“绿叶中色素提取和分离”实验中若干问题的再探究

王磊

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。