创新实验教学 提升核心素养

李蕊

[摘 要]“绿叶中色素的提取和分离”实验是新人教版高中生物学的一个经典实验。为了提高实验的成功率，对实验材料与处理方法、画线方法、层析装置等加以改进。把改进的实验用于实际教学，从而更有效地提高教学效果。通过加强实验教学与理论教学的联系，进一步提升学生的核心素养。

[关键词]绿叶中色素的提取和分离;实验改进;核心素养

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）17-0097-03

“绿叶中色素的提取和分离”实验是新人教版高中生物学中学生必做的实验，其在历年高考和普通高中学业水平合格性考试中频繁出现。该实验安排在“捕获光能的色素和结构”内容之前，是一个“嵌入式”的验证性实验，一方面能够更好地将叶绿体的结构与光合作用知识相衔接，为学生后续学习光合作用做好铺垫;另一方面能够帮助学生直观感受和理解色素的种类和性质，使学生通过实验操作掌握提取和分离色素的技能。

在本实验的常规教学中，教师多是让学生按照教材中的实验步骤分步操作，这样做实验，点样难度大，且通过纸层析法得到的滤纸条无论是颜色还是色素带的宽窄都不太理想。经过反复的实验验证发现，对实验材料与处理方法、画线方法、层析装置等加以改进，可取得不错的实验效果。

一、实验改进

（一）实验材料与处理方法的改进

对于“绿叶中色素的提取和分离”实验，教材中选取的实验材料是新鲜的菠菜叶。菠菜是反季节蔬菜，由于受气温、光照等因素的影响，菠菜叶中的含水量和色素含量会发生变化。因此，在教学时教师可用其他材料替代菠菜叶。

通过对比菠菜、三叶草、韭菜等常见植物的色素提取和分离实验发现，三叶草的实验效果最佳，色素带清晰，颜色鲜艳，分布均匀。三叶草叶肉发达，含水量较低，充分研磨后，其滤液颜色浓绿。而且三叶草分布广，适应性强，生长周期长，方便实验随时取材。

甘肃省大部分地区的学校在教学此实验时正值12月份，如果要选择新鲜的菠菜叶作为实验材料进行实验会有明显的不足，对此可通过一些方法对菠菜叶进行处理，以改善实验效果。

不足：（1）新鲜的菠菜叶含水量较高，研磨后获得的滤液中有较多的水分，从而导致提取的色素液浓度低，质量差异大;（2）研磨法限制了对实验材料的选择;（3）按照教材中画滤液细线的方法（用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条滤液细线，待滤液干后，再重画一到两次）画线的结果是滤液细线不够明显，层析效果不佳（如图1）。

改进：在材料处理过程中，可以采用晾干处理和干粉法。晾干处理和干粉法所呈现的实验效果明显比研磨法好，具体如表1所示。

表1    实验材料处理方法

[处理方法 取材对比 材料

用量 酒精

用量 提取的滤液颜色 晾干处理（24小时） 绿色叶片晾干，减少水分 5 g 8 mL 浅绿色 干粉法 只要是绿色叶片都可做实验材料，50 ℃烘箱烘干 2 g 5 mL 深绿色 ]

實验改进后：（1）降低叶片含水量，提高叶绿素的浓度;（2）能够突破研磨法的材料限制，可对各种绿色叶片进行色素提取。

（二）画线方法的改进

教材中用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条滤液细线。但在实际操作中，我们很难用毛细吸管将滤液细线画得细、齐、直。最常见的现象是滤液细线前后不均匀，导致层析后色素带的分布不均匀，出现交叉现象。因此，运用毛细吸管画滤液细线存在不足。

不足：（1）研磨时加入的二氧化硅和碳酸钙容易堵塞毛细吸管;（2）滤液细线的起止端毛边现象明显;（3）毛细吸管末端不光滑，容易划伤滤纸。

改进：在实验操作中，可以尝试运用表2中的几种画线方法，其层析效果如图2所示。

通过比较发现三种方法色素带都比较明显，其中钢笔法和细棉线法效果好，色素带平整，载玻片法对应叶绿素带比较平整，并且三种方法操作起来更方便，能够克服毛细吸管画线法中堵塞、毛边、不光滑等问题。

（三）层析装置的改进

在用纸层析法分离色素时，层析装置的选择至关重要。教材中使用了烧杯加培养皿的实验装置，虽然简便但存在不足。

不足：（1）滤纸条放在层析液中会变软，会出现贴壁或者相互接触的情况，影响层析效果;（2）将培养皿盖在烧杯上时，会出现滤纸条移位或者脱离层析液的情况，影响实验效果。

改进：将烧杯加培养皿的实验装置改成悬空式装置（如图3-1），可用圆形定性滤纸制作悬空装置，盖在烧杯上，为了防止滤纸条移动，可将盖子用橡皮筋固定在烧杯口。

还可把铁丝搭在烧杯口，将滤纸上端对折挂在铁丝上，再盖上培养皿，进行悬挂式层析（如图3-2），这样可解决滤纸相互接触或者贴壁的问题。

改进后的层析装置与原装置相比，有以下优点：（1）操作简便，不会出现滤纸相互接触或者贴壁的现象;（2）可以同时进行多组对照实验，对比不同植物绿叶中色素的种类和含量或者对比相同植物在不同条件下叶片中色素种类和含量的变化;（3）可以很好地解决器材不足的问题。

（四）层析液的改进和回收处理

教材实验所使用的层析液是由20份石油醚、2份丙酮、1份苯混合而成，这三种物质的挥发性都很强，尤其是人体皮肤接触苯后非常容易吸收，苯对人体的危害更大。因此，对实验中层析液的改进和回收处理十分重要。

改进：用20份石油醚、2份丙酮配制的混合液代替教材实验中的层析液。这样改进，实验效果明显，不但减少了实验室有毒化学试剂的使用量，而且可避免学生实验时应用苯而存在的安全问题。

通过对新配制的层析液与已使用过的层析液进行实验对比发现，已使用过的层析液依旧可以回收利用，层析效果依旧比较明显，这样就可以避免药品的浪费，并且层析液的回收再利用也可以减少对环境的污染。

二、改进实验后的教学设计

（一）设计实验方案

实验前，教师收集素材并利用多媒体投影，让学生在分享和评价的过程中对实验的操作步骤和注意事项有更加深入的了解。在实验中，让学生利用不同的材料进行实验，通过对实验结果的分析对比，加强对色素的种类、含量等相关知识的理解与记忆。具体实验方案如图4所示。

（二）创设问题情境，设疑导入实验

教师创设问题情境：为什么大多数植物都是绿色的？色素有什么功能？如何获得绿叶中的色素？怎样研究色素的功能？引入绿叶中色素的提取和分离实验。

（三）讲解操作，明确要求

教师引导学生思考实验原理和实验试剂的关系，使学生掌握实验操作要点：（1）滤纸条要剪去两角以防止边缘效应;（2）画滤液线时，必须将滤液线吹干后再重复;（3）分离色素时，不能让滤液细线触及层析液。考虑到实验操作中所用的层析液挥发性强等因素以及学生的健康问题，实验需在通风条件下进行。

（四）分组实验，合作探究

将全班学生分成3组，每一组选择一种实验材料，采用3种画线方法，按照上述实验方案开展实验。在实验过程中，教师结合问题适时引导， 激发学生大胆猜想、主动探究，引导学生科学观察、比较分析。

（五）对比结果，分析总结

实验结束后，每组选出代表，将本组的滤纸条用多媒体展示出来，然后分析出现实验误差的原因，强调实验操作的规范性。每位学生对比分析不同材料、不同画线法所对应的实验，完成下列表格（如表3、表4）。

（六）教学反思与评价

通过对实验材料与处理方法、画线方法、层析装置的改进，使色素的提取和画滤液细线更容易进行;材料和药品消耗减少，符合节约的原则。在实验过程中，学生自主进行实验方案设计，交流展示实验结果，不仅锻炼了语言表达能力、合作探究能力、知识迁移能力，还提高了生物学学科核心素养。

三、改进后实验结果的应用

根据改进后的实验方法，引导学生进行正确操作，就可得到比较平整的色素带，实验效果比较理想。学生可以通过对照实验原理来分析实验结果，将实验结果应用于习题的解析。在高考和普通高中学业水平合格性考试中，经常会出现对纸层析法色素分离效果图（如图5）的分析，这就要求学生能熟记用不同层析装置做实验所得到的结果。

總之，通过对实验的改进，加深了学生对实验原理和实验操作方法的理解，激发了学生对高中生物学的学习兴趣，提升了学生的合作能力，培养了学生的生物学学科核心素养。

（责任编辑 黄春香）