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所屬欄目：模擬課、微型課及試講

視頻課題：第五屆全國高中生物實驗教學微課視頻錄像《壓榨+蒸餾—橘皮精油提取的改進探究》江西省贛州

教學設計、課堂實錄及教案：第五屆全國高中生物實驗教學微課視頻錄像《壓榨+蒸餾——橘皮精油提取的改進探究》江西省贛州中學高中生物

“壓榨+蒸餾”——橘皮精油提取實驗的改進探究
江西省贛州中學 李慶媛
 
一、使用教材
人教版生物選修一《生物技術實踐》專題六課題（一）
二、實驗器材
榨汁機、燒杯、漏斗、玻璃棒、離心機、圓底燒瓶、直行冷凝管、牛角管、錐形瓶、酒精燈、鐵架臺、滴管、收集瓶
三、實驗創新點/改進要點
1.選用化妝用吸油紙檢測肉眼難以分辨的微量精油；
2.結合贛南特色，選用臍橙、甜柚等多種材料進行實驗；
3.將壓榨法和蒸餾法進行整合，提高出油率、縮短實驗操作時間；
4.通過分析比較，讓學生體驗實驗室提取和工廠大規模生產的區別；
5.前往贛南師大臍橙中心和農夫山泉工廠學習實踐，進行情感態度價值觀教育。
四、             實驗原理/實驗設計思路
1.選用化妝用吸油紙檢測肉眼難以分辨的微量精油；
2.結合贛南特色，選用臍橙、甜柚等多種材料進行實驗；
3.去除白皮層，提高出油率；
4.將壓榨法和蒸餾法進行整合，提高出油率；
5.前往贛南師范大學國家臍橙工程技術研究中心進行成分鑒定；
6.體驗實驗室提取和工廠大規模生產的區別。
五、實驗教學目標（核心素養的培養）
1.    實驗與探究：通過改進精油提取實驗的教學，培養學生發現問題、解決問題、實驗設計與實驗探究的能力。
2.理性思維:根據教材，結合當地實際，綜合比較分析，制定實驗設計方案，拓展實驗思維。
3.生命系統觀:重新認識柑橘的果皮。
4.社會責任:通過教學改進和實驗動手操作，培養學生學以致用，科學聯系生活、科學服務當地經濟建設的意識和能力。
 
六、實驗教學內容
   本節內容為選修一的實驗之一，注重操作和技術，學生按課本方法進行操作，油水分層現象非常不明顯，更達不到“提取”的目的。所以，本節課以探究的一般方法為主線，引導學生發現問題，思考對策，實驗檢驗，再提問題，從而完成對課本實驗進行改進和再探。
七、實驗教學過程
（一）課前改進探究
引導學生按按課本方法和流程進行實驗操作，選用桔子作為實驗材料，進行分小組實驗，在實驗過程中遇到一系列問題，指導學生思考討論、大膽嘗試、提出改進意見，并操作實施。
【提出問題1】課本中用到的壓榨機為工業用手動壓榨機，需要耗費大量原料，在學校現有的實驗室條件下操作困難。
思考：選用小型榨汁機替代。
嘗試改進：選用家庭用小型榨汁機、豆漿機等替代；
結果：可以壓榨。
 
【提出問題2】：按課本操作，幾乎看不到水油分層的現象，這是為什么呢？
思考：看不到并不代表沒有，也許是油量過少，肉眼很難發現，如何檢測到微量的精油？
嘗試改進：找到一種物質，可以明顯區別油和水。
結果：一種常見的化妝用吸油紙（不吸水，吸油），能靈敏的區別水和油。（圖1）
 

圖1：吸油紙檢測水和油
 
【提出問題3】：用吸油紙對桔子離心液上層進行檢測，依舊看不到油跡。
思考：實驗材料是否合適？有沒有材料比桔子更合適作為實驗材料？
嘗試改進：選用家鄉特產贛南臍橙、南康甜柚為材料，與桔子一起壓榨并檢測。
結果：1.桔子無明顯油跡2.臍橙和甜柚出現了淡油跡。（圖2）
圖2：三種材料的油跡對比
【提出問題4】臍橙和甜柚出現了淡油跡，說明材料換得對。可是油跡還很淡，說明出油率低，如何再提高？
思考：觀察果皮結構，嘗試對操作的改進。
嘗試改進：觀察后發現果皮外側為黃皮層，含油囊，而內側為白色海綿組織，會吸附精油。提出改進意見為去除白皮層。（圖3）
結果：1.三種材料都出現了油跡；2.臍橙和甜柚的油跡加深，明顯好于桔子。（圖4）
圖3：去除白皮層，只保留黃皮層
圖4：去除白皮層后，三種材料檢測結果
 
【提出問題5】油跡雖然加深，但離心管內依舊無法看到水油分層，無法收集到精油，如何大幅度提高出油率呢？若采用出油率高的蒸餾法，則可能導致焦糊，如何克服？
思考：從焦糊的原因找突破口。
1.果皮的白皮層中含有大量纖維，纖維易燃，去除之減少焦糊。
2.提前破碎細胞，將物料變成小顆粒，水沸騰后上浮，不焦糊。
嘗試改進：將壓榨法和蒸餾法進行結合，在石灰水浸泡后，用家用榨汁機破碎細胞，然后轉移蒸餾，收集蒸餾液。（圖5）
結果：1.兩小時左右，能收集到1-2ml精油；
2.臍橙和甜柚的油量明顯高于桔子。
 
圖5：改進后的實驗流程圖
 
【提出問題6】原料和水的配比如何能較好的提取到精油呢？
思考：原料過多易焦糊，原料不夠則出油率不佳。
嘗試改進：多次試驗。
結果：100g果皮去白皮層，加250ml水，蒸餾2小時，得到1-2ml精油。（圖6）
圖6：三種材料采用新方法收集到的
（二）課堂環節
1.展示：（1）展示實驗改進過程，肯定學生勇于挑戰、敢于探索的精神；
（2）展示自己動手提取的精油，全方位感官刺激，鼓勵學生積極性；
2.交流：（1）交流實驗改進收獲；
（2）交流生活實際應用。
3.提出新問題，進行再探究
【再探1】有效成分是否在蒸餾中被破壞？
嘗試：送往贛南師范大學國家臍橙工程技術研究中心進行氣象色譜質譜分析；
結果：高溫下破壞了少量的香味分子，但主要成分檸檬烯含量豐富，不含色素和雜質，品質較純。（圖7）
圖7：氣象色譜質譜分析圖
【再探2】為何課本卻將橘皮精油的提取作為壓榨法的實例呢？
嘗試：走進農夫山泉贛州信豐工廠，了解實際生產中的壓榨技術原理
結果：工業生產要考慮成本、利潤等諸多因素，壓榨法經濟實惠、操作簡單，更廣泛應用于工業生產。（圖8）
圖8：學生參觀農夫山泉贛州工廠
 
八、實驗效果評價
1.實驗方面：通過實驗材料、實驗操作、技術方法等方面的改進，提高了出油率，效果明顯；同時，多次實驗后，發現最佳物料配比，實現從定性觀察轉為定量分析。
2.教學相長：在教學中，將課堂延伸到科研中心和工廠，拓寬了教學模式；在陪著學生一步步探究改進的過程中，教師也收獲頗多，收獲著教學相長。
3.學生收獲：學生在實驗過程中，不斷改進創新，提升了探究能力；在現象不明顯、假設失敗時能客觀分析，培養了理性思維；在參觀研發中心和知名企業后，萌發了振興家鄉的社會責任，最終落實了核心素養的培養。

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