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                “绿叶中色素提取和分离”实验中若干问题的再探究

                作者:第一论文网 更新时间:2016-9-7 11:21:39

                  高中生物必修课程中,有一个很重要的实验,即“绿叶中色素的提取和分离”。历年来,无论是在测试学业水平,还是在高考试题中,此实验出现的概率都较高。为了提高学生的学习积极性,同时也为了让学生更好地理解光合作用,了解色素的种类及颜色,必须把“绿叶中色素的提取和分离”实验做好。 
                  通过此实验,学生不仅掌握了提取和分离色素的具体方法,同时对绿叶中每个颜色的色素及色素的种类都有了很好的了解。通过这些实验,我们可以对教学方案进行改进,即实验让我们了解简单的过程,找出实验失败原因,以便调整实验的方案。 
                  一、改进教材实验原型及其效果 
                  首先,关于提取绿叶中的色素的实验步骤在教材中是这样操作的:称取5g绿叶,剪碎,放入研钵中,将无水乙醇10ml、碳酸钙和二氧化硅少许加入,然后研磨,要快速充分。研磨后,过滤研磨液,将滤液收集在密封试管中。但在实际的教学中,我们可以看到它的不足:不同的季节,新鲜绿叶有较高的含水量,由于水分较多,有机溶剂的浓度较低,色素提取浓度较低,减少了色素溶解量。因此,教材中,将5g绿叶称取,无水乙醇10ml加入,导致实验材料的浪费,加之琐碎的过滤过程,还会使色素大量流失。 
                  因此,我们可以改进实验:将10ml绿叶称取,剪碎,放入研钵中,放入碳酸钙少许,再将无水乙醇10 ml加入,然后研磨,要快速充分,在试管中迅速加入研磨滤液,试管口及时用塞子塞严。实验操作改进后,有三个优点:一是无水乙醇的挥发少了,因为研磨过滤器的使用将研磨的时间大幅度减少;二是试剂的使用节省了,二氧化硅未加入;三是实验简单了,因为“过滤”这一实验步骤被省去。 
                  其次,教材中关于制备滤纸条的过程是:把干燥定性滤纸一端剪去两个小角,并在距这端1cm处用铅笔画一条横线。在具体的实验过程中,不难发现较烦琐的用铅笔画的线。 
                  与教材中的实验规定比较,我们可以改进实验:距离滤纸条一端lcm处将其对折,形成折痕后,在这端将两个小角剪去。 
                  再次,分离绿叶中的色素实验教材中规定:在试管中倒进层析液适量,在层析液中轻轻地插入滤纸条,然后盖好培养皿。在具体的实验过程中,不难发现在层析液中插入的滤纸条靠烧杯壁很近,层析液在层析时挥发得很快,在层析液中色素容易溶解。 
                  与教材中的实验规定比较,我们可以改进实验:用刀将一个形状为圆形的硬塑料片中间划三条缝隙,作用主要是夹滤纸条,在塑料片缝隙中,夹入干燥好的滤纸条,将层析液适量加入到层析器中,在层析液中插入滤纸条。 
                  改进后的实验可以清晰地看到实验现象:四条色素带在滤纸条上明显地区分开,从下到上依次为:黄绿色,蓝绿色,黄色,橙黄色,即:叶绿素b,叶绿素a,叶黄素,胡萝卜素。通过更改实验设计的方案,学生做实验的严谨性得到提高,不仅如此,生物学科研的基本原则也得到了很好的体现。通过实验,学生真实清晰地看到了实验的结果,学生对知识的记忆也更加深刻。为了让学生对生物更有兴趣,使学生对生物知识可以更好地理解并且掌握,需要将教学情境创设得更加生动,这样,学生的科学思维才能得到启迪。有了科学的方法,学生的态度和价值观也会随之科学起来,生物学和学生得以共同发展。 
                  二、对实验选择失败中的材料进行讨论 
                  对失败的实验,我们要进行总结,其实有的实验不能顺利地完成,甚至完全失败,有很多的原因,其中选取实验材料不当是原因之一。在对材料的选择上,首先要选择相对简单的实验材料,一般是选择数量多、常见、容易取得的叶子;再次,色素的提取液浓度要高。在抽提色素实验所需的研磨材料中,应选择细胞水分少且深绿色的叶子,即表面没有或少有蜡质层。在某些植物的绿叶中,都有较高的有机酸含量,由于叶绿素性质很不稳定,若细胞破裂,叶绿素中的镁就会被细胞液内有机酸中的氢所取代,成为去镁叶绿素,颜色为褐色,从而对色素进行了破坏。对于去镁反应的发生可进行防止,因为有机酸可以被碳酸钙中和,但若碳酸钙的中和作用小于有机酸的含量,叶绿素被大量破坏的情况也会发生。例如,研磨后的筒篙、香菜叶都会出现褐变现象,且比较明显,所以在实验中,这类绿叶就不能使用。在教材中,提取和分离色素,选择的实验材料一般为菠菜。在实际操作中,有很多因素会造成提取液对色素的抽提效率降低,对层析产生不利影响。比如,菠菜不一定新鲜,叶片内有过高的含水量,叶片表面有水珠等因素。在提取及分离色素效果对比的资料中显示,采用新鲜叶片没有采用脱水叶片对比效果好。我们通过对上述情况进行多次的比较发现,对叶菜的选择上,韭菜和三叶草较为合适,取得较容易且价格不高。在进一步进行选择时,发现三叶草更具实验价值。三叶草比较常见,是一种草坪绿化植物,取得较容易,三叶草有较长的生长周期,除去隆冬和早春时节,其他季节可随时取用。另外,三叶草本身具有较发达的叶肉组织,肥厚的叶肉,浓绿的颜色,且含水量较少,色素含量较高,会出现色彩鲜艳的4条色素带。 
                  三、改进实验后的教学设计问题 
                  在教学中,“提取和分离绿叶中的色素”实验的重点和难点是:对叶绿体中的色素提取和分离进行探索。在学习叶绿体的结构和光合作用时,此知识点与其紧密相关,因此,“提取和分离绿叶中的色素”实验非常重要。 
                  1. 在探索中学生疑问的提出。 
                  教材中,具体的实验在上一节实验课时已经完成。做这个实验,很多学生的兴趣都很浓厚,做完实验后,也出现了很多问题。比如实验时,学生不能完全理解实验的过程,也有的学生做出的实验效果不明显,导致实验不理想。其中,各色素带的带宽不均匀,色素带重叠不能分开等问题比较突出。学生对其进行分析后,有一些改进的方法提出。比如:(1)能否将其他绿色植物的叶片作为实验材料? (2)对叶绿体中色素进行分离时,分离色素用圆形滤纸,用四氯化碳代替层析液的配制,实验的效果会相同吗?学生有了这些疑问,教师可利用一节实验课,让学生将实验物品准备好,设计实验,让学生自己去发现、探索,以解答心中的疑问。 
                  2. 教学的重点和难点。 
                  为了将学生观察、选择、判断、分析等思维能力进一步提高,需要通过实验对学生存在的一些困惑和疑问进行解决,对科学探索的一般方法和过程进行学习,是教学的重点。学生动手操作过程中不规范、准确性较低是教学的难点。 
                  3. 教学过程。 
                  课前准备:根据每个班学生的具体情况、学生对问题的提出总结等将学生分组。一般是将学生分为三个大组,再将每个大组分为四个小组,设定每个小组的人数为5人,选取一个大组的组长,一个小组的组长。根据学生提出的困惑和问题,选出本组的实验项目。每个大组中的四个小组做出的实验项目是相同的。每个小组都要进行实验项目记录表的填写,在实验中可能出现的情况,进行原因分析,小组成员一同查阅资料,共同讨论,进行实验设计,教师对学生设计的实验提出指导意见。 
                  实验过程:小组成员在小组长带领下,按照上节课学习的实验原理、步骤进行模拟,将已设计好的实验,有序安静地进行,相关的实验结果得出后,在小组间共同分析交流。各个小组及各个大组的同学相互讨论,并找出优点和不足。实验结束后,一定要将器材整理好。 
                  4. 教学评价。 
                  提高学生做实验的兴趣,帮助学生选择感兴趣的实验,对学生的实验进行指导并让学生亲自实践,在课堂上,提高了学生的主动参与性,将师生互动调动起来,双向交流。尊重学生,让学生自我思考,自我探索,自我表现的心理需求得到了充分的满足。这是生物实验教学要达到的目标。通过实验教学中的理论分析和具体实验过程的操作,培养了学生的思维逻辑性。对掌握知识的评价,解决问题的能力的评价等,是教学中对教师的主要评价。是否了解实验所用药品的性质和作用,对实验原理是否真正理解是教学中主要的学生自我评价内容。在实验过程中,同伴对实验的态度,其他同学做的实验是否完美,如何操作实验等是教学中主要的学生互评内容。

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