“胡萝卜素的提取”教学设计

甘中伟 陈 雄

（1 云南师范大学附属中学 云南昆明 650106 2 四川省绵阳中学实验学校 四川绵阳 621000）

1 教材分析

“胡萝卜素的提取”是生物选修《生物技术实践》专题6课题2的内容，课程标准的要求是“研究从生物材料中提取某些特定成分”。本模块强调：以学生为主体，通过实验设计和操作实践，学习科学探究。但由于中学实验室条件限制，高中教师几乎不开展 “胡萝卜素的提取”这一实验。本课题通过兴趣小组尝试设计、安装萃取实验装置提取胡萝卜素，将探究实验过程中错误的操作和正确操作流程整理成视频，课上介绍探究过程，突出本节课的重、难点 “胡萝卜素的提取”。本课题中还涉及到一种不同于教材的实验仪器“旋转蒸发仪”，通过观察、比较，学生加深了对于用萃取法提取植物有效成分的认识，增进对实验原理、流程的理解。

2 教学目标

1）知识目标：①胡萝卜素的性质；②写出胡萝卜素提取的实验流程，并分析影响萃取效率的因素。

2）能力目标：①根据不同的实验材料选择恰当的提取方法；②根据萃取法原理，设计提取胡萝卜素的实验操作过程。

3）情感态度与价值观目标：①形成严谨、科学、务实的态度和精神；②关注生物科学技术的发展；③提高团队合作意识。

3 教学重、难点

1）重点：胡萝卜素的提取，纸层析的操作。

2）难点：萃取法实验设备的原理及使用，胡萝卜素的提取。

4 教学过程

4.1 导入新课 教师简要介绍β-胡萝卜素对人体的作用，提供胡萝卜素图片及理化性质：橘黄色晶体粉末；不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂；挥发性差。思考：根据胡萝卜素的化学性质，提取胡萝卜素能否用水蒸气蒸馏法？原因是什么？

设计意图：运用所学知识（水蒸气蒸馏法）解决新问题。启发引导学生思考，展开学习，引出新课。

4.2 以视频录像创设探究情境，引发学生探究欲望 实验过程由学生自行设计、操作，在云南大学生物资源保护与利用重点实验室完成，视频录像、剪切等也由学生分工完成。整个实验过程中有许多操作错误，学生利用“导学案”习得知识找出错误的地方并给予纠正。以下为部分错误的实验操作流程，学生边操作边进行讲述。

4.2.1 胡萝卜的处理 取新鲜胡萝卜500 g，用清水清洗后沥干，再将胡萝卜切成小块烘干。烘干时温度尽可能高、时间尽量长。

4.2.2 胡萝卜素的萃取

1）仪器的组装：按照从上到下的顺序对仪器进行组装。

2）萃取剂的选择：现有石油醚，乙醇，乙酸乙酯，由于胡萝卜素易溶于有机溶剂，所以选取上述任意一种化学试剂都可作为萃取剂。

3）正式萃取：将选取的萃取剂与干燥胡萝卜随意混合，直接用酒精灯加热。30 min后完成萃取。

4.2.3 萃取液的浓缩 将萃取后的烧瓶固定在旋转蒸发仪上，通过真空泵使烧瓶内处于负压状态，烧瓶内溶液在负压状态下，通过旋转加热蒸发掉萃取有机溶剂。浓缩结束后，得到胡萝卜素粗品，用石油醚溶解。

4.2.4 胡萝卜素粗品的鉴定

1）制备滤纸：在洁净滤纸下端距底边1 cm处用铅笔做一基线，在基线上取A、B、C、D 4点。用滴管分别在B、C处缓缓滴入一滴萃取样品；在A、D处缓缓滴入一滴标准样品。用吹风机将溶剂吹开，保持滤纸干燥。

2）层析:将滤纸卷成圆筒状，使两端靠近，并放置在装有0.5 cm深石油醚的开放玻璃瓶中，色素完全分开后，取出滤纸使石油醚自然挥发。

3）观察、比较提取液与标准液在滤纸上扩散的痕迹。

设计意图：正确有效地回归教材，是课堂教学的重要内容。学生通过预习、辨析错误操作，培养自学能力、独立观察能力及语言组织、表达能力。

4.3 分析、解释错误的实验操作，自主构建新知学生以小组为单位，以抢答形式指出上述操作中的错误之处。教师最后按照操作顺序，通过设问帮助学生理解实验流程及操作中的注意事项。

4.3.1 胡萝卜的处理

1）实验材料胡萝卜应该如何处理？粉碎、干燥的目的是什么？（实验材料要进行粉碎，有利于原料与萃取剂充分接触，增大溶解度；干燥的目的是减少胡萝卜中水分含量，提高萃取效率。）

2）干燥的时间、温度有无特殊要求？原因是什么？（干燥的温度太高、时间太长会导致胡萝卜素分解。）

4.3.2 胡萝卜素的萃取

1）实验仪器应该按照什么顺序组装？烧瓶上方还要安装什么装置？其目的是什么？（实验仪器按照“从下到上”的顺序组装，烧瓶上方还要安装“回流冷凝装置”，防止加热时有机溶剂挥发。）

2）萃取剂的选择：本实验中选择石油醚，而不选另外2种有机溶剂的原因分别是什么？（乙醇是水溶性有机溶剂，因萃取中能与水混溶而影响萃取效果；乙酸乙酯沸点低于石油醚，加热萃取时易挥发，所以不选这2种有机溶剂。）

3）萃取剂的用量：选取的萃取剂与干燥胡萝卜能否随意混合？原因是什么？（萃取剂的使用量是影响萃取效率的主要因素之一，所以不能随意混合。）

4）萃取过程：应该如何加热萃取？萃取的时间、温度有无要求？原因是什么？（有机溶剂都是易燃物，所以采用水浴加热；一般来说，萃取温度高、时间长，需要提取的物质就能充分溶解，萃取效果就好。）

4.3.3 萃取液的浓缩 在萃取液浓缩之前，还要进行什么操作，其目的是什么？ （浓缩之前，还要进行过滤，除去萃取液中的不溶物。）

4.3.4 胡萝卜素粗品的鉴定

1）点样时的注意事项是什么？能否用滴管点样？如何正确操作？［点样时要快速细致；滴管点样加入的样品过多，形成的圆点直径过大，所以不能用滴管点样；正确操作是：用毛细吸管（或最细的注射器针头）点样，形成直径为2 mm左右的圆点，用吹风机将溶剂吹干，保持滤纸干燥，再重复点样3～4次。］

2）与较好层析结果（图1）相比较，较差层析结果（图2）中A，D处点样色素为什么移动加快、移动方向朝中间靠拢？（纸层析装置中滤纸筒的竖直边缘相互接触，因毛细管现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐。）

图1 胡萝卜素纸层析结果（较好）

图2 胡萝卜素纸层析结果（较差）

3）层析容器是否需要密闭，原因是什么？（石油醚易挥发，所以层析容器要密封。）

4.3.5 播放胡萝卜素的提取与鉴定实验正确操作录像

设计意图：创设问题的情境让学生更多地参与到教学中，引导学生一步步分析实验流程及注意事项，通过自己总结，加深对知识的理解和记忆，提升认知。学生在学习过程中体会到学习的成就感，找到学习的乐趣。

5 课堂小结

总结影响整个萃取效率的因素有哪些？通过思考影响萃取效率的因素，学生对知识进行梳理，进一步理解实验流程及相关注意事项。

6 课后思考题

1）设计一个实验，利用微生物发酵生产胡萝卜素；

2）设计实验探究萃取剂的性质和使用量对萃取效率的影响；

3）比较3种提取方法的优、缺点。

7 教学反思

本课题内容受到教学条件的限制，所以实验的准备、实施工作在大学实验室进行，兴趣小组的学生做了大量准备工作，提前开展实验，充分发挥了学生的探究能力、动手组织能力和团队协作能力。

学生以前在学习“胡萝卜素的提取”时，很难理解性记忆实验流程及相关操作的目的，有的学生甚至只能死记硬背。本节课通过播放、讲解2个视频录像片段《胡萝卜素提取的错误操作》、《胡萝卜素提取的正确操作》，将课题中的关键性环节、画面真实地带到课堂，课上学生积极参与到实验中，表现出高度的实验热情，有效地化解了实验过程繁琐的矛盾，极大提高了课堂教学的有效性，在发展和提高学生科学探究能力的同时，真正理解了知识的内涵。例如：纸层析法结果（图2）的解释，只有通过实验，才能更好理解纸层析装置中滤纸筒的竖直边缘为什么不能接触。

本课题探究过程中，使用了一种特殊仪器“旋转蒸发仪”（图3），通过控制实验条件，用一种仪器既进行了萃取实验，也能用真空泵使烧瓶内处于负压状态，完成萃取液浓缩过程，简化了实验的具体操作过程，促进了学生对“萃取法”实验流程的理解和掌握。

图3 旋转蒸发仪