江蘇省南京市雨花臺中學(210012) 朱慧娟

1 實驗教學背景

在以往實驗中,學生按教材方法進行操作時會出現(xiàn)以下問題:用毛細吸管畫濾液細線不齊,用教材層析裝置時濾紙翹起、或緊貼燒杯壁、或變軟后觸及層析液,造成實驗效果不好。另外,學生在實驗中提出了一些問題:①能否用其他的葉片做實驗材料,葉子出現(xiàn)黃色和紅色的原因是什么;②能否用水代替無水乙醇提取色素;③能否用酒精隔水加熱法提取色素。為了讓實驗現(xiàn)象更明顯,同時讓學生自己探究解決疑惑,筆者改變了實驗內(nèi)容和實驗方法,達到了預期的教學目標。

2 實驗教學目標

知識目標:理解色素提取和分離的原理和方法,歸納出綠葉中色素的組成、描述各試劑在實驗中的作用。

能力目標:通過對色素提取和分離操作方法的改進,提高分析和解決問題的能力。

情感態(tài)度與價值觀目標:通過探究各種葉片的色素種類,認同生物界的統(tǒng)一性;通過探究活動,養(yǎng)成交流與合作的意識,具備嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

3 實驗內(nèi)容設(shè)計

為了解決學生疑問,本實驗設(shè)計為3個探究活動,即探究實驗材料、試劑和其他可行的實驗方法。通過不同植物的葉片和同種植物不同葉齡的光合色素比較,理解葉片變紅變黃的原因;通過用水和無水乙醇進行實驗的比較,深刻理解實驗原理;通過不同提取方法比較,學會知識的遷移。

4 實驗方法設(shè)計與實施

4.1 實驗方法的改進

開展探究活動之前,先進行預備實驗比較,改進實驗的部分操作。

4.1.1 研 磨

通過對二氧化硅和白河沙的比較,發(fā)現(xiàn)白河沙研磨后過濾,不會進入濾液,濾液更清,因此研磨時改用白河沙。含水多的葉片研磨時,加入少量無水硫酸鈉。

4.1.2 畫濾液細線

多次實驗證明,將綠葉晾干,研磨時加入3 m L左右的無水乙醇,充分研磨后,在鉛筆畫線處對折,直接接觸研磨液的方法效果最佳,濾液細線既細直濃度又高,但此方法對用水浴法得到的提取液不適用。通過多種方法比較,最終發(fā)現(xiàn)采用用完的眼線筆芯和蓋玻片兩種方法畫線效果都不錯。考慮到蓋玻片在實驗室取材方便,確定用蓋玻片畫濾液細線。

4.1.3 層析液種類

對6種層析液分析比較,發(fā)現(xiàn)2種效果最佳,分別是石油醚∶丙酮∶苯＝20∶2∶1或石油醚∶苯＝10∶1。實驗中確定用石油醚∶苯＝10∶1的層析液。

圖1 層析裝置

4.1.4 層析液裝置

選用如圖1所示的裝置,將濾紙用工字釘固定于橡皮塞上,放置于廣口瓶中,濾紙條不會脫落,同時也能防止層析液的揮發(fā)。

4.2 分組實驗,實施探究

4.2.1 探究實驗材料

4.2.1.1 探究不同種葉的光合色素

(1)材料:黑藻、綠蘿、構(gòu)樹、菠菜、青菜、韭菜、紅葉李、三葉草。

(2)濾液比較結(jié)果如圖2所示。

(3)色素帶比較結(jié)果如圖3所示。

(4)結(jié)論:構(gòu)樹可以代替菠菜用來做演示實驗的材料,具有取材方便、葉片含水量少、實驗效果明顯的優(yōu)點。紅色葉子中也有葉綠素等光合色素,葉片為紅色的原因是液泡中含有一種水溶性的色素——花青素。

圖2 各種葉片研磨濾液比較

圖3 色素帶比較(第8條色素帶為紅葉李用水作為層析液結(jié)果)

4.2.1.2 比較同種植物不同葉齡的光合色素

(1)材料:不同葉齡的綠蘿,如圖4所示。優(yōu)點是短時間內(nèi)可同時獲取幼嫩、成熟、發(fā)黃3種不同的葉片。

圖4 不同葉齡的綠蘿

(2)濾液比較結(jié)果如圖5所示。

圖5 綠蘿濾液比較

(3)色素帶比較結(jié)果如圖6所示。

圖6 綠蘿色素帶比較

(4)結(jié)論:葉子變黃是由于葉綠素分解。

4.2.2 探究提取方法

(1)實驗材料與方法見表1。

表1 實驗材料與方法1

(2)濾液比較如圖7所示。

圖7 不同提取方法構(gòu)樹濾液比較

(3)色素帶比較如圖8所示。

圖8 不同提取方法構(gòu)樹色素帶比較(左:水浴;右:研磨)

(4)實驗結(jié)論

水浴法也能提取色素。

4.2.3 探究提取試劑

4.2.3.1 A 組

(1)實驗材料與方法見表2。

表2 實驗材料與方法2

(2)濾液比較結(jié)果如圖9所示。

圖9 不同提取試劑構(gòu)樹濾液比較

(3)色素帶比較結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同提取試劑構(gòu)樹色素帶比較(左:水;右:無水乙醇)

(4)結(jié)論:色素不溶于水,溶于有機溶劑無水乙醇。

4.2.3.2 B 組

(1)實驗材料與方法見表3(黑藻優(yōu)點:可以直觀觀察提取前后葉綠體的變化)。

表3 實驗材料與方法3

(2)濾液比較結(jié)果如圖11所示。

圖11 黑藻濾液比較

(3)色素帶比較結(jié)果如圖12所示。

圖12 黑藻色素帶比較(左:加無水乙醇;右:加水)

(4)細胞前后比較結(jié)果如圖13所示。

圖13 黑藻細胞前后對比圖(左:無水乙醇做提取液;右:水做提取液)

(5)結(jié)論:色素不溶于水,溶于有機溶劑無水乙醇。通過細胞的觀察,發(fā)現(xiàn)用無水乙醇提取后,葉綠體中色素消失,證明提取的色素來自葉綠體。

5 實驗延伸

利用實驗所得濾液,通過光盤小盒(用牙膏盒制造暗室和狹縫)觀察色素吸收光譜。

5.1 實驗背景

用三棱鏡做實驗效果不佳,教室難以創(chuàng)造暗室條件,對平行光要求高;由于光源面積大,需要大量濾液才能保證光線全部透過濾液。改進后,采用光盤小盒實驗時無論光線來源是什么,全部通過小狹縫進入盒內(nèi),排除了周圍環(huán)境的干擾,實驗現(xiàn)象非常明顯。

5.2 光盤小盒的制作

在牙膏盒的一端用裁紙刀劃一小狹縫,確保有光線能進入,再在牙膏盒兩側(cè)劃出放置光盤的狹縫,與牙膏盒長邊形成約45°夾角,小心地將光盤插入兩側(cè)狹縫中,在光盤反光面對應(yīng)的牙膏盒面上開一個小孔,用于觀察;再用剪刀將多余的光盤邊緣剪去;將不透光的紙包裹住整個裝置,只留上方的小狹縫,確保光線只來源于此,一個光盤光譜儀就制作完成,如圖14所示。使用時,將狹縫對準日光燈下,在光盤處可見按波長排列的單色光。再在狹縫上端放置濾液,繼續(xù)觀察、比較,即可得出濾液的吸收光譜。

圖14 光盤小盒

5.3 觀察結(jié)果

實驗結(jié)果如圖15所示。

圖15 日光燈光譜(左)和經(jīng)過濾液吸收后的日光燈光譜(右)

5.4 實驗結(jié)論

光合色素主要吸收紅光和藍紫光。

6 教學反思與自我評價

本實驗設(shè)計的優(yōu)點如下。

(1)對實驗內(nèi)容的創(chuàng)新:問題來源于學生,因此實驗內(nèi)容設(shè)計符合學生需求,讓學生自己設(shè)計實驗解決問題,體驗科學探究的過程。

(2)對實驗操作的創(chuàng)新,從研磨、畫濾液細線、層析的裝置上進行改進,讓實驗現(xiàn)象更加明顯清晰。

(3)材料易得,光盤、牙膏盒等都來自于生活中的廢棄物,有效利用身邊的資源。

在探究中,學生或許因結(jié)果不同而相互質(zhì)疑,或許因?qū)嶒炇《磸蛧L試,然而實驗的魅力就在于探索未知。