“胡萝卜素的提取”实验教学设计与实施

龙 佳 （湖北省宜昌市葛洲坝中学 湖北宜昌 443000）

1 实验内容分析

1.1 实验地位 高中生物学科教材选修1专题6涵盖了提取植物有效成分的3种最基本的技术：蒸馏、压榨和萃取，其中课题2关注萃取技术的学习。萃取技术在植物有效成分的提取中适用性广，学习这项技术，能加深学生对植物有效成分的认识，增进对实验原理的理解。

本节内容中，胡萝卜素的功效与学生日常生活紧密联系，教育学生热爱生活，关注自身健康。萃取技术与化学知识存在交融之处，可培养学生多学科知识综合运用的能力和素养。纸层析法旧知新用，为培养学生运用类比推理的方法学习新事物、新知识的理性思维能力提供良好的契机。动手操作，将理论学习运用于指导实践，落实新课程标准下学生学科核心素养的培养。

1.2 实验目标

1）知识目标：掌握提取胡萝卜素的基本原理；并熟练运用纸层析法鉴定胡萝卜素。

2）能力目标：通过分层设问，引导学生学会运用类比推理等理性思维方法学习新事物、新知识，通过合作探究分析实验失败的原因并尝试改进。

3）情感态度与价值观目标：培养学生乐于合作、乐于探究的良好理性思维能力和科学探究精神。

1.3 教法分析

1.3.1 学情分析 本节内容为高二下学期的学习内容，通过前面的学习，学生已经具备以下学习基础：通过高中生物学科教材必修1中实验“绿叶中色素的提取和分离”的学习，学生掌握了常见的分离技术——纸层析法的原理，为胡萝卜素的鉴定实验的学习打下基础。通过化学学科的学习，学生熟悉化学实验中常见的实验设备，例如蒸馏装置、回流冷凝装置等，初步了解常见有机溶剂的基本性质。同时，学生还具备一定的观察、比较、分析及动手操作能力，可较好地完成教师精心设置的任务及实验操作。高中阶段的学生乐于学习、乐于合作探究，具备实事求是的态度。

1.3.2 授课理念 基于高中生物学科核心素养的内容，培养学生在层层设问中完成理论知识的学习，体验“跳一跳，够得着”的学习过程和解决问题后的成就感；教师引导学生完成实验操作，落实培养学生的创新意识和实践能力；感受生活与生物、学科与学科知识交融的乐趣与魅力。

2 实验准备

2.1 实验材料与设备 标准β-胡萝卜素试剂，新鲜胡萝卜，胡萝卜粉末（多数学校实验条件有限，没有恒温干燥箱等实验设备时，教师可提前制备粉碎干燥的胡萝卜粉末供学生使用，本文采用此方法），石油醚，层析液，滤纸，毛细管，烧瓶，铁架台，酒精灯，冷凝管，大烧杯，培养皿，冷凝回流装置，漏斗，玻璃棒，温度计，铅笔，直尺等。

2.2 实验报告单

表1 胡萝卜素的提取和分离实验结果报告单

2.3 实验评价量表（表2）

表2 胡萝卜素的提取与分离实验评价量表［1］

3 教学过程

3.1 创设生活情境，导入新课内容 由教师展示新鲜胡萝卜和胡萝卜素片剂，播放学生录制的关于胡萝卜素功效的小视频，引导学生观察视频中盛放胡萝卜炒肉丝盘子中油的颜色，从而引出萃取法的定义。学生通过倾听、观看、观察、思考、分析，激发学习兴趣。

3.2 讲解实验原理，指导操作方法 教师根据本节内容及教学要求，精心设置六大组14个小问题进行分层设问，以问题为驱动，以小组抢答为基本形式，帮助学生理性思维的养成，有效完成理论知识的梳理，为实验操作奠定良好的基础。

核心问题组1：萃取剂的选择。

问题1：如何选取萃取剂？（幻灯片展示2类萃取剂：水溶性萃取剂：乙醇、丙酮；水不溶性萃取剂：石油醚、乙酸乙酯、乙醚、苯、四氯化碳。）

问题1.1：水溶性有机溶剂能用于胡萝卜素的萃取吗？为什么？

问题1.2：在水不溶性有机溶剂中，哪种最适宜用于提取胡萝卜素？

（幻灯片展示：不同试剂的沸点不同。石油醚，乙酸乙酯，乙醚，苯，四氯化碳的沸点分别是：90～120℃，77℃，35℃，80℃和 76℃。）

问题2：还有哪些因素会影响萃取的效果？如何使萃取效果最佳？（归纳得出胡萝卜素的提取实验流程。）

核心问题组2：关于萃取操作过程的理解（幻灯片展示萃取装置如图1）。

图1 提取胡萝卜素的装置［2］

问题3：萃取过程应该如何加热？其原因是什么？

问题4：在加热瓶口安装冷凝回流装置的目的是什么？

核心问题组3：关于浓缩操作过程的理解（幻灯片展示冷凝装置如图2）。

图2 浓缩装置［2］

问题5：你曾经在什么实验中使用过此装置？做何用？

问题6：该装置为什么可以进行浓缩？蒸馏冷凝进入锥形瓶是什么成分？留在圆底烧瓶中的是什么？（幻灯片提示：萃取剂石油醚的沸点：90～120℃；胡萝卜素的沸点：654.7℃。）

核心问题组4：回顾实验“绿叶中色素地提取和分离”（人教版高中生物学教材必修1第5章第4节“能量之源——光和光合作用”）。

问题7：绿叶中色素提取和分离的原理是什么？

问题8：分离的方法是什么？

问题9：分离的结果是怎样的？共有几种色素？从下往上的条带中分别是什么色素？

核心问题组5：运用类比推理理解并归纳纸层析法鉴定胡萝卜素实验中的注意事项，培养理性思维能力（幻灯片展示实验基本操作步骤，并展示2组装置，图3）。

图3 2组层析装置［2］

问题10：这2套装置有什么区别？你能找到哪些不同？

问题11：这些不同之处对实验结果是否有影响？是如何影响的？

问题12：还有哪些操作可能影响实验结果？（针对毛细现象对实验的影响，教师可进行演示实验帮助学生理解。由教师准备2张层析用的滤纸条，卷成桶状，一张将滤纸边缘相互接触，固定；另一张让边缘保留一定的距离，固定。取红墨水模拟层析液，请学生协助完成实验，让2组滤纸条进行层析，引导学生观察结果。）

核心问题组6：纸层析法鉴定胡萝卜素的实验结果分析（幻灯片展示实验结果图例，图4）。

问题13：怎样的实验结果说明胡萝卜素提取成功？

问题14：如果提取到的胡萝卜素不纯将出现怎样的结果？

图4 胡萝卜素的纸层析结果示意图［2］

3.3 学生分组实验，教师巡视引导 学生按日常学科小组进行分组实验，观察并记录实验现象及结果，如实完成实验报告单，教师巡视指导［3］。

本实验的步骤较多，涉及较多仪器和试剂，在有限的教学时间内完成实验，教师可根据实际情况稍作调整。例如受没有恒温干燥箱等实验仪器的限制，教师可提前制备粉碎干燥的胡萝卜粉末，这样能节省时间，更好地让学生突破本实验中的关键操作步骤。本节课着重引导学生关注萃取、浓缩和鉴定3个操作步骤。学生分小组进行实验，可更好地分工合作。一名学生搭建装置的同时，另一名学生可准备相关试剂和材料。在实验过程中，学生相互沟通，相互交流，不仅可增进学生的团队协作意识，也能让学生在合作探讨中进行思想碰撞，利于创新意识的形成。通过实验操作，培养学生基本的实验操作技能、创新合作意识，真正落实学生学科核心素养的培养。

3.4 实验结果分析，小组表达交流 学生以小组为单位进行结果展示和汇报，教师引导学生进行实验结果分析，并尝试得出相应的结论，进一步帮助学生梳理和夯实实验中的操作注意事项，完成理论指导实践、实践深化理论的过程，内化教材知识，达成本节课教学目标。

3.5 引导学生归纳小结，完成实验评价量表 学生完成本节实验的评价量表（表2），教师进行汇总。

4 实验评价方式

根据实验评价量表（表2），从课前预习、课上参与度、实验操作、实验结果分析、实验安全等多个维度进行综合评价［4］。在评价过程中，以鼓励为主，注重培养学生热爱科学、乐于思考、乐于创新的理性思维能力和科学探究精神。