“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)初探

鄭向明

[摘要]“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)存在一些不足，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，如將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為探究性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)的部分內(nèi)容進(jìn)行逆向改進(jìn)等。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)更重視課堂的生成，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]綠葉中色素的提取和分離;實(shí)驗(yàn)改進(jìn);核心素養(yǎng)

[中圖分類號(hào)]

G633.91

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號(hào)] 1674-6058（ 2020）23-0095-02

“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)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(nèi)容，是高中生物的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，也是高考生物的高頻考點(diǎn)之一。另外，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的色素分離的實(shí)驗(yàn)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(duì)于該實(shí)驗(yàn)，教材設(shè)置為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，給出實(shí)驗(yàn)原理、材料、方法、步驟等，常規(guī)的教法是先布置學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)時(shí)教師把實(shí)驗(yàn)過(guò)程講解一遍，然后讓學(xué)生按實(shí)驗(yàn)流程操作。這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和探究能力的培養(yǎng).實(shí)驗(yàn)過(guò)程更多的是告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，課堂缺少生成性的東西。長(zhǎng)此以往，學(xué)生就會(huì)認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)還不如背實(shí)驗(yàn)、背實(shí)驗(yàn)不如做練習(xí)題，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)操作不感興趣，實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)完全依賴到教輔資料。即便開展實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生也沒(méi)有自己的思想，無(wú)法自主分析和解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題，學(xué)生的思維被局限在相應(yīng)的理論課程中，缺乏積極性和創(chuàng)造性，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)根本無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和核心素養(yǎng)。因此，教師有必要對(duì)一些教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，以使實(shí)驗(yàn)成為一個(gè)探索、尋求的過(guò)程?；诖?，筆者對(duì)“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

一、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)

“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。為了能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，筆者讓一部分學(xué)生利用有點(diǎn)偏黃的葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行逆向改進(jìn)。也可增設(shè)多種綠葉，例如朱瑾，它多生長(zhǎng)在南方，四季常青，不受季節(jié)影響。讓不同的學(xué)生使用不同的材料，并相互比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)比較二者的區(qū)別，可讓學(xué)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(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.色素提取和過(guò)濾方法的改進(jìn)

教材中為了防止色素被破壞，在色素的提取過(guò)程中使用碳酸鈣，對(duì)此，教師可以增設(shè)一組碳酸鈉對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置問(wèn)題：可以用碳酸鈉代替碳酸鈣嗎？事實(shí)上，碳酸鈉的作用與碳酸鈣類似，因此可以使用碳酸鈉。通過(guò)對(duì)問(wèn)題的思考與探究，學(xué)生更加深刻地理解了碳酸鈣在實(shí)驗(yàn)中的作用，提高了知識(shí)遷移能力。教材中的無(wú)水乙醇使用量為10mL，10 mL無(wú)水乙醇溶解色素會(huì)造成色素濃度偏低，從而影響觀察效果。為此，可以給出幾個(gè)不同的乙醇用量，如2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL，讓學(xué)生去比較、去探索，然后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力?，F(xiàn)行人教版教材中研磨和過(guò)濾用的是不同的裝置，研磨時(shí)是用研缽，過(guò)濾用的是漏斗。這種傳統(tǒng)的研磨過(guò)濾法最大的缺點(diǎn)是研磨時(shí)間長(zhǎng)，影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，留給學(xué)生思考的時(shí)間不多;其次還增加了色素和空氣的接觸時(shí)間，這樣色素容易被氧化，從而影響實(shí)驗(yàn)效果。因此，現(xiàn)在很多學(xué)校普遍使用比較簡(jiǎn)捷的研磨過(guò)濾器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的研缽裝置。研磨過(guò)濾器集研磨、過(guò)濾、分離于一體，使用簡(jiǎn)單并且可以節(jié)省不少時(shí)間，但缺點(diǎn)也很明顯。主要的缺點(diǎn)有：第一，塑質(zhì)材料硬度不夠，導(dǎo)致研磨不充分，提取的色素較少，顏色偏淡，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯;第二，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中尼龍布容易破損，從而不能很好地過(guò)濾濾液;第三，裝置設(shè)計(jì)不夠科學(xué)，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(méi)及濾液細(xì)線而導(dǎo)致觀察不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)此，筆者經(jīng)過(guò)嘗試發(fā)現(xiàn)可用榨汁機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的研磨過(guò)濾方法，這樣做的好處是實(shí)驗(yàn)材料研磨充分且耗時(shí)少。

3.濾液細(xì)線函法的改進(jìn)

教材中濾紙上的點(diǎn)樣是用毛細(xì)吸管劃線，且要多次劃線，學(xué)生在此之前從未接受過(guò)這方面的訓(xùn)練，技術(shù)不夠嫻熟，這樣會(huì)造成劃線不夠細(xì)，點(diǎn)樣不均勻，細(xì)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(shí)驗(yàn)效果。為了更好地獲得濾液細(xì)線，可以讓學(xué)生嘗試多種濾液細(xì)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(xì)線處，然后嘗試用多種方法來(lái)晾干濾紙，例如使用吹風(fēng)機(jī)吹干后再重復(fù)多次，這樣也可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

4.層析裝置的改進(jìn)

采用傳統(tǒng)的層析裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，層析液易揮發(fā)，層析液容易沒(méi)及濾紙中的濾液細(xì)線，且濾紙難以立足于小燒杯中。因此實(shí)驗(yàn)中可以提供多種層析裝置以供學(xué)生選擇，例如利用帶橡皮塞的小錐形瓶，其優(yōu)點(diǎn)有：（1）錐形瓶高度合適，可很好地固定6厘米左右長(zhǎng)度的濾紙條，避免層析液沒(méi)及濾液細(xì)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(shí)驗(yàn)的安全性，又可節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料。通過(guò)讓學(xué)生多次選擇實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)用具，讓學(xué)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(xué)流程的改進(jìn)

全班學(xué)生每2人一小組，共同完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，4個(gè)小組為一個(gè)大組，其中4個(gè)小組分別編號(hào)為A組、B組、C組、D組。每組的實(shí)驗(yàn)任務(wù)為：A組按照課本做實(shí)驗(yàn);B組將實(shí)驗(yàn)中的IO mL無(wú)水乙醇換成10 mL蒸餾水;C組不加Si02;D組不加CaCO3。實(shí)驗(yàn)過(guò)程讓學(xué)生思考以下問(wèn)題：

（1）與A組比較，B組有什么不同？為什么？說(shuō)明了什么？

（2）與A組比較，C組有什么不同？為什么？說(shuō)明了什么？

（3）與A組比較，D組有什么不同？為什么？說(shuō)明了什么？

（4）為什么會(huì)出現(xiàn)四條色素帶？有些黃色葉片經(jīng)過(guò)色素的提取和分離后只出現(xiàn)兩條色素帶，這說(shuō)明了什么？

（5）四條色素帶都一樣寬嗎？為什么？

（6）有的學(xué)生展示的色素帶不整齊，可能是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的哪個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題？

該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)使得原來(lái)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)變成了探究性實(shí)驗(yàn)，而且是逆向改進(jìn)，這樣整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生都保持很高的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)實(shí)驗(yàn)充滿了興趣，再也不是簡(jiǎn)單的背實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)后學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、材料、用具都有著深刻的印象，同時(shí)養(yǎng)成尊重客觀事實(shí)和實(shí)驗(yàn)證據(jù)、不盲從書本、敢于質(zhì)疑的科學(xué)思維，提高了核心素養(yǎng)。同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析時(shí)以問(wèn)題串的形式引發(fā)學(xué)生深度思考并拓展各種不同的實(shí)驗(yàn)情況，開拓了學(xué)生的思維。另外，通過(guò)各組實(shí)驗(yàn)的對(duì)照，讓學(xué)生明確自變量的控制引發(fā)了因變量的差異，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思想，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn);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(guò)多，可以嘗試先將葉片烘干然后再研磨。

二、教學(xué)建議

該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的部分比較多，對(duì)學(xué)生的思維要求比較高，同時(shí)探究的問(wèn)題也很多，任務(wù)比較重，一節(jié)課的時(shí)間是難以完成的。因此，教師在實(shí)驗(yàn)課上可讓每個(gè)班只選擇一部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。另外，即便對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，可還是會(huì)存在一些問(wèn)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(xì)線效果也不是太好，有些學(xué)生的濾液細(xì)線還是不夠平、直、齊，還應(yīng)該繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索，以找到更好的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯其實(shí)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(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

教師在教學(xué)中對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新、改進(jìn)，讓學(xué)生在優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)活動(dòng)探究、分組實(shí)驗(yàn)、小組討論等來(lái)獲取新知識(shí)，提升科學(xué)思維和科學(xué)素養(yǎng)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在交流中解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作和不斷創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)精神。

這與新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的“關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程是主動(dòng)參與的過(guò)程，讓學(xué)生積極參與動(dòng)手和動(dòng)腦的活動(dòng)，加深對(duì)生物概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而能用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問(wèn)題”相吻合。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新、改進(jìn)，并積極參與實(shí)驗(yàn)探究，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

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（責(zé)任編輯 黃春香）