绿叶中色素的提取和分离实验是高中生物学中的一个重要实验，但其在具体操作过程中有一定的难度，虽然不少教师对其进行了改进，但仍存在一定的不足。在该实验准备过程中师生发现存在如下问题：一是白光色散后色素吸光现象不易观察；二是色素提取浓度不高；三是滤液细线难以画得细且直；四是滤纸条上光合色素带不明显；五是层析液有毒
［1］。为了解决这些问题，笔者引导兴趣小组学生查阅文献，设计改进方案，开展实际验证，最终总结出一套改进方案。
1 实验创新方案
1.1 自制分光镜并替代三棱镜对光进行色散演示
【人教版高中生物学必修一的内容及不足】将绿叶中的4种色素溶液，分别放在阳光和三棱镜之间，看到光被吸收的情况。但在实际验证中发现——现象不易观察。
在查阅相关文献基础上，笔者指导兴趣小组的学生自制分光镜替代三棱镜，并对光进行色散演示。
【分光镜的自制】选择DVD光盘，因其刻痕宽度为0.74 μm，相当于1 350线/mm，当光线照射在DVD光盘的刻痕上反射后，将会将光色散成不同颜色的光谱；为观察到色散现象，可用一面是黑色的硬纸板制成一个长方体（规格见
图1），再将DVD光盘斜插入长方体中，随后在其上挖取通光孔和观察窗，遂制成一个简易分光镜。
【演示说明】在太阳光或日光灯的光照条件下，通过观察窗即可观察到不同颜色的光谱；将新提取的色素提取液放置于通光孔处，即可通过观察窗看到红橙光和蓝紫光消失的现象，这说明光合色素主要吸收红橙光和蓝紫光。在演示过程中，配合多媒体的运用，就能将上述现象投影到大屏幕上，便于课堂观察。
1.2 采用水浴加热法获取色素提取液
兴趣小组学生将等量菠菜叶片分别置于清水和无水乙醇中进行水浴加热。其中，无水乙醇组学生发现：能将菠菜叶脱色，且脱色效果较好；而清水组学生却发现：不能脱色。实际上，提取色素方法可由教材上的研磨法改为水浴加热法——先将剪碎的叶片送入试管中，再向其中加入提取剂（无水乙醇）；用棉塞塞住试管口后，将试管置于70 ℃水浴锅中加热4 min，就可以提取色素。
1.3 运用涂布法画滤液细线
在实验过程中发现，滤液细线很难画得细且直。故而，兴趣小组学生通过不断摸索，发现涂布法的效果较好。其方法是：滴2滴滤液于载玻片上，用另一载玻片将滤液涂抹均匀，就像摊煎饼一样，摊成薄层即可；再将滤纸条对折后轻轻地蘸取滤液，待滤液干后，可重复蘸取多次，这样就获得了细且直的滤液细线。
1.4 层析装置及介质的改进
因为层析液易挥发且具有毒性，所以层析装置由试管加棉塞改成广口瓶加橡胶塞（
图2-a）；层析的介质除了使用滤纸条外，还可以使用薄层层析硅胶板，即在载玻片上涂一层薄的硅胶，再经活化处理，就制成了薄层层析硅胶板（
图2-b），其分离色素的原理与纸层析的原理一样，但灵敏度更高。
2 核心素养培养
2.1 生命观念、社会责任方面
禾下乘凉梦，一梦逐一生。2021年，高2 m的巨型稻在重庆试种成功，这标志着袁隆平院士禾下乘凉的梦更近了一步。水稻是我国重要的农作物，它将光能捕获并转化为化学能，而捕获光能的物质正是色素。在课堂上，笔者简单介绍袁隆平院士的超级水稻梦及水稻涉及的能量转化，就能在吸引学生关注前沿科学的同时，灌输节约粮食理念，并促其思考能量转化需要哪些相适应的结构。
笔者展示一瓶刚提取好的菠菜叶色素提取液，将其放在分光镜的通光孔上，学生通过观察窗就能直观观察到不同光谱被吸收的情况。利用课件展示叶绿素的分子结构，帮助学生理解绿色植物能够吸收太阳能的机理，并为太阳能转化为有机物中的化学能的学习埋下伏笔。
2.2 科学思维方面
滤液细线如何画得细且直？针对这一问题，笔者与学生一起采取“头脑风暴”方式思考问题，充分发挥学生的主观能动性。课堂上，引导学生将思路聚焦于滤液细线的细和直上，着重于从划线的材料方面进行改进，如介绍盖玻片拓印法、细线法和涂布法等实验方案。其中，盖玻片拓印法为：用盖玻片蘸取滤液，沿着铅笔线摁下；细线法为：用细的尼龙线蘸取滤液，沿着铅笔线印上去。
师生查阅文献时发现，层析的介质既可以是滤纸条，也可以是薄层层析硅胶板。在学生展示环节，依据课程进度，笔者请2～4位学生分享实验结果。课堂片段如下。
师：你的滤纸条上得到了哪些色素带？
生A：滤纸条上获得了4种色素带，从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
师：哪种色素扩散速度最快？4种色素扩散速度不同的原因是什么？
生B：胡萝卜素在滤纸条上的扩散速度最快。4种色素在层析液的溶解度不同，则扩散速度亦不同。
师：哪条色素带比较宽？色素带的宽窄意味着什么？
生C：叶绿素a最宽，其宽窄意味着色素含量的多少。
通过问题串，帮助学生理解分离色素的原理——不同色素在层析液中的溶解度不同，则溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。事实表明，在层层剖析原理的过程中，能够有效提升学生的科学思维能力。
2.3 科学探究方面
引导学生思考水浴加热法。试管中还需要加二氧化硅吗？因为二氧化硅会使研磨更加充分。但就该实验而言，显然不需要加二氧化硅。还需要加入碳酸钙吗？原因是碳酸钙能够保护色素，而叶绿素所处的环境具有微碱性，则研磨法会使细胞的结构遭到破坏，使微酸性的细胞内容物流出，最终叶绿素在酸性环境下会遭到破坏。
碳酸钙是一种强碱弱酸盐，微溶于水形成弱碱性，可以中和酸性的细胞内溶物。所以，采用研磨法的确需要加碳酸钙。那么，水浴加热法是否需要加碳酸钙呢？大部分学生认为，需要加。那么，不加碳酸钙，是否会受到明显的影响呢？若设计实验探究，实验的名称是什么？（探究水浴加热法中碳酸钙对色素提取和分离结果的影响）自变量是什么？（碳酸钙的有无）因变量如何观测？（比较滤纸条上色素带的种类及宽窄）这种采取层层递进的追问形式，会使学生高度关注实验设计的科学性，并结合问题设计出实验步骤，即可借此在课堂上进行实验，如
表1所示。
3 学生成果展示与反思
3.1 学生成果展示
采用新的技术后，滤液细线的确画得比较直，容易获得较清晰的色素带。师生可以观察到：叶绿素a和叶绿素b的色素带比较宽（
图3-a），原因是其含量比较多，这也是叶片为绿色的原因。另外，薄层层析硅胶板上得到了不止4种色素带，实际上由于硅胶板的灵敏度较高，除了滤纸条上出现的4种颜色的色素带外，还会出现脱镁叶绿素等色素带（
图3-b）
［2］。
3.2 反思
由于实验改进较多，以及学生对基础步骤的不熟悉，实验操作环节耗时较长。因此，在学生进行实验时，需要教师不断巡视，并及时给予帮助。学生实验应避免消耗过多时间，以便给学生汇报和互动生成环节留出充足的时间。在互动生成环节，学生的思维很活跃，会提出不少有意义的问题及解决方案。例如，有学生发现教材特别提到滤液细线应在层析液上方，如果被层析液浸没会有什么影响？实际上，实验操作过程中确实有小组出现此类错误，学生会发现滤纸条上将不能得到色素带。又如，研磨法不加碳酸钙对实验结果有什么影响？鉴于时间因素，课堂上可先讲解碳酸钙保护色素原理，课后再引导学生设计实验并开展相关探究活动，就会取得较好的效果。
通过对乙酸乙酯制备实验装置的改进、条件的控制、催化剂的选择等一系列的实验操作，实现了实验的可视化和直观化，旨在帮助学生加深对可逆反应原理的理解，明确实验条件的控制对科学研究的意义，并培养学生的动手实践能力和问题解决能力，促其端正实事求是的科学态度，进而提升其科学素养。
淮北市教育科学“十四五”规划2021年度课题“智慧课堂助力高中化学深度学习的研究”(HBJK2102009)
2023年安徽省教育装备课题“中学化学教师实验教学能力提升的实践研究”(ZB23117)
京公网安备11010202008535号
PDF
(536KB)
