“绿叶中色素的提取和分离”实验的创新设计

安徽省芜湖市第十二中学(241002) 吴志强

“绿叶中色素的提取和分离”这节实验内容是对初中学生光合作用学习的进一步深入。这个阶段的学生本身对自然科学有着浓厚的兴趣和强烈的好奇心，通过开设多节实验课，学生已经具备基本的实验操作技能，而且学生的自学、观察能力较强，教师要做的就是适当地鼓励学生，创造各种条件，为他们的创新思维搭建平台，让学生在学习中发现问题并解决问题。这节课原本为验证性实验，而笔者将教材中渗透的问题进行了对比和拓展，在课堂中改进为探究性实验，将学生的思维激活放大，从而促进学生对光合作用的思考和理解。

1 课前准备

1.1 观看视频，规范操作，质疑探究

学生观看视频后提出：光照和温度会影响叶绿体中色素的含量吗、秋天叶片变黄的原因是什么、叶绿体中色素的功能是什么等问题，教师让学生按照各自的兴趣2人1组，设计并探究实验，要求学生写出实验课题和实验方案。教师归类整理学生的探究实验初稿，从实验原理以及实验的可行性方面排除不可取的实验，确立了3个实验课题。

1.2 完善实验设计

按照课题分组，各课题组成员利用课外活动时间在教师指导下进行实验。具体实验设计如下。

课题1(A组)探究温度对绿叶中色素含量的影响。

实验设计：取长势相同的两盆绿萝，分别放在25 ℃和13 ℃的恒温实验室(空调房)中，日夜光照培养一周后，各取5 g绿叶进行实验，观察实验现象。

课题2(B组)探究光照对绿叶中色素含量的影响。

实验设计：取长势相同的两盆绿萝，其中一盆放在日光灯下日夜光照培养；另一盆套上黑袋，放在相同且适宜的条件下培养。一周后，各取5 g绿叶进行实验，观察实验现象。

课题1和课题2设计意图：引导学生从生活中发现问题，学会设计实验，解决问题。

课题3(C组)探究叶绿体中色素的功能。

实验设计：制备色素提取液后，利用平行光源让光透过三棱镜，再透过色素提取液后在白纸上成像，观察吸收光谱情况。

课题3设计意图：促进学生对光合作用过程的理解。

2 实验过程

2.1 规范实验操作

规范完成称量、研磨、过滤、制备滤纸条、划线、层析、观察实验现象等一系列实验操作后，然后小组内相互交流，各小组之间相互交流。

2.2 成果分享

A组实验现象：25 ℃时黄绿色和蓝绿色的色素带比13 ℃时的色素带更宽。实验结论：低温导致叶绿素的含量减小。B组实验现象：光照下黄绿色和蓝绿色的色素带比套袋后的更宽。实验结论：弱光导致叶绿素的含量减小。根据A、B组结论得出：光照和温度都影响叶片中叶绿素的含量，其中温度的影响更大；结合生活实际，说明秋天叶片变黄主要是温度影响叶片中叶绿素的含量。

2.3 C组探究叶绿体中色素的功能

该组实验最困难的就是对焦。先制备黄色大白菜叶的提取液，该提取液中主要含有类胡萝卜素，让太阳光穿过平行光源后再透过提取液后在白纸上成像，可明显观察到与周围色带相比少了蓝紫光。接下来用浓绿色大白菜叶提取液做实验时，由于太阳光减弱，且无法对焦，该组学生带着光源继续实验，不断尝试，终于成功。发现与周围色带相比明显少了红光和蓝紫光。学生得出结论：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿体中的色素主要吸收蓝紫光和红光。但有学生质疑：2次实验使用的光源不同，后面实验中的自带光源本身有颜色。需要借助精密的仪器来解决这个问题，分光光度计是最好的选择。第二天，笔者带领学生进入实验室，使用分光光度计观察色素提取液的吸收光谱。可清楚观察到：2个色素的吸收峰值：660 nm(红光)、400～470 nm(蓝紫光)，500～550 nm(绿光)吸收的最少，波长小于390 nm的是紫外光。从而验证了我们实验结论的正确性。

3 实验延续

实验中，学生以小组为单位细心观察，发现了许多问题。

问题1：点样处仍留有1条色素带，把提取液进行离心后再层析。两组层析结果对比，推测原因是由于提取过程中研磨不够充分，滤液中有一些未被破坏的叶绿体和叶肉细胞，不能随着层析液扩散，而堆积在点样处。

问题2：有的学生利用红枫叶进行实验，点样处有其他颜色的色素带。推测原因是液泡中花青素随着细胞液流出，而且不溶解于有机溶剂，在层析时不会随着层析液扩散，从而堆积在点样处。

问题3：纸层析结果中叶绿素的颜色浅，色带较窄，叶黄素几乎没有色带。于是用同样的提取液划线再层析，再划线，再层析，发现是由于实验时划线的次数较少，导致色素含量少造成的。

问题4：层析后出现5条色素带，是不是发现了一种新的色素？查阅资料：叶绿素和类胡萝卜素的种类很多，灵敏度较高的薄层层析就可以分离出6条色带，也有的学生认为可能是划线前后位置不一致造成的。

问题5：问题4中的现象究竟是哪种情况造成的，我们能不能把这条色素带剪下来单独分析利用？查阅资料：利用高效液相色谱仪进行色谱分析。发现放置一段时间后，滤纸上各色素含量减少，温度低时更明显，说明低温可加快叶绿体中色素分解。

此外，“绿叶中色素的提取和分离”实验，在完成规定的要求后，一般会剩余一些色素滤液。利用剩余的色素提取液进行色素吸收光谱的探究是一个不错的选择。初中物理学习过，太阳光通过三棱镜可以得到7种颜色的连续光谱。利用剩余的色素滤液探究色素主要吸收光谱实验也是一件有趣和有意义的事情。在实践操作中，如果效果不明显可以对溶液进行不同程度的稀释或加强光照。

4 教学反思

“绿叶中色素的提取与分离”实验的改进和创新是实施素质教育和创新教育的重要途径之一。本节实验课的教学体现“在体验中成长，在探究中发展”这一教学理念。在方法上，采取分组实验自主式探究、借用物理实验仪器实验、交流展示、查阅资料等方法，从而体现了“主动参与、乐于探究、合作交流”的新方法理念。实验的精髓在于细心观察发现问题，通过反复实验解决问题，这就是创新的前提，在这个过程中逐步培养学生的科学素养。

实验的进步是从实验操作中获得的，上述的实验改进是笔者在查阅相关资料及实验后的感悟。作为生物教师应认识到生物实验在培养学生生物科学素养中的重要地位。同时，要勇于创新，大胆实践，发挥自己的创新能力进行探究性实验,探索新型实验模式。