“色素的提取和分离”一节的探究性教学

闫 立 李文颖

(安徽省宣城中学 242000)

1 教材分析

“绿叶中色素的提取和分离”是人教版高中生物学教材中一个重要的学生分组探究实验。本实验由提取色素和分离色素两部分构成，教材首先介绍了提取和分离色素的原理，然后详细介绍了实验的操作步骤。旨在学生通过探究实验，掌握绿叶中色素的提取和分离的原理与方法，阐明绿叶中光合色素的种类和含量。笔者结合以往的教学经验，对教学内容尝试一些改动。除了提供菠菜作为实验材料外，还准备了如苋菜、鸭跖草、紫甘蓝等非绿色叶片实验材料，同时鼓励学生自带实验材料。学生依据原有知识可推测非绿色叶片除了含有叶绿体色素外还含有花青素类物质，这些花青素类物质主要存在于液泡中。那么如何提取和分离这些色素呢？带着这一问题引导学生进行探究实验。在进行探究之前，先介绍提取与分离色素的相关原理，以便在实验时能够做到有的放矢。叶绿体中的色素是脂溶性的能够溶解在有机溶剂中，研磨时加入有机溶剂(无水乙醇)能够将色素提取出来。利用四种色素在层析液中不同的溶解度(溶解度越大在滤纸条上的扩散速率越快)，将四种色素相互分离。花青素是水溶性的，在研磨过程中可加入少量水(也可不加，因为新鲜叶片含有一定量的水)，花青素在层析液中几乎不溶解，但可以溶解于水，在滤纸条上扩散，可以用清水代替层析液将花青素分离。通过上述分析，本节的重点是掌握不同色素的提取和分离方法，阐明光合色素的种类和含量，尝试解释不同叶片颜色的差异。由于高一学生还没有相关的有机化学知识，学生对如何提取和分离色素的理解存在一定的障碍，故色素提取和分离的原理是本节教学的难点。

2 教学目标

2.1 知识目标 掌握色素提取与分离的方法；探究光合色素与花青素的溶解特性；说出不同颜色叶片色素的种类和含量的差异。

2.2 能力目标 理解科学探究的一般流程，习得科学探究的方法与技能；通过对现象、结果的分析，提高学生获取、处理信息的能力。

2.3 情感态度与价值观目标 在探究过程中通过小组内与小组间的交流合作，分享探究结果体会探究的乐趣。

3 材料用具

新鲜绿色(菠菜、青菜)和非绿色(苋菜、紫甘蓝)叶片，滤纸、研钵、漏斗、脱脂棉、毛细吸管、剪刀、试管、量筒、天平，层析液、无水乙醇、蒸馏水、石英沙、碳酸钙等。

4 教学过程

4.1 创设情境，激起探究欲望 教师设计探究情境，引发学生产生质疑和问题，激起学生的探究欲望：①为什么叶绿体能利用光能将水和CO2转化成糖类等有机物呢？② 叶绿体中的色素主要分布在叶绿体中的什么部位？③绿叶中除了叶绿体含有色素外，还有哪种细胞器含有色素(出示叶绿体、液泡图片)？④叶绿体中的色素能稳定地分布在类囊体膜中，你能推出其溶解性有何特点？(引导学生联系相关的知识理解色素可以溶解在有机溶剂中。同时，联系初中实验“酒精水浴脱色”帮助学生理解)⑤绝大部分的叶子都是绿色的，但也有一些非绿色叶子，即使同一片绿叶在不同的季节颜色也会有不同，针对此现象你能提出什么问题？(引起学生思考不同颜色的叶片或同一叶片在不同季节其色素的种类和数量可能不同，引出探究主题)

4.2 明确探究主题 选出具有代表性的问题，如“绿叶中除了叶绿素，是否存在其他色素”“绿色与非绿色叶片其含有的色素种类是否相同”作为探究的主题。引导学生思考如何提取和分离这些色素。对于如何提取和分离色素是本实验的重点也是难点，为了能够帮助学生更好的理解提取和分离色素的方法，教学时可列举大量生活中的实例。例如，色素的提取可联系初中“酒精脱色”的知识；花青素的提取与分离可以联系学生较为熟悉的实例(如洋葱外表皮细胞的液泡中含有大量的水分也含有花青素)。通过该实例的分析意在引导学生明确花青素是水溶性的，所以在提取和层析是都可以以水作为溶剂；学生明确了实验原理后，参考教材上的实验步骤进行实验方案的设计。

4.3 设计实验方案 小组设计实验方案，鼓励学生不要拘泥于教材，进行实验方案的设计，完成表1。在鼓励学生按照自己的实验方案完成实验的同时，教师给出参考方案(表2)：

表1 学生小组实验方案设计表

表2 教师实验设计方案参考表

(注：“+ ”、“-”分表代表添加和没有添加)

4.4 实施实验 教师讲解所提供实验方案的操作步骤及注意事项，同时引导学生思考:加入CaCO3的目的是什么？怎样加快研磨的速度？画滤液细线为什么要重复2～3次、为什么要细齐直？层析时滤液细线能否触及层析液，为什么？(引导学生注意实验的操作细节，明确每一步操作的目的，以便自己进行实验时做到有的放矢)。

各小组按照自己设计的实验方案独立完成实验。及时记录实验中所出现的问题及解决方法。教师巡视学生的实验情况，对实验中出现的问题进行答疑解惑。对于共性错误可在全班强调，使学生的操作能够规范化。对学生可能出现的创新操作给予鼓励和支持。

对于学生在实验操作过程中所出现的问题，教师不要急于告诉学生答案，而是让学生结合小组间的实验进行比较分析，引导学生对于不同操作引起的不同现象深入思考讨论，理解应该怎样做，为什么这样做。

4.5 分析实验现象，得出探究结论 学生实验结束后，各小组派代表展示本组实验现象与结论，分析不同组别间实验现象和结果不同的原因，尝试对不同现象的原因进行分析。教师展示自己的实验结果与学生比较。提取的过滤液：1号试管为深绿色；2号试管为浅绿色；3号试管为浅紫色；4号试管为深紫色(图略)。层析结果为：滤纸条1可见4条色素带，自上向下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，画线处为浅绿色；滤纸条2上端无色，画线处为浅绿色；滤纸条3自上向下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，画线处为深紫色；滤纸条4上端为花青素，画线处为浅绿色(图1)。通过实验结果分析得出光合色素的脂溶性特点和花青素的水溶性特点，通过4组的层析结果分析得出绿色和非绿色叶片色素种类的不同以及4种光合色素在含量上的差异。

图1 4种滤液在不同条件下的层析结果

(注：滤纸条1可见4条色素带，自上向下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，画线处为浅绿色；滤纸条2上端无色，画线处为浅绿色；滤纸条3自上向下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，画线处为深紫色；滤纸条4上端为花青素，画线处为浅绿色)

5 教学反思

探究活动要有明确的教学目标；要有值得探究的问题或研究任务；要有民主的师生关系和求真求实的氛围。鉴于此本节教学增加了探究“苋菜等非绿色叶片色素的提取和分离”的活动，既明确了探究任务又提高了学生的探究兴趣。通过和谐民主的课堂氛围，鼓励学生不要拘泥于教材，大胆创新，按照自己的实验设计思路完成实验。这样做虽然不一定会出现理想的实验效果，但是正是由于学生的亲力亲为，学生才会倍加珍惜，留下的记忆才会更深刻。