、朱槿葉、三葉草等?？傊谥参锏倪x取上，可以不只是菠菜一種，其他葉綠素濃度高的綠葉植物，也能夠成為很好的替代品。

此外，除了植物的改進(jìn)，在實(shí)驗中，還需要準(zhǔn)備好濾紙條，濾紙條也需要根據(jù)實(shí)際的材料以及實(shí)驗情況進(jìn)行尺寸上或者修飾上的改進(jìn)。

（二） 研磨方法的改進(jìn)

在教材的實(shí)驗方法中，研磨這一步驟主要通過在綠葉中加入二氧化硅和碳酸鈣后進(jìn)行研磨。但是這樣的研磨方法，很容易使得研磨不夠充分導(dǎo)致濾液的顏色不夠深，在分離中色帶就會變得很淺。但是這個實(shí)驗需要的濾液中色素濃度越高，實(shí)驗成功的概率也就越大。所以，研磨方法中，需要作出合理的改進(jìn)來得到濃度更深的濾液。

首先，在教材的研磨方法中，即便采用這種方法，二氧化硅以及碳酸鈣的數(shù)量也應(yīng)該適量減少。并且在二氧化硅和碳酸鈣的使用中，可以選擇一些可替代的物質(zhì)來進(jìn)行濾液的提取。比如又白又細(xì)的河沙，可以直接產(chǎn)生二氧化硅和碳酸鈣的效果，不需要加入二氧化硅和碳酸鈣，就能研磨濾液。

其次，教材中的研磨方法，主要依靠二氧化硅和碳酸鈣，具體的研磨方法如下：

1. 取菠菜葉3g并且剪碎后放入研體。

2. 加入適量的二氧化硅和碳酸鈣，將綠葉研磨成糊狀。

3. 在研體中加入大約6mL的無水酒精，繼續(xù)進(jìn)行研磨，然后放置三分鐘。

這種方法的弊端就是時間長，過程復(fù)雜，針對教材研磨方法存在的弊端，考慮了與研磨法截然不同的方法，即采用濃度95%的酒精直接浸泡，從而提取濾液。這種方法采用以下步驟：

1. 選取事先準(zhǔn)備好的空心菜葉或者三葉草葉1g，利用剪刀剪碎后放到試管的底部，然后加入4mL的濃度為95%的酒精。

2. 把試管放入沸水當(dāng)中進(jìn)行加熱，預(yù)計加熱時間兩分鐘左右。

在濾液提取中，這兩種方法形成明顯的對比。并且用水浴提取法所呈現(xiàn)的效果明顯要比研磨法好。具體效果見下表：

主要對比項目濾液提取方法教材所用研磨法酒精水浴提取法

取材對比綠色葉片需要新鮮的葉片，以菠菜為主只要是綠色葉片都能夠作為實(shí)驗材料

實(shí)驗材料用量3g1g

酒精類型6mL無水酒精4mL濃度為95%的酒精

碳酸鈣和二氧化硅少許不需要

研磨所需時間大約10分鐘大約3分鐘

提取的濾液顏色淺綠色墨綠色

濾液的純度少許雜質(zhì)濾液純凈無雜質(zhì)

（三） 畫線方法的改進(jìn)

在該實(shí)驗中，畫濾液細(xì)線是一個很重要的步驟，教材中畫線主要使用的道具是毛細(xì)吸管。這個方法畫線的步驟主要是：首先在濾紙條上距離頂端1.5厘米處用鉛筆畫一條細(xì)線，利用毛細(xì)吸管吸取少量的濾液，順著鉛筆的線條來回畫線，濾液干燥后，再重復(fù)一次畫線。毛細(xì)吸管畫出來的濾液細(xì)線，存在著一些明顯的弊端，一方面是在畫線過程中，細(xì)線的平直不好保證，并且因為細(xì)線要求均勻，毛細(xì)吸管在均勻性上不好實(shí)現(xiàn)，容易出現(xiàn)頭重腳輕的線條。并且要等濾液晾干，所需要的時間比較長，不容易晾干。

基于毛細(xì)吸管畫線上的弊端，在實(shí)驗的改進(jìn)中，進(jìn)行了毛筆畫線法的改進(jìn)方法。選擇毛筆的理由，首先是毛筆具有較長的筆桿，蘸取濾液比較方便，其次是毛筆的筆尖比較柔軟，不容易破壞濾紙條。再次是毛筆蘸取濾液后可以反復(fù)畫線，促進(jìn)濾液線上色素的充足，并且畫出來的線的平直程度也很好把握。最重要的是，毛筆畫出來的濾液線平整，晾干快，并且色素在分離中會更快。因此，在畫線中，選擇了毛筆作為改進(jìn)的材料，具體的操作步驟就是利用毛筆蘸取少量的濾液，順著鉛筆線條來回畫線，然后等待濾液晾干?？梢灾貜?fù)三五次，保證色素的程度。

（四） 實(shí)驗裝置的改進(jìn)

在該實(shí)驗中，實(shí)驗裝置對于層析液的分析有著很重要的意義。教材中的實(shí)驗中，層析液裝置主要是試管。利用試管存放濾紙條的過程中，濾紙條很容易接觸試管壁，并且濾紙條在試管里面無法固定，容易移動。更重要的是層析液屬于有毒物質(zhì)，發(fā)散的氣味比較刺鼻，這也使得在放置濾紙條的時候容易傷害師生的身體。所以，在實(shí)際的實(shí)驗中，針對實(shí)驗的裝置進(jìn)行了改進(jìn)，并且采用了自主實(shí)驗的方法，讓學(xué)生自己思考，可以利用什么樣的實(shí)驗裝置存放濾紙條。在經(jīng)過小組合作和探究后，學(xué)生們和老師共同商議出了兩種比較好的裝置改進(jìn)辦法：

第一種是自制一個層析燒杯。利用層析燒杯來存放多張濾紙條，并且每一張濾紙條的擺放都有著固定的位置，可以很好的避免濾紙條的交叉，碰壁。這種層析燒杯制作十分簡單，并且在封口的材料上選取了橡皮筋來封口，而杯口用濾紙蓋密封，濾液不容易揮發(fā)，最重要的是層析燒杯可以重復(fù)使用，即便我班使用完畢，其他班級也可以繼續(xù)使用層析燒杯來存放濾紙條，能夠有效地節(jié)省材料。

第二種是自制層析錐形瓶。這種方法，首先是找一個體積適中，能夠有木質(zhì)的瓶塞的錐形瓶，然后利用刻刀在瓶塞上刻出一些缺口，將濾紙條放入到這些缺口當(dāng)中，并且用膠帶將濾紙條固定起來。這種裝置更加簡單，并且利用瓶塞來進(jìn)行濾紙條的存放，簡單固定，能夠很好地幫助層析液的存放，并且也能夠節(jié)省材料，安全環(huán)保。

（五） 分離方法的改進(jìn)

在分離方法上，教材上的條形濾紙分離色素其實(shí)也是可以達(dá)到目標(biāo)的，所以在課堂的實(shí)驗中，沒有針對分離方法進(jìn)行過多的改進(jìn)。但是在課后，讓學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗探究，發(fā)現(xiàn)了另外一種分離方法也可以實(shí)現(xiàn)色素的有效分離。在自主探究中，他們采用了圓形濾紙條分離法。方法是找一張直徑約15厘米的圓形濾紙，然后在圓心中戳一個圓形的小孔，然后再用教材中的濾紙條，利用毛筆順著濾紙條的長邊點(diǎn)樣畫線，保持色素的擴(kuò)散在0.2厘米左右，并且在濾液晾干后重復(fù)幾遍。再以長邊為徑將濾紙條卷起來，插入到圓形濾紙條孔中，然后找一個直徑至少12厘米的培養(yǎng)器皿，將濾紙浸泡在層析液當(dāng)中，放置十分鐘后，圓形的濾紙條上會呈現(xiàn)四個葉綠素的同心圓。這個方法會讓色素的分離比較明顯，但是過程比濾紙條更加煩瑣一點(diǎn)。

四、 實(shí)驗效果與反思

（一） 實(shí)驗效果

通過實(shí)驗的改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗方法取得了比較理想的效果，首先是實(shí)驗材料上，可以更加靈活，更容易幫助色素的提取和分離。其次是在研磨方法上，利用水浴法提取的濾液用時更短，提取的濾液濃度也更高，前文的表格上已經(jīng)呈現(xiàn)出了明顯的對比。通過水浴法分離出來的色素帶比較均勻，也比較平整。再次是畫線方法改進(jìn)后，用毛筆畫出來的濾液細(xì)線比較窄，而且線條比吸管畫出來的更加平整，色素的分離也更快?？偟膩碚f，實(shí)驗改進(jìn)以后，在用料上可以更加廣泛，并且實(shí)驗更加環(huán)保，安全，也更加節(jié)約資源。實(shí)驗的成功率也更高。改進(jìn)后的實(shí)驗得到了很好的效果。

（二） 實(shí)驗反思

本次實(shí)驗中，雖然實(shí)驗的改進(jìn)取得了更好的效果，實(shí)驗的改進(jìn)是成功的，但是在實(shí)驗過程中，依然走了一些彎路，比如選擇的材料經(jīng)過了多次試驗后確定，浪費(fèi)了許多資源。比如溶液的用量，也經(jīng)過了幾次的試驗才成功。今后的試驗改進(jìn)中，需要根據(jù)實(shí)驗環(huán)境，做出更高效的改進(jìn)措施，這樣，才能讓實(shí)驗改進(jìn)實(shí)現(xiàn)真正的目的。

五、 結(jié)語

從本次實(shí)驗的改進(jìn)可以看出，雖然生物是以實(shí)驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，但是，教材的實(shí)驗不一定適用于任何情況，我們在實(shí)驗的過程中，需要作出有效的改進(jìn)和完善，才能夠讓實(shí)驗更加具有教學(xué)的意義，也才能更加帶動學(xué)生的實(shí)驗探究。

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作者簡介：

楊勇，福建省三明市，福建省泰寧第一中學(xué)。