“綠葉中色素的提取和分離”探究實驗教學設計*

曹志興 （廣東第二師范學院實驗中學 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 中的一個重要實驗。筆者在開設本節實驗課前，發動學生以學習小組形式，商討實驗設計方案，明確本小組的探究方向。課外興趣小組學生做預實驗，在課堂上與學生分享，共同歸納原因。

1 教材分析與設計思路

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中生物學教材必修1 第5 章第4 節的教學內容。在普通高中生物學課程標準中，與本節有關的內容要求是：學生在學完本節課后，能“說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變為糖與氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能”［1］。本節內容承接上一節“捕獲光能的色素和結構”，突出生物學實驗及實驗基本技能在中學生物學教學中的基礎地位，又及時加深了學生對理論知識的理解與升華。

本實驗為驗證實驗，但實驗原理、步驟、過程等較復雜，學生掌握有一定的難度。筆者將其改成探究實驗，學生在教師引導下分組討論，對實驗每一步的做法提出質疑，自己動手實驗，找出答案，突破難點。通過課外小組展示其實驗結果（操作過程加無水乙醇過多、漏加碳酸鈣、選用黃葉），學生思考與歸納：哪些因素可能導致色素帶顏色變淺？讓學生親身體驗實驗操作或藥劑使用不當對實驗結果的影響，將更利于學生對相關內容的掌握。

2 教學目標

1）嘗試提取和分離綠葉中的色素，學會生物學研究方法，簡述色素的種類及在光合作用中的功能。

2）從結構與功能相適應的角度，理解葉綠體適于進行光合作用的結構特點。

3）通過對相關實驗數據的分析和討論，總結色素帶顏色變淺的原因，領悟批判性思維、歸納與概括，發展科學思維。

3 教學過程

3.1 創設情境，引出實驗 教師在課堂的開始階段，貼近學生生活實際,創設問題情境，引起學生對未知的或未曾想到的知識作出反應，激發學生迫切解決問題的欲望。

情境引入：投影學校綠色植物圖片，引導學生思考：①綠色植物可進行什么重要的生理活動？②發生在哪個細胞器？③進行光合作用的細胞靠什么捕獲光能？④葉綠體中有哪些種類的色素？從而引出本節實驗課的內容。

設計意圖：享受美的視覺，激發學生的學習興趣，滲透熱愛自然和生命的情感。學生分析思考問題，為培養科學思維打下良好基礎。展示校園生活圖片，增強真實感和可信度。

3.2 師生交談，掌握原理 交談：綠葉中的色素能溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以可用無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，然而它們在層析液中的溶解度不同。溶解度高的色素隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。這樣幾分鐘之后，綠葉中的色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分離開。

通過師生交談，檢驗學生預習程度，激發學習的興趣。為前10 min 高效完成“綠葉中色素的提取和分離”驗證實驗任務（掌握原理，知道操作步驟，觀察到實驗結果）奠定基礎。層層推進，引導學生逐步深入地思考，培養學生的科學思維能力。

3.3 學生操作，自主探究

3.3.1 提取色素 教師課件展示操作步驟，引導學生思考：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。研磨過程中，液泡中呈弱酸性的有機酸滲出，會破壞葉綠體中的色素，如何解決？加弱堿性物質——碳酸鈣，因此，碳酸鈣可防止葉綠素在研磨過程中被破壞。

學生質疑：教材中用到的實驗材料為菠菜，能否用其他實驗材料？教師引導學生自主設計實驗探究1：不同選材對實驗結果有何影響？

學生完成實驗：稱量→剪碎→加二氧化硅、碳酸鈣、無水乙醇→研磨→過濾。

教師提醒注意事項：乙醇易揮發，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 處用鉛筆印一條細橫線。學生質疑：為什么要剪去兩角？不剪去兩角是否可以？學生自主設計實驗探究2：濾紙條不剪角對實驗結果有何影響?

2）畫濾液細線。用蓋玻片蘸取少量濾液，沿鉛筆畫線處均勻畫一條濾液細線，待濾液干燥后，重復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。

學生質疑：為什么濾液細線不能觸及層析液？學生自主設計實驗探究3：濾液細線觸及層析液對實驗結果有何影響？

學生提問：教材沒有明確層析時間，應該層析多久？教師引導學生自主設計實驗探究4：層析時間長短對實驗結果有何影響？

引導學生自主設計探究方案，對教材中以結論形式出現的一些操作提出質疑，再通過小組合作探究，觀察實驗現象，對教材中的操作進行評價，訓練學生的批判性思維。

4）觀察與記錄。教師選取不同小組的結果展示于平臺上，引導學生根據自己的實驗結果完成結果記錄表（表1）。教師同時利用多媒體講解綠葉中色素的種類及其顏色。

表1 實驗結果記錄表

學生深度思維拓展：哪些因素可能導致色素帶顏色淺？

3.4 分析數據，拓展思維 教師組織學生匯報、分析實驗現象和結果。

1）比較菠菜、白菜、上海青的結果有何異同？

學生展示實驗結果，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果差異？

學生通過實驗，親身體驗“剪角與否”對實驗結果的影響（圖2）。分析剪角目的：防止層析液在濾紙邊緣擴散過快。

圖2 剪角與否的色素帶

3）哪些因素可能導致色素帶顏色淺？

在課外組織學生小組合作學習，將探究的實驗結果拍成照片（操作過程加無水乙醇過多、漏加碳酸鈣、選用黃葉等），以學生主持“猜猜我干啥”的游戲形式（圖3），讓學生參與推理和討論。

圖3 猜猜我干啥

基于實驗事實和證據，用科學思維對實驗現象作出解釋。利用信息技術，將課外探究的實驗結果運用到課堂討論分析，有效克服了課堂時間對科學探究的局限，歸納與概括哪些因素可能導致色素帶顏色淺，提高了全體學生的思維深度。

4 教學反思

本節課通過創設問題情境導入教學，問題設置層次清晰，有利于培養學生的科學思維。通過實驗觀察和探究，在增加學生的感性認識的同時，也提升了學生的實驗操作及探究能力。實驗教學過程注重基本原理的教學，通過小組合作等形式，促使學生共同完成教師教學任務。結合實驗教學的實際情況，培養學生觀察與分析的能力，滲透結構和功能相適應的生命觀念，培養了學生的科學思維。