“綠葉中色素的提取和分離”探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)*

曹志興 （廣東第二師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)中學(xué) 廣東廣州 510550）

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中《生物》必修1 中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。筆者在開(kāi)設(shè)本節(jié)實(shí)驗(yàn)課前，發(fā)動(dòng)學(xué)生以學(xué)習(xí)小組形式，商討實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，明確本小組的探究方向。課外興趣小組學(xué)生做預(yù)實(shí)驗(yàn)，在課堂上與學(xué)生分享，共同歸納原因。

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中生物學(xué)教材必修1 第5 章第4 節(jié)的教學(xué)內(nèi)容。在普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，與本節(jié)有關(guān)的內(nèi)容要求是：學(xué)生在學(xué)完本節(jié)課后，能“說(shuō)明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過(guò)程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能”［1］。本節(jié)內(nèi)容承接上一節(jié)“捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)”，突出生物學(xué)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)基本技能在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)地位，又及時(shí)加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與升華。

本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)原理、步驟、過(guò)程等較復(fù)雜，學(xué)生掌握有一定的難度。筆者將其改成探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在教師引導(dǎo)下分組討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)每一步的做法提出質(zhì)疑，自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，找出答案，突破難點(diǎn)。通過(guò)課外小組展示其實(shí)驗(yàn)結(jié)果（操作過(guò)程加無(wú)水乙醇過(guò)多、漏加碳酸鈣、選用黃葉），學(xué)生思考與歸納：哪些因素可能導(dǎo)致色素帶顏色變淺？讓學(xué)生親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作或藥劑使用不當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，將更利于學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容的掌握。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）嘗試提取和分離綠葉中的色素，學(xué)會(huì)生物學(xué)研究方法，簡(jiǎn)述色素的種類及在光合作用中的功能。

2）從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度，理解葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3）通過(guò)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和討論，總結(jié)色素帶顏色變淺的原因，領(lǐng)悟批判性思維、歸納與概括，發(fā)展科學(xué)思維。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，引出實(shí)驗(yàn) 教師在課堂的開(kāi)始階段，貼近學(xué)生生活實(shí)際,創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引起學(xué)生對(duì)未知的或未曾想到的知識(shí)作出反應(yīng)，激發(fā)學(xué)生迫切解決問(wèn)題的欲望。

情境引入：投影學(xué)校綠色植物圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考：①綠色植物可進(jìn)行什么重要的生理活動(dòng)？②發(fā)生在哪個(gè)細(xì)胞器？③進(jìn)行光合作用的細(xì)胞靠什么捕獲光能？④葉綠體中有哪些種類的色素？從而引出本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：享受美的視覺(jué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滲透熱愛(ài)自然和生命的情感。學(xué)生分析思考問(wèn)題，為培養(yǎng)科學(xué)思維打下良好基礎(chǔ)。展示校園生活圖片，增強(qiáng)真實(shí)感和可信度。

3.2 師生交談，掌握原理 交談：綠葉中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中，所以可用無(wú)水乙醇提取綠葉中的色素。綠葉中的色素不只一種，都能溶解在層析液中，然而它們?cè)趯游鲆褐械娜芙舛炔煌Ｈ芙舛雀叩纳仉S層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢。這樣幾分鐘之后，綠葉中的色素就會(huì)隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開(kāi)。

通過(guò)師生交談，檢驗(yàn)學(xué)生預(yù)習(xí)程度，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。為前10 min 高效完成“綠葉中色素的提取和分離”驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)任務(wù)（掌握原理，知道操作步驟，觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果）奠定基礎(chǔ)。層層推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入地思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3.3 學(xué)生操作，自主探究

3.3.1 提取色素 教師課件展示操作步驟，引導(dǎo)學(xué)生思考：①二氧化硅的作用是什么？②碳酸鈣的作用是什么？師生交談得出，二氧化硅是石英砂，可使研磨更充分。研磨過(guò)程中，液泡中呈弱酸性的有機(jī)酸滲出，會(huì)破壞葉綠體中的色素，如何解決？加弱堿性物質(zhì)——碳酸鈣，因此，碳酸鈣可防止葉綠素在研磨過(guò)程中被破壞。

學(xué)生質(zhì)疑：教材中用到的實(shí)驗(yàn)材料為菠菜，能否用其他實(shí)驗(yàn)材料？教師引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究1：不同選材對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？

學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)：稱量→剪碎→加二氧化硅、碳酸鈣、無(wú)水乙醇→研磨→過(guò)濾。

教師提醒注意事項(xiàng)：乙醇易揮發(fā)，研磨要快速。為了得到足夠多的色素，研磨要充分。

3.3.2 分離色素

1）制備濾紙條。學(xué)生將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一端1.5 cm 處用鉛筆印一條細(xì)橫線。學(xué)生質(zhì)疑：為什么要剪去兩角？不剪去兩角是否可以？學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究2：濾紙條不剪角對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響?

2）畫(huà)濾液細(xì)線。用蓋玻片蘸取少量濾液，沿鉛筆畫(huà)線處均勻畫(huà)一條濾液細(xì)線，待濾液干燥后，重復(fù)2～3 次。

3）色素分離。將濾紙條插入自制圓圈卡紙，置于層析液的燒杯中。

學(xué)生質(zhì)疑：為什么濾液細(xì)線不能觸及層析液？學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究3：濾液細(xì)線觸及層析液對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？

學(xué)生提問(wèn)：教材沒(méi)有明確層析時(shí)間，應(yīng)該層析多久？教師引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究4：層析時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？

引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)探究方案，對(duì)教材中以結(jié)論形式出現(xiàn)的一些操作提出質(zhì)疑，再通過(guò)小組合作探究，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)教材中的操作進(jìn)行評(píng)價(jià)，訓(xùn)練學(xué)生的批判性思維。

4）觀察與記錄。教師選取不同小組的結(jié)果展示于平臺(tái)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成結(jié)果記錄表（表1）。教師同時(shí)利用多媒體講解綠葉中色素的種類及其顏色。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表

學(xué)生深度思維拓展：哪些因素可能導(dǎo)致色素帶顏色淺？

3.4 分析數(shù)據(jù)，拓展思維 教師組織學(xué)生匯報(bào)、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。

1）比較菠菜、白菜、上海青的結(jié)果有何異同？

學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸納與概括得出：菠菜、白菜、上海青的色素帶基本相似（圖1），說(shuō)明綠葉中的色素主要有4 種。

圖1 不同選材的色素帶

2）比較濾紙條剪角與不剪角的結(jié)果差異？

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，親身體驗(yàn)“剪角與否”對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響（圖2）。分析剪角目的：防止層析液在濾紙邊緣擴(kuò)散過(guò)快。

圖2 剪角與否的色素帶

3）哪些因素可能導(dǎo)致色素帶顏色淺？

在課外組織學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)，將探究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果拍成照片（操作過(guò)程加無(wú)水乙醇過(guò)多、漏加碳酸鈣、選用黃葉等），以學(xué)生主持“猜猜我干啥”的游戲形式（圖3），讓學(xué)生參與推理和討論。

圖3 猜猜我干啥

基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)和證據(jù)，用科學(xué)思維對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出解釋。利用信息技術(shù)，將課外探究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用到課堂討論分析，有效克服了課堂時(shí)間對(duì)科學(xué)探究的局限，歸納與概括哪些因素可能導(dǎo)致色素帶顏色淺，提高了全體學(xué)生的思維深度。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境導(dǎo)入教學(xué)，問(wèn)題設(shè)置層次清晰，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和探究，在增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，也提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作及探究能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程注重基本原理的教學(xué)，通過(guò)小組合作等形式，促使學(xué)生共同完成教師教學(xué)任務(wù)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，培養(yǎng)學(xué)生觀察與分析的能力，滲透結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的生命觀念，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。