学年人教版必修1绿叶中色素的提取和分离 教案.docx

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学年人教版必修1绿叶中色素的提取和分离教案

“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进与拓展教学设计

一、教材分析

本实验是人教版高中生物必修1《分子与细胞》第5章第4节《能量之源──光与光合作用》学生实验。

叶绿体是植物光合作用的场所，做好叶绿体中色素的提取和分离实验，有助于学生了解光合色素的种类和作用，是对第3章细胞结构知识的提升，是学习光合作用原理和应用的基础。

按课标安排1课时。

二、学情分析

学生在初中已学习了光合作用的有关知识。

在前面第3章学习了细胞结构，知道叶绿体是进行光合作用的场所，对叶绿体中色素对光合作用的贡献有浓厚的探究兴趣。

在实验操作方面，学生能进行研磨和过滤等操作，但纸层析法是首次接触，需要教师给予直观正确的操作和示范，才能熟练掌握。

本节课还涉及到许多理化知识，如光的色散现象和色素的吸收光谱，学生理解有一定困难。

三、教学目标（学生达成的学习目标）

1.知识目标：

（1）能概述绿叶中色素提取和分离的原理及方法

（2）明确光合色素的分布和种类

（3）理解不同色素能够吸收不同色光

2.能力目标：

（1）能独立完成植物中色素的提取和分离实验

（2）能针对实验提出相关问题，设计并实施方案，完成探究过程

3.情感态度与价值观目标：

（1）体会科学方法的应用是探究的利器

（2）感悟探究过程，享受探究的乐趣

四、学法指导：

合作学习、探究学习。

五、教学重点：

色素的提取和分离；色素吸收光谱的观察与分析。

六、教学难点：

色素提取液的画线；光合色素吸收光谱的理解。

七、教学设计理念（依据）

1.布卢姆“认知、技能、情感”三个目标领域，预期学生的学习结果。

2.皮亚杰的“建构主义”教学理论；

3.美国行为心理学家马杰关于教学设计的模式，解决三个问题：

①把学生带到哪里？

②怎样把学生带到那里？

③如何确信已经把学生带到那里？

4.新课标的四大理念和高考大纲的“四大能力要求”实施有效教学。

八、实验教学设计思路

九、实验教学内容

实验器材:

1.研钵、天平、剪刀、玻璃漏斗、尼龙布、50mL锥形瓶、玻璃棒、试管、保鲜膜、试管架、药勺、10mL量筒、滤纸条、毛细吸管、250mL烧杯、硬纸盖、铅毛、尺子、超声波清洗机、头灯、铁架台、比色皿、泡沫台、光盘、镊子、滴管瓶。

2.无水乙醇、石油醚、丙酮、苯、碳酸钙、二氧化硅。

3.新鲜菠菜等。

（一）原课本实验分析：

课本实验涉及4种试剂：

无水乙醇、CaCO3、SiO2、层析液；5个步骤：

称量→剪碎→研磨→过滤→层析。

其过程繁琐，操作耗时，实验中研磨的程度不易把握。

色素提取液浓度不够，层析效果不明显。

课本实验注重了技能的训练，忽视了探究性思维的培养。

（二）实验的四点改进或创新

1.创新一：

优化提取过程:

超声波提取法

使用超声波清洗机，加速破坏叶肉细胞膜和双层叶绿体膜，利于色素提取。

改进后的操作为：

研磨1分钟→超声波处理3-5分钟。

不需添加二氧化硅和无水乙醇，超声波具有加速颗粒沉降作用，提取液不需过滤，有效的实现了：

简化程序，节省试剂，节约时间，提高效率；并且扩大了选材范围。

图一超声波清洗机图二研磨法超声波提取法

2.创新二：

改进层析细节:

悬挂式纸层析

教材中采用烧杯和培养皿的方式，简便易行；缺点是滤纸层析后会变软，易发生相互接触或贴壁，再加盖培养皿时也容易导致滤纸条移位，影响层析的效果。

针对这些实际情况，学生利用废弃硬纸片，裁剪成大于烧杯口径的纸盖，上面开多条狭缝，将滤纸插入小缝，进行悬挂式层析。

有效解决以上困惑，且易得到平行色素带。

以上两项改进，使实验更加便捷、顺利！

应用超声波提取法，层析后的4条色素带非常明显。

进一步体现了超声波提取法的优势。

图三图四

3.创新三：

自制分光装置，探究光谱吸收

通过色素的提取和分离，学生对绿叶中光合色素的种类、含量、颜色有了一定了解，但是还不能认同色素吸收光能的事实，如何能直接看到色素吸收光谱的事实？

教材中提到用三棱镜将白光分成单色光，马上有学生想到平常见到的光盘也能出现“彩虹”，岂不是也可以分光！

他们找来光盘，把太阳光反射到白色墙壁上，分出的七色光比较弱，不规则。

为了方便观察，学生找到铁架台，又想到家中所用的头灯非常明亮，于是把头灯固定在铁架台上，把光盘斜插在废弃泡沫板上，调整角度，拉上窗帘，七色光非常清晰。

分光的问题解决了！

我们把提取液装入试管，把试管移到光源前面，希望看到相应色光被吸收的现象，遗憾的是无论怎么调整角度，哪怕装入的是清水，要么离光源太近，光发散绕过试管，墙上的七色光全部没有变化；要么离光源稍远，形成一条黑影，都不能看到红光和蓝紫光单独被吸收的现象。

经过教师查阅资料，引导学生用比色皿装溶液查看吸光情况，问题得到圆满解决！

吸光结果展示：

两只比色皿，左边装的是无水乙醇，右边是色素提取液，通过对比，学生很容易得出，色素主要吸收红光和蓝紫光这个结论。

图五自制分光装置图六色素吸光结果

4．创新四：

拓展问题探究，培养探究能力

探究1：

探究胡萝卜中色素的种类及光谱吸收情况

因胡萝卜较硬，先用搅碎机打成小颗粒。

用石油醚进行超声波提取。

图七胡萝卜中色素与绿叶中色素层析的结果比较

图八胡萝卜中色素与绿叶中色素的吸光情况

实验结果：

胡萝卜提取液中只含有胡萝卜素，胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

推测：

叶绿素吸收红光。

探究2：

探究叶绿素的光谱吸收情况

资料：

酸性条件下，叶绿素易受破坏，从而失去功能。

实验设计：

实验结果：

图九图十

结论：

叶绿素可以吸收红光。

观察分析：

色素的荧光现象

图十一图十二

使用头灯时，同学们发现，光直射提取液时，溶液呈绿色，反射时，看到是棕红色。

对于叶绿素的这种荧光现象，教师没有直接给出答案，鼓励学生查阅资料，解释机理，并对全班汇报说明。

十、实验教学过程

上课，同学们好！

直接引入：

今天我们来学习必修一第5章第四节光与光合作用，绿叶中色素的提取和分离,实验的改进及拓展。

首先，一起来回顾实验的原理：

提取的原理：

绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇提取绿叶中的色素。

分离的原理：

不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的扩散得慢，从而把不同色素分离开。

师：

用什么方法来提取色素呢？

生1：

我们组用的是研磨法。

采用了无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙，操作过程为：

称量-剪碎-研磨-过滤。

师：

其他组都是用研磨法吗？

生2：

我们组用的是超声波提取法，不需要加入二氧化硅，只需要轻微研磨30秒，打开开关，超声波处理3至5分钟，就可以倒出提出液，不需要过滤。

操作简单方便。

师：

超声波真的能提高绿叶中色素的提取浓度吗？

你们是如何开展研究的？

生2：

我们首先假设：

超声波能提高绿叶中色素的提取浓度。

师：

如何证明这个假设是否正确？

你们的设计思路是？

生2：

设计了两组对照实验：

一组研磨法；一组超声波提取法。

师：

根据你们的设计思路，其他同学想一想，可能有几种实验结果？

生3：

3种吧。

如果A组比B组浓，说明研磨法好；如果B组比A组浓，说明超声波提取法好；如果A、B组差不多，说明两种方法效果一样。

师：

到底哪一种预测符合实际情况呢？

让我们开始实验，寻找答案吧！

（教师下来巡视和指导！

）

（1）对照组：

称量－剪碎－研磨－过滤；

（2）实验组：

称量－剪碎－超声波

大部分组都做得差不多了，教师拿起两组溶液的试管放在大家前面对比。

师：

同学们都完成了实验，看，哪支试管色素更浓？

同学答：

左边那支！

师：

嗯，这是超声波的提取液，看来，第二个预测符合实际情况，假设正确。

知道了超声波能提高色素提取浓度，有同学还探究提高绿叶中色素提取浓度的最适功率。

有请生4。

生4：

首先，我们用的超声波清洗机，它的功率是200W，功率使用可以从40%到100%调节，于是我们将课本实验，设置了7个组，用不同功率的超声波提取，但是提取液没有明显的区别，都比较浓。

我们很疑惑，什么原因呢？

你们觉得是什么原因？

生5：

可能是叶片太多了，色素浓度大，所以颜色没什么区别。

生4：

我们也分析到这点，降低了叶片质量，从5克改为1克，继续做实验。

（PPT呈现图片）现象很明显，功率越大，色素浓度越大。

这就是我们组探究出的结论！

师：

这个组的研究很细致，很严谨啊！

感谢分享。

师：

色素提取好了，我们接着分离色素。

对于课本的纸层析，兴趣小组也做了一点改进。

各小组开始划滤液细线，层析！

（1）普通用培养皿盖进行层析

（2）悬挂式纸层析

师：

为什么改进后效果更好？

生6：

我们做实验时发现，用培养皿盖在烧杯上层析，滤纸条很容易贴在烧杯壁上，滤纸条之间也很容易重叠在一起，影响效果。

我们把硬纸片剪成烧杯的盖子，上面用小刀划一些小孔，把滤纸条像这样放进去，可以进行悬挂式层析，还可以随时取出来，很方便！

这就是我们组的一点改进！

师：

讲得非常好！

这个小细节的改进非常有用！

我们看到，绿叶中一共有几种色素啊？

学生齐答：

4种！

师：

从上至下，分别是？

学生齐答：

胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b

同时，我们也发现，超声波提取法得到的提取液确实色素含量更高！

师：

我们知道，色素吸收光能，不同的色素吸收不同的色光，如何来确定绿叶中色素具体吸收什么类型的色光呢？

有请我们的发明家闪亮登场！

生7：

（拿出装置，介绍装置组成。

）我们这个装置，利用了铁架台，头灯、光盘，废弃的泡沫板来制作的，打开头灯，光经过光盘，可以分出七色光，把色素提取液放进比色皿，（放在光源前面）大家仔细观察，跟不放有什么区别？

生8：

有些地方变暗了。

生7：

红光和蓝紫光的地方变暗了！

师：

是什么原因？

生9：

可能色素吸收了红光和蓝紫光啊

师：

有没有可能是乙醇吸收了红光和蓝紫光？

如何证明？

生10：

再加一个乙醇的对照组看看！

生7：

哈哈，我们也想到了！

（把无水乙醇组放进去，对比！

）

生7：

同学们看，无水乙醇组没有变暗，色素提取液组的红光和蓝紫光被吸收了，说明色素主要吸收红光和蓝紫光！

这就是我们小组和老师一起发明的分光装置。

师：

感谢发明家的分享！

让我们直接看到了色素吸收光谱的变化，有助于理解色素的主要功能。

师：

我们知道不同的有颜色的生物组织中都含有色素，有同学用超声波提取法，从胡萝卜中也得到了一些提取液，想不想知道，里面含有什么色素啊？

（想！

）可能有什么色素？

（胡萝卜素！

）用什么方法证明？

生11：

纸层析试试看！

师：

来，请大家把胡萝卜提取液进行纸层析。

师：

层析结果怎么样？

请生11展示。

生11：

（展示层析纸结果）通过对比，可以知道，胡萝卜中含有胡萝卜素，无叶绿素。

师：

同学们，要不要看一下胡萝卜素吸收什么光？

来，你给大家演示下吧！

生11演示分光，指着白板上的分光情况，分析实验，得出结论：

胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

师：

既然胡萝卜素主要吸收蓝紫光，那红光是哪种色素吸收的呢？

生12：

叶绿素吧

师：

对，科学家发现叶黄素也主要吸收蓝紫光，推测，红光就是由叶绿素吸收的。

师：

现在，让我们来探究叶绿素的吸光情况吧！

要从绿叶中分离纯的叶绿素，不太容易啊。

先看资料！

请同学思考，如何设计实验，来探究叶绿素的光谱吸收情况呢？

师:

生13,你们组准备怎么做?

生13我们设计了两组,一个不加盐酸的提取液作为对照组,一个加盐酸的作为实验组。

师：

好！

其他组也是这个设计吗？

（齐答：

是的）那你们组来操作，看一看实验结果。

生13演示：

两支试管，一支加盐酸，一支不加，振荡一下，走下来给前两排的同学看，问：

大家看，有什么改变？

生14：

变黄了！

生13：

溶液由绿色变成了棕黄色！

生13给大家演示下吸光情况。

把加了HCL的和不加HCL的进行分光！

生13：

（指着白板上的分光）不加盐酸组，红光和蓝紫光都被吸收了，加盐酸组红光没有被吸收！

通过资料，我们知道，加盐酸主要是破坏叶绿素，叶绿素被破坏了，红光不能被吸收，间接说明，叶绿素可以吸收红光。

师：

分析很准确！

科学研究还表明，叶绿素也吸收蓝紫光！

因此，结合这两个探究，可以发现，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。

师：

哎，有一个组还跃跃欲试，看来还有一些发现，来，生15说说你们还有什么发现？

生15：

我们有一个发现，让我变给你们看！

上来讲台，拿头灯对着色素提取液直射，问：

什么颜色？

---绿色！

拿头灯反射，问：

什么颜色？

---棕红色！

生15：

很神奇吧！

角度不一样，颜色不一样哦！

我们查阅资料，发现这种就叫做叶绿素的荧光现象。

由于叶绿素提取液吸收的绿光最少，因此我们用肉眼看到是绿色。

叶绿素分子吸收光能后，就由能量较低的稳定状态提高到能量较高的不稳定状态，这种状态是激发态，激发态不稳定，叶绿素就会将能量以红光的形式发射出来，因此我们就会看到红光。

师：

解释得很透彻！

非常棒！

实验进行到这里，相信同学们都掌握了绿叶中色素提取、分离的原理和方法，其中超声波提取法和悬挂式纸层析优化了提取过程，改进了层析的细节，并且还有分光装置的发明，利用这些装置，同学们还进行了一系列有意义的探究实验，希望同学们在今后的学习过程中，继续保持这份探究的热情，再接再厉，争取更大的发现！

本节课就上到这里！

下课，同学们再见！

十一、教学设计反思与自我评价

1．超声波提取法的应用简化了实验操作，节省了试剂和时间，为后续的探究奠定了基础。

2．光盘自制分光器的发明，使学生直观的看到了色素吸光光谱的变化，有助于学生理解实证在科学研究中的重要意义。

3．学生能够利用超声波提取法和光盘自制分光装置，自主进行实验设计，实施实验方案，交流展示研究成果，这些过程锻炼了学生的语言表达能力，合作探究能力，知识迁移的能力，提高了学生的生物科学素养，体现了自主、合作、探究的新课标理念。