“胡蘿卜素的提取”實驗教學設計與實施

龍 佳 （湖北省宜昌市葛洲壩中學 湖北宜昌 443000）

1 實驗內容分析

1.1 實驗地位 高中生物學科教材選修1專題6涵蓋了提取植物有效成分的3種最基本的技術：蒸餾、壓榨和萃取，其中課題2關注萃取技術的學習。萃取技術在植物有效成分的提取中適用性廣，學習這項技術，能加深學生對植物有效成分的認識，增進對實驗原理的理解。

本節(jié)內容中，胡蘿卜素的功效與學生日常生活緊密聯(lián)系，教育學生熱愛生活，關注自身健康。萃取技術與化學知識存在交融之處，可培養(yǎng)學生多學科知識綜合運用的能力和素養(yǎng)。紙層析法舊知新用，為培養(yǎng)學生運用類比推理的方法學習新事物、新知識的理性思維能力提供良好的契機。動手操作，將理論學習運用于指導實踐，落實新課程標準下學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.2 實驗目標

1）知識目標：掌握提取胡蘿卜素的基本原理；并熟練運用紙層析法鑒定胡蘿卜素。

2）能力目標：通過分層設問，引導學生學會運用類比推理等理性思維方法學習新事物、新知識，通過合作探究分析實驗失敗的原因并嘗試改進。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：培養(yǎng)學生樂于合作、樂于探究的良好理性思維能力和科學探究精神。

1.3 教法分析

1.3.1 學情分析 本節(jié)內容為高二下學期的學習內容，通過前面的學習，學生已經(jīng)具備以下學習基礎：通過高中生物學科教材必修1中實驗“綠葉中色素的提取和分離”的學習，學生掌握了常見的分離技術——紙層析法的原理，為胡蘿卜素的鑒定實驗的學習打下基礎。通過化學學科的學習，學生熟悉化學實驗中常見的實驗設備，例如蒸餾裝置、回流冷凝裝置等，初步了解常見有機溶劑的基本性質。同時，學生還具備一定的觀察、比較、分析及動手操作能力，可較好地完成教師精心設置的任務及實驗操作。高中階段的學生樂于學習、樂于合作探究，具備實事求是的態(tài)度。

1.3.2 授課理念 基于高中生物學科核心素養(yǎng)的內容，培養(yǎng)學生在層層設問中完成理論知識的學習，體驗“跳一跳，夠得著”的學習過程和解決問題后的成就感；教師引導學生完成實驗操作，落實培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力；感受生活與生物、學科與學科知識交融的樂趣與魅力。

2 實驗準備

2.1 實驗材料與設備 標準β-胡蘿卜素試劑，新鮮胡蘿卜，胡蘿卜粉末（多數(shù)學校實驗條件有限，沒有恒溫干燥箱等實驗設備時，教師可提前制備粉碎干燥的胡蘿卜粉末供學生使用，本文采用此方法），石油醚，層析液，濾紙，毛細管，燒瓶，鐵架臺，酒精燈，冷凝管，大燒杯，培養(yǎng)皿，冷凝回流裝置，漏斗，玻璃棒，溫度計，鉛筆，直尺等。

2.2 實驗報告單

表1 胡蘿卜素的提取和分離實驗結果報告單

2.3 實驗評價量表（表2）

表2 胡蘿卜素的提取與分離實驗評價量表［1］

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設生活情境，導入新課內容 由教師展示新鮮胡蘿卜和胡蘿卜素片劑，播放學生錄制的關于胡蘿卜素功效的小視頻，引導學生觀察視頻中盛放胡蘿卜炒肉絲盤子中油的顏色，從而引出萃取法的定義。學生通過傾聽、觀看、觀察、思考、分析，激發(fā)學習興趣。

3.2 講解實驗原理，指導操作方法 教師根據(jù)本節(jié)內容及教學要求，精心設置六大組14個小問題進行分層設問，以問題為驅動，以小組搶答為基本形式，幫助學生理性思維的養(yǎng)成，有效完成理論知識的梳理，為實驗操作奠定良好的基礎。

核心問題組1：萃取劑的選擇。

問題1：如何選取萃取劑？（幻燈片展示2類萃取劑：水溶性萃取劑：乙醇、丙酮；水不溶性萃取劑：石油醚、乙酸乙酯、乙醚、苯、四氯化碳。）

問題1.1：水溶性有機溶劑能用于胡蘿卜素的萃取嗎？為什么？

問題1.2：在水不溶性有機溶劑中，哪種最適宜用于提取胡蘿卜素？

（幻燈片展示：不同試劑的沸點不同。石油醚，乙酸乙酯，乙醚，苯，四氯化碳的沸點分別是：90～120℃，77℃，35℃，80℃和 76℃。）

問題2：還有哪些因素會影響萃取的效果？如何使萃取效果最佳？（歸納得出胡蘿卜素的提取實驗流程。）

核心問題組2：關于萃取操作過程的理解（幻燈片展示萃取裝置如圖1）。

圖1 提取胡蘿卜素的裝置［2］

問題3：萃取過程應該如何加熱？其原因是什么？

問題4：在加熱瓶口安裝冷凝回流裝置的目的是什么？

核心問題組3：關于濃縮操作過程的理解（幻燈片展示冷凝裝置如圖2）。

圖2 濃縮裝置［2］

問題5：你曾經(jīng)在什么實驗中使用過此裝置？做何用？

問題6：該裝置為什么可以進行濃縮？蒸餾冷凝進入錐形瓶是什么成分？留在圓底燒瓶中的是什么？（幻燈片提示：萃取劑石油醚的沸點：90～120℃；胡蘿卜素的沸點：654.7℃。）

核心問題組4：回顧實驗“綠葉中色素地提取和分離”（人教版高中生物學教材必修1第5章第4節(jié)“能量之源——光和光合作用”）。

問題7：綠葉中色素提取和分離的原理是什么？

問題8：分離的方法是什么？

問題9：分離的結果是怎樣的？共有幾種色素？從下往上的條帶中分別是什么色素？

核心問題組5：運用類比推理理解并歸納紙層析法鑒定胡蘿卜素實驗中的注意事項，培養(yǎng)理性思維能力（幻燈片展示實驗基本操作步驟，并展示2組裝置，圖3）。

圖3 2組層析裝置［2］

問題10：這2套裝置有什么區(qū)別？你能找到哪些不同？

問題11：這些不同之處對實驗結果是否有影響？是如何影響的？

問題12：還有哪些操作可能影響實驗結果？（針對毛細現(xiàn)象對實驗的影響，教師可進行演示實驗幫助學生理解。由教師準備2張層析用的濾紙條，卷成桶狀，一張將濾紙邊緣相互接觸，固定；另一張讓邊緣保留一定的距離，固定。取紅墨水模擬層析液，請學生協(xié)助完成實驗，讓2組濾紙條進行層析，引導學生觀察結果。）

核心問題組6：紙層析法鑒定胡蘿卜素的實驗結果分析（幻燈片展示實驗結果圖例，圖4）。

問題13：怎樣的實驗結果說明胡蘿卜素提取成功？

問題14：如果提取到的胡蘿卜素不純將出現(xiàn)怎樣的結果？

圖4 胡蘿卜素的紙層析結果示意圖［2］

3.3 學生分組實驗，教師巡視引導 學生按日常學科小組進行分組實驗，觀察并記錄實驗現(xiàn)象及結果，如實完成實驗報告單，教師巡視指導［3］。

本實驗的步驟較多，涉及較多儀器和試劑，在有限的教學時間內完成實驗，教師可根據(jù)實際情況稍作調整。例如受沒有恒溫干燥箱等實驗儀器的限制，教師可提前制備粉碎干燥的胡蘿卜粉末，這樣能節(jié)省時間，更好地讓學生突破本實驗中的關鍵操作步驟。本節(jié)課著重引導學生關注萃取、濃縮和鑒定3個操作步驟。學生分小組進行實驗，可更好地分工合作。一名學生搭建裝置的同時，另一名學生可準備相關試劑和材料。在實驗過程中，學生相互溝通，相互交流，不僅可增進學生的團隊協(xié)作意識，也能讓學生在合作探討中進行思想碰撞，利于創(chuàng)新意識的形成。通過實驗操作，培養(yǎng)學生基本的實驗操作技能、創(chuàng)新合作意識，真正落實學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.4 實驗結果分析，小組表達交流 學生以小組為單位進行結果展示和匯報，教師引導學生進行實驗結果分析，并嘗試得出相應的結論，進一步幫助學生梳理和夯實實驗中的操作注意事項，完成理論指導實踐、實踐深化理論的過程，內化教材知識，達成本節(jié)課教學目標。

3.5 引導學生歸納小結，完成實驗評價量表 學生完成本節(jié)實驗的評價量表（表2），教師進行匯總。

4 實驗評價方式

根據(jù)實驗評價量表（表2），從課前預習、課上參與度、實驗操作、實驗結果分析、實驗安全等多個維度進行綜合評價［4］。在評價過程中，以鼓勵為主，注重培養(yǎng)學生熱愛科學、樂于思考、樂于創(chuàng)新的理性思維能力和科學探究精神。