視頻標(biāo)簽：色素的提取和分離

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視頻課題：《綠葉中色素的提取和分離》實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及拓展_廣西

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《綠葉中色素的提取和分離》實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及拓展_廣西桂林市桂林中學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

人教版 高中生物 《必修1》第五章第四節(jié)
“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與拓展  教學(xué)設(shè)計(jì)
廣西桂林市桂林中學(xué)  廖永梅
一、教材分析
本實(shí)驗(yàn)是人教版高中生物必修1《分子與細(xì)胞》第5章第4節(jié)《能量之源──光與光合作用》學(xué)生實(shí)驗(yàn)。葉綠體是植物光合作用的場(chǎng)所，做好葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生了解光合色素的種類(lèi)和作用，是對(duì)第3章細(xì)胞結(jié)構(gòu)知識(shí)的提升，是學(xué)習(xí)光合作用原理和應(yīng)用的基礎(chǔ)。按課標(biāo)安排1課時(shí)。
二、學(xué)情分析
學(xué)生在初中已學(xué)習(xí)了光合作用的有關(guān)知識(shí)。在前面第3章學(xué)習(xí)了細(xì)胞結(jié)構(gòu)，知道葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，對(duì)葉綠體中色素對(duì)光合作用的貢獻(xiàn)有濃厚的探究興趣。在實(shí)驗(yàn)操作方面，學(xué)生能進(jìn)行研磨和過(guò)濾等操作，但紙層析法是首次接觸，需要教師給予直觀正確的操作和示范，才能熟練掌握。本節(jié)課還涉及到許多理化知識(shí)，如光的色散現(xiàn)象和色素的吸收光譜，學(xué)生理解有一定困難。
三、教學(xué)目標(biāo)（學(xué)生達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo)）
1.知識(shí)目標(biāo)：（1）能概述綠葉中色素提取和分離的原理及方法
（2）明確光合色素的分布和種類(lèi)
（3）理解不同色素能夠吸收不同色光
2.能力目標(biāo)：（1）能獨(dú)立完成植物中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)
（2）能針對(duì)實(shí)驗(yàn)提出相關(guān)問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)施方案，完成探究過(guò)程
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：
（1）體會(huì)科學(xué)方法的應(yīng)用是探究的利器
（2）感悟探究過(guò)程，享受探究的樂(lè)趣
四、學(xué)法指導(dǎo)：合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。
五、教學(xué)重點(diǎn)：色素的提取和分離；色素吸收光譜的觀察與分析。
六、教學(xué)難點(diǎn)：色素提取液的畫(huà)線；光合色素吸收光譜的理解。
七、教學(xué)設(shè)計(jì)理念（依據(jù)）
1.布盧姆“認(rèn)知、技能、情感”三個(gè)目標(biāo)領(lǐng)域，預(yù)期學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。
2.皮亞杰的“建構(gòu)主義”教學(xué)理論；
3.美國(guó)行為心理學(xué)家馬杰關(guān)于教學(xué)設(shè)計(jì)的模式，解決三個(gè)問(wèn)題：
①把學(xué)生帶到哪里？②怎樣把學(xué)生帶到那里？③如何確信已經(jīng)把學(xué)生帶到那里？
4.新課標(biāo)的四大理念和高考大綱的“四大能力要求”實(shí)施有效教學(xué)。
 
八、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路

九、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)器材:
1.研缽、天平、剪刀、玻璃漏斗、尼龍布、50mL錐形瓶、玻璃棒、試管、保鮮膜、試管架、藥勺、10mL量筒、濾紙條、毛細(xì)吸管、250mL燒杯、硬紙蓋、鉛毛、尺子、超聲波清洗機(jī)、頭燈、鐵架臺(tái)、比色皿、泡沫臺(tái)、光盤(pán)、鑷子、滴管瓶。
2.無(wú)水乙醇、石油醚、丙酮、苯、碳酸鈣、二氧化硅。  
3.新鮮菠菜等。
（一）原課本實(shí)驗(yàn)分析：課本實(shí)驗(yàn)涉及4種試劑：無(wú)水乙醇、CaCO₃、SiO₂、層析液；5個(gè)步驟：稱(chēng)量→剪碎→研磨→過(guò)濾→層析。其過(guò)程繁瑣，操作耗時(shí)，實(shí)驗(yàn)中研磨的程度不易把握。色素提取液濃度不夠，層析效果不明顯。課本實(shí)驗(yàn)注重了技能的訓(xùn)練，忽視了探究性思維的培養(yǎng)。
（二）實(shí)驗(yàn)的四點(diǎn)改進(jìn)或創(chuàng)新
1. 創(chuàng)新一：優(yōu)化提取過(guò)程:超聲波提取法
使用超聲波清洗機(jī)，加速破壞葉肉細(xì)胞膜和雙層葉綠體膜，利于色素提取。改進(jìn)后的操作為：研磨1分鐘→超聲波處理3-5分鐘。不需添加二氧化硅和無(wú)水乙醇，超聲波具有加速顆粒沉降作用，提取液不需過(guò)濾，有效的實(shí)現(xiàn)了：簡(jiǎn)化程序，節(jié)省試劑，節(jié)約時(shí)間，提高效率；并且擴(kuò)大了選材范圍。

圖一  超聲波清洗機(jī)         圖二  研磨法  超聲波提取法
 
2. 創(chuàng)新二：改進(jìn)層析細(xì)節(jié):懸掛式紙層析
教材中采用燒杯和培養(yǎng)皿的方式，簡(jiǎn)便易行；缺點(diǎn)是濾紙層析后會(huì)變軟，易發(fā)生相互接觸或貼壁，再加蓋培養(yǎng)皿時(shí)也容易導(dǎo)致濾紙條移位，影響層析的效果。針對(duì)這些實(shí)際情況，學(xué)生利用廢棄硬紙片，裁剪成大于燒杯口徑的紙蓋，上面開(kāi)多條狹縫，將濾紙插入小縫，進(jìn)行懸掛式層析。有效解決以上困惑，且易得到平行色素帶。
以上兩項(xiàng)改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)更加便捷、順利！應(yīng)用超聲波提取法，層析后的4條色素帶非常明顯。進(jìn)一步體現(xiàn)了超聲波提取法的優(yōu)勢(shì)。
   
圖三             圖四
3. 創(chuàng)新三：自制分光裝置，探究光譜吸收
通過(guò)色素的提取和分離，學(xué)生對(duì)綠葉中光合色素的種類(lèi)、含量、顏色有了一定了解，但是還不能認(rèn)同色素吸收光能的事實(shí)，如何能直接看到色素吸收光譜的事實(shí)？教材中提到用三棱鏡將白光分成單色光，馬上有學(xué)生想到平常見(jiàn)到的光盤(pán)也能出現(xiàn)“彩虹”，豈不是也可以分光！他們找來(lái)光盤(pán)，把太陽(yáng)光反射到白色墻壁上，分出的七色光比較弱，不規(guī)則。為了方便觀察，學(xué)生找到鐵架臺(tái)，又想到家中所用的頭燈非常明亮，于是把頭燈固定在鐵架臺(tái)上，把光盤(pán)斜插在廢棄泡沫板上，調(diào)整角度，拉上窗簾，七色光非常清晰。分光的問(wèn)題解決了！我們把提取液裝入試管，把試管移到光源前面，希望看到相應(yīng)色光被吸收的現(xiàn)象，遺憾的是無(wú)論怎么調(diào)整角度，哪怕裝入的是清水，要么離光源太近，光發(fā)散繞過(guò)試管，墻上的七色光全部沒(méi)有變化；要么離光源稍遠(yuǎn)，形成一條黑影，都不能看到紅光和藍(lán)紫光單獨(dú)被吸收的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)教師查閱資料，引導(dǎo)學(xué)生用比色皿裝溶液查看吸光情況，問(wèn)題得到圓滿解決！
吸光結(jié)果展示：兩只比色皿，左邊裝的是無(wú)水乙醇，右邊是色素提取液，通過(guò)對(duì)比，學(xué)生很容易得出，色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光這個(gè)結(jié)論。
   
圖五  自制分光裝置            圖六 色素吸光結(jié)果
4．創(chuàng)新四：拓展問(wèn)題探究，培養(yǎng)探究能力
探究1：探究胡蘿卜中色素的種類(lèi)及光譜吸收情況
因胡蘿卜較硬，先用攪碎機(jī)打成小顆粒。用石油醚進(jìn)行超聲波提取。

圖七  胡蘿卜中色素與綠葉中色素層析的結(jié)果比較
 
圖八 胡蘿卜中色素與綠葉中色素的吸光情況
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：胡蘿卜提取液中只含有胡蘿卜素，胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。推測(cè)：葉綠素吸收紅光。
 
探究2：探究葉綠素的光譜吸收情況
資料：酸性條件下，葉綠素易受破壞，從而失去功能。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
   
圖九               圖十
結(jié)論：葉綠素可以吸收紅光。  
觀察分析：色素的熒光現(xiàn)象
       
圖十一                       圖十二
使用頭燈時(shí)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，光直射提取液時(shí)，溶液呈綠色，反射時(shí)，看到是棕紅色。對(duì)于葉綠素的這種熒光現(xiàn)象，教師沒(méi)有直接給出答案，鼓勵(lì)學(xué)生查閱資料，解釋機(jī)理，并對(duì)全班匯報(bào)說(shuō)明。
十、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程
上課，同學(xué)們好！
直接引入：今天我們來(lái)學(xué)習(xí)必修一第5章第四節(jié)光與光合作用，綠葉中色素的提取和分離,實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及拓展。首先，一起來(lái)回顧實(shí)驗(yàn)的原理：
提取的原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中，可用無(wú)水乙醇提取綠葉中的色素。
分離的原理：不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，溶解度低的擴(kuò)散得慢，從而把不同色素分離開(kāi)。
師：用什么方法來(lái)提取色素呢？
生1：我們組用的是研磨法。采用了無(wú)水乙醇、二氧化硅、碳酸鈣，操作過(guò)程為：稱(chēng)量-剪碎-研磨-過(guò)濾。
師：其他組都是用研磨法嗎？
生2：我們組用的是超聲波提取法，不需要加入二氧化硅，只需要輕微研磨30秒，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，超聲波處理3至5分鐘，就可以倒出提出液，不需要過(guò)濾。操作簡(jiǎn)單方便。
師：超聲波真的能提高綠葉中色素的提取濃度嗎？你們是如何開(kāi)展研究的？
生2： 我們首先假設(shè)：超聲波能提高綠葉中色素的提取濃度。
師：如何證明這個(gè)假設(shè)是否正確？你們的設(shè)計(jì)思路是？
生2：設(shè)計(jì)了兩組對(duì)照實(shí)驗(yàn)：一組研磨法；一組超聲波提取法。
師：根據(jù)你們的設(shè)計(jì)思路，其他同學(xué)想一想，可能有幾種實(shí)驗(yàn)結(jié)果？
生3：3種吧。如果A組比B組濃，說(shuō)明研磨法好；如果B組比A組濃，說(shuō)明超聲波提取法好；如果A、B組差不多，說(shuō)明兩種方法效果一樣。
師：到底哪一種預(yù)測(cè)符合實(shí)際情況呢？讓我們開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，尋找答案吧！
（教師下來(lái)巡視和指導(dǎo)！）
（1）對(duì)照組：稱(chēng)量－剪碎－研磨－過(guò)濾；
（2）實(shí)驗(yàn)組：稱(chēng)量－剪碎－超聲波
大部分組都做得差不多了，教師拿起兩組溶液的試管放在大家前面對(duì)比。
師：同學(xué)們都完成了實(shí)驗(yàn)，看，哪支試管色素更濃？
同學(xué)答：左邊那支！
師：嗯，這是超聲波的提取液，看來(lái)，第二個(gè)預(yù)測(cè)符合實(shí)際情況，假設(shè)正確。知道了超聲波能提高色素提取濃度，有同學(xué)還探究提高綠葉中色素提取濃度的最適功率。有請(qǐng)生4。
生4：首先，我們用的超聲波清洗機(jī)，它的功率是200W，功率使用可以從40%到100%調(diào)節(jié)，于是我們將課本實(shí)驗(yàn)，設(shè)置了7個(gè)組，用不同功率的超聲波提取，但是提取液沒(méi)有明顯的區(qū)別，都比較濃。我們很疑惑，什么原因呢？你們覺(jué)得是什么原因？
生5：可能是葉片太多了，色素濃度大，所以顏色沒(méi)什么區(qū)別。
生4：我們也分析到這點(diǎn)，降低了葉片質(zhì)量，從5克改為1克，繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。（PPT呈現(xiàn)圖片）現(xiàn)象很明顯，功率越大，色素濃度越大。這就是我們組探究出的結(jié)論！
師：這個(gè)組的研究很細(xì)致，很?chē)?yán)謹(jǐn)啊！感謝分享。
師：色素提取好了，我們接著分離色素。對(duì)于課本的紙層析，興趣小組也做了一點(diǎn)改進(jìn)。
各小組開(kāi)始劃濾液細(xì)線，層析！
（1）普通用培養(yǎng)皿蓋進(jìn)行層析
（2）懸掛式紙層析
師：為什么改進(jìn)后效果更好？
生6：我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，用培養(yǎng)皿蓋在燒杯上層析，濾紙條很容易貼在燒杯壁上，濾紙條之間也很容易重疊在一起，影響效果。我們把硬紙片剪成燒杯的蓋子，上面用小刀劃一些小孔，把濾紙條像這樣放進(jìn)去，可以進(jìn)行懸掛式層析，還可以隨時(shí)取出來(lái)，很方便！這就是我們組的一點(diǎn)改進(jìn)！
師：講得非常好！這個(gè)小細(xì)節(jié)的改進(jìn)非常有用！我們看到，綠葉中一共有幾種色素啊？
學(xué)生齊答：4種！
師：從上至下，分別是？
學(xué)生齊答：胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b
同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)，超聲波提取法得到的提取液確實(shí)色素含量更高！
師：我們知道，色素吸收光能，不同的色素吸收不同的色光，如何來(lái)確定綠葉中色素具體吸收什么類(lèi)型的色光呢？有請(qǐng)我們的發(fā)明家閃亮登場(chǎng)！
生7：（拿出裝置，介紹裝置組成。）我們這個(gè)裝置，利用了鐵架臺(tái)，頭燈、光盤(pán)，廢棄的泡沫板來(lái)制作的，打開(kāi)頭燈，光經(jīng)過(guò)光盤(pán)，可以分出七色光，把色素提取液放進(jìn)比色皿，（放在光源前面）大家仔細(xì)觀察，跟不放有什么區(qū)別？
生8：有些地方變暗了。
生7：紅光和藍(lán)紫光的地方變暗了！
師：是什么原因？
生9：可能色素吸收了紅光和藍(lán)紫光啊
師：有沒(méi)有可能是乙醇吸收了紅光和藍(lán)紫光？如何證明？
生10：再加一個(gè)乙醇的對(duì)照組看看！
生7：哈哈，我們也想到了！（把無(wú)水乙醇組放進(jìn)去，對(duì)比！）
生7：同學(xué)們看，無(wú)水乙醇組沒(méi)有變暗，色素提取液組的紅光和藍(lán)紫光被吸收了，說(shuō)明色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光！這就是我們小組和老師一起發(fā)明的分光裝置。
師：感謝發(fā)明家的分享！讓我們直接看到了色素吸收光譜的變化，有助于理解色素的主要功能。
師：我們知道不同的有顏色的生物組織中都含有色素，有同學(xué)用超聲波提取法，從胡蘿卜中也得到了一些提取液，想不想知道，里面含有什么色素啊？（想！）可能有什么色素？（胡蘿卜素！）用什么方法證明？
生11：紙層析試試看！
師：來(lái)，請(qǐng)大家把胡蘿卜提取液進(jìn)行紙層析。
師：層析結(jié)果怎么樣？請(qǐng)生11展示。
生11：（展示層析紙結(jié)果）通過(guò)對(duì)比，可以知道，胡蘿卜中含有胡蘿卜素，無(wú)葉綠素。
師：同學(xué)們，要不要看一下胡蘿卜素吸收什么光？來(lái)，你給大家演示下吧！
生11演示分光，指著白板上的分光情況，分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。
師：既然胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，那紅光是哪種色素吸收的呢？
生12：葉綠素吧
師：對(duì)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)葉黃素也主要吸收藍(lán)紫光，推測(cè)，紅光就是由葉綠素吸收的。
師：現(xiàn)在，讓我們來(lái)探究葉綠素的吸光情況吧！要從綠葉中分離純的葉綠素，不太容易啊。先看資料！請(qǐng)同學(xué)思考，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來(lái)探究葉綠素的光譜吸收情況呢？
師:生13,你們組準(zhǔn)備怎么做?
生13 我們?cè)O(shè)計(jì)了兩組,一個(gè)不加鹽酸的提取液作為對(duì)照組,一個(gè)加鹽酸的作為實(shí)驗(yàn)組。
師：好！其他組也是這個(gè)設(shè)計(jì)嗎？（齊答：是的）那你們組來(lái)操作，看一看實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
生13演示：兩支試管，一支加鹽酸，一支不加，振蕩一下，走下來(lái)給前兩排的同學(xué)看，問(wèn)：大家看，有什么改變？
生14：變黃了！
生13：溶液由綠色變成了棕黃色！
生13給大家演示下吸光情況。把加了HCL的和不加HCL的進(jìn)行分光！
生13：（指著白板上的分光）不加鹽酸組，紅光和藍(lán)紫光都被吸收了，加鹽酸組紅光沒(méi)有被吸收！通過(guò)資料，我們知道，加鹽酸主要是破壞葉綠素，葉綠素被破壞了，紅光不能被吸收，間接說(shuō)明，葉綠素可以吸收紅光。
師：分析很準(zhǔn)確！科學(xué)研究還表明，葉綠素也吸收藍(lán)紫光！
因此，結(jié)合這兩個(gè)探究，可以發(fā)現(xiàn)，類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光。
師： 哎，有一個(gè)組還躍躍欲試，看來(lái)還有一些發(fā)現(xiàn)，來(lái)，生15說(shuō)說(shuō)你們還有什么發(fā)現(xiàn)？
生15：我們有一個(gè)發(fā)現(xiàn)，讓我變給你們看！上來(lái)講臺(tái)，拿頭燈對(duì)著色素提取液直射，問(wèn)：什么顏色？---綠色！拿頭燈反射，問(wèn)：什么顏色？---棕紅色！
生15：很神奇吧！角度不一樣，顏色不一樣哦！我們查閱資料，發(fā)現(xiàn)這種就叫做葉綠素的熒光現(xiàn)象。由于葉綠素提取液吸收的綠光最少，因此我們用肉眼看到是綠色。葉綠素分子吸收光能后，就由能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)提高到能量較高的不穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)是激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，葉綠素就會(huì)將能量以紅光的形式發(fā)射出來(lái)，因此我們就會(huì)看到紅光。
師：解釋得很透徹！非常棒！  
實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到這里，相信同學(xué)們都掌握了綠葉中色素提取、分離的原理和方法，其中超聲波提取法和懸掛式紙層析優(yōu)化了提取過(guò)程，改進(jìn)了層析的細(xì)節(jié)，并且還有分光裝置的發(fā)明，利用這些裝置，同學(xué)們還進(jìn)行了一系列有意義的探究實(shí)驗(yàn)，希望同學(xué)們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)過(guò)程中，繼續(xù)保持這份探究的熱情，再接再厲，爭(zhēng)取更大的發(fā)現(xiàn)！
本節(jié)課就上到這里！下課，同學(xué)們?cè)僖?jiàn)！
十一、教學(xué)設(shè)計(jì)反思與自我評(píng)價(jià)

 
1．超聲波提取法的應(yīng)用簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，節(jié)省了試劑和時(shí)間，為后續(xù)的探究奠定了基礎(chǔ)。
2．光盤(pán)自制分光器的發(fā)明，使學(xué)生直觀的看到了色素吸光光譜的變化，有助于學(xué)生理解實(shí)證在科學(xué)研究中的重要意義。
3．學(xué)生能夠利用超聲波提取法和光盤(pán)自制分光裝置，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，交流展示研究成果，這些過(guò)程鍛煉了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，合作探究能力，知識(shí)遷移的能力，提高了學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，體現(xiàn)了自主、合作、探究的新課標(biāo)理念。
 

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