《绿叶中色素的提取和分离》实验新设计
2017-02-16湖北应贞贞沈满弟
湖北 应贞贞 沈满弟
《绿叶中色素的提取和分离》实验新设计
湖北 应贞贞 沈满弟
《绿叶中色素的提取和分离》这节实验内容是学生对初中光合作用学习的进一步深入。这个阶段的学生本身对自然科学有着浓厚的兴趣和强烈的好奇心，通过开设多节实验课，高中学生已经具备基本的实验操作技能，而且高中学生自学、观察能力较强，教师要做的就是适当地调动和鼓励，创造各种条件，为他们的创意思维搭建平台，最终学会发现问题、解决问题。这节课原本为验证性实验，而我们将教材中渗透的问题进行对比和拓展，在课堂中生成并改进为探究性实验，将学生思维激活放大，从而促进学生对光合作用的思考和理解。
1 课前准备
1.1 观看视频，规范操作，质疑探究
学生活动：观看视频后纷纷提问：光照和温度会影响叶绿体中色素的含量吗？秋天叶片变黄的原因是什么？叶绿体中色素的功能是什么等等。然后按照兴趣2人一组，设计探究实验初稿。要求写出实验课题和实验方案。
老师活动：归类整理探究实验初稿，主要从运用本实验原理以及实验可行性，排除如探究榴莲色素含量等不可取的实验，确立3个实验课题。
1.2 完善实验设计
按照课题分组，各课题组成员利用课外活动时间聚在一起，老师进行指导，强调遵循单一变量原则，完善实验设计并填写在实验报告上。具体实验设计如下：
课题1（A组）探究温度对绿叶中色素含量的影响
实验设计：取长势相同的两盆绿萝，分别放在25℃和13℃的恒温实验室（空调房）中，日夜光照培养一周后，各取5克绿叶进行实验，观察实验现象。
课题2（B组）探究光照对绿叶中色素含量的影响
实验设计：取长势相同的两盆绿萝，均放在日光灯下日夜光照，其中一盆套上黑袋，放在相同且适宜的条件下培养一周后，各取5克绿叶进行实验，观察实验现象。
课题1和课题2设计意图：引导学生从生活中发现问题，学会设计实验，解决问题。
课题3（C组）探究叶绿体中色素的功能
实验设计：制备色素提取液后，利用平行光源让光透过三棱镜，再透过色素提取液后在白纸上成像，观察吸收光谱情况。
课题3设计意图：促进学生对光合作用过程的理解。
1.3 制备实验材料
接下来同学们挑选绿萝，按照实验方案进行，培养一周后，收集实验材料，走进实验室实验。
2 实验过程
2.1 规范实验操作
称量、研磨、过滤、制备滤纸条、划线、层析、观察实验现象，然后小组内相互交流，各小组之间相互交流。
2.2 成果分享
A组：实验现象：25℃下黄绿色和蓝绿色的带比13℃下的更宽；实验结论：低温导致叶绿素的含量减小。
B组：实验现象：光照下黄绿色和蓝绿色的带比套袋后的更宽；实验结论：弱光导致叶绿素的含量减小。
A、B组：光照和温度都影响叶片中叶绿素的含量，温度影响的更大；结合生活实际，说明秋天叶片变黄主要是温度影响叶绿素的含量。
2.3 C组探究叶绿体中色素的功能
该组实验最困难的就是对焦。先制备黄色大白菜叶的提取液，该提取液中主要含有类胡萝卜素，让太阳光穿过平行光源后再透过提取液后在白纸上成像，可明显观察到与周围色带相比少了蓝紫光。接下来换浓绿色大白菜叶提取液时太阳光减弱，且无法对焦，于是下午5点半，该组同学带着光源继续实验，不断尝试，终于成功，发现与周围色带相比明显少了红光和蓝紫光。同学们得出结论：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿体中的色素主要吸收蓝紫光和红光。但是有同学质疑：2次实验使用的光源不同，后面自带光源本身有颜色。我们需要借助精密的仪器来解决这个问题，分光光度计是最好的选择。第二天，我们又进入三峡大学实验室，使用分光光度计观察色素提取液的吸收光谱。可清楚观察到：色素的吸收峰值有两个：660纳米（红光）、400纳米～470纳米（蓝紫光），500纳米～550纳米（绿光）吸收的最少，波长小于390纳米的是紫外光。从而验证了我们实验结论的正确性。
3 实验延续
实验中，同学们以小组为单位细心观察，发现了许多问题，节选如下：
问题1：点样处仍留有1条色素带；
我们把提取液进行离心后再层析。两组层析结果对比，推测原因可能是由于提取过程中研磨不够充分，滤液中有一些未被破坏的叶绿体和叶肉细胞，不能随着层析液扩散，而堆积在点样处。
问题2：有的同学利用红枫叶进行实验，点样处有其他颜色的色素带；
推测原因是液泡中花青素随着细胞液流出，而且不溶解于有机溶剂，在层析时不会随着层析液扩散，从而堆积在点样处。
问题3：纸层析结果中叶绿素的颜色浅，带较窄，叶黄素几乎没有；
我们用同样的提取液划线再层析，再划线再层析。发现：是我们划线的次数较少导致色素含量少造成的。
问题4：层析后出现5条色素带，是不是发现了一种新的色素？
查阅资料：叶绿素和类胡萝卜素的种类很多，灵敏度较高的薄层层析就可以分离出6条色带，也有的同学认为可能是划线前后位置不一致造成。
问题5：究竟是哪种情况，我们能不能把这条带剪下来单独分析利用？
查阅资料：利用高效液相色谱仪进行色谱分析。
还发现：放置一段时间后，滤纸上各色素含量减少，温度低时，更明显，说明低温可加快叶绿体中色素分解。
学生还提出：猕猴桃中叶黄素的含量较多，能用本实验提取出来吗？
我们的实验未完待续，还可以继续探究，研究到底。
4 教学反思
本节实验课堂的教学法都是课堂中生成的：
教法：兴趣式指导学生分组探究；点拨式指导学生分析实验变量；矫正式指导学生动手实践规范操作，体现“在体验中成长，在探究中发展”这一教学理念。
学法：分组实验自主式探究、借用物理实验仪器、走进三峡大学实验室实验、交流展示、查阅资料从而体现了“主动参与、乐于探究、合作交流”的新学法理念。
实验的精髓在于细心观察发现问题，通过反复实验解决问题，这就是创新的前提，这个过程中逐步培养了学生的科学态度，从而具备一定的科学素养。
本节实验让学生亲历知识的发现和探索过程，在探究性活动中发现科学本质，深度理解事物之间的联系，让课堂成为有意义的学习场所。
（作者单位：湖北省宜昌市夷陵中学，湖北省宜昌市第一中学）
