視頻簡介：
視頻標簽：自制光譜儀
所屬欄目：高中生物說課視頻
視頻課題：高中生物說課視頻_自制光譜儀觀察葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜_金嵐
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自制光譜儀觀察葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜
湖北恩施高中 金嵐
本實驗是人教版高中生物必修一第五章第4節《能量之源——光與光合作用》第一部分“捕獲光能的色素和結構”的拓展實驗。
模塊重要概念：細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖
章重要概念：細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些反應發生在細胞的特定區域
本節要求：說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量
教學對象：某重點中學高一年級學生
重點中學的學生搜集資料、實驗探究能力較強，且具有這個年齡階段學生共同的特點，好奇心強，因此便于將此拓展實驗的開展。但是，高中生動手操作能力不是很強，需在實驗中不斷練習。
知識基礎：學生在上節課課本實驗中，已經學習了綠葉中色素種類和顏色，探究得到了實驗的改進方法，如：沸水浴法提取色素，白粉筆層析等，并且學習了課本色素吸收光能的曲線。但是這個圖不能讓學生直觀看到光被吸收，故我們班成立了興趣小組，嘗試用自制光譜儀觀察類胡蘿卜素和葉綠素的吸收光譜，然后推廣，以加深對不同種類色素吸收光能的理解。
因此，今天的說課我主要說我是如何引導興趣小組用自制光譜儀觀察類胡蘿卜素和葉綠素的吸收光譜。
根據對教材、課標、學情的分析，并考慮到核心素養的形成，我制定了如下教學目標：
1、科學探究：能夠根據教材實驗步驟，分離得到色素帶，且能在此基礎上，提出獲得類胡蘿卜素和葉綠素的方法。
2、科學思維：通過興趣小組探究的方式，探討更好的分光方法和分離色素的方法，逐步形成勇于批判和創新的科學精神。
3、社會責任：通過觀察綠葉中色素的吸收光譜，能為大棚補光提出合理的建議。
五、重難點：
基于以上學情和教學目標的分析，我將本實驗的重難點確定為：
重點：1、類胡蘿卜素和葉綠素吸收光譜的觀察
2、逐步形成創新的科學精神
難點：1、分別獲得類胡蘿卜素和葉綠素
2、可投影的光譜儀的制作
難點突破方法：1、小組合作查閱資料并討論，尋找文獻中已知的方法
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教師以問題串的形式逐步引導學生
六、教法與學法
為了突出重點，突破難點，這節課我采用的教法為：
教法：探究性教學法
學法：探究學習法、合作學習法
七、實驗器材
自制教具：光譜儀（光盤、黑卡紙）
菠菜、石油醚、體積分數為95%乙醇、5mL注射器、輸液裝置、粉筆、比色皿等
八、實驗創新要求/改進要點
1、書上的色素吸收光能的曲線不能直接看到光能被吸收，因此，通過層析柱分離類胡蘿卜素和葉綠素，并分開收集這兩類色素，可以單獨觀察它們的吸收光譜。
2、之前用光盤制作光譜儀沒辦法投影展示，三棱鏡雨天無法觀察，興趣小組改進后，用光盤制作了可投影的光譜儀。
3、沸水法提取色素，不需要加碳酸鈣和二氧化硅，得到的濾液顏色深，對色素破壞較小。
4、粉筆層析速度快，條帶清晰，且便于制作成層析柱。
九、實驗原理
用沸水浴法提取色素，用粉筆制成層析柱，輸液裝置不斷滴加層析液進行層析，因為在層析液中溶解度高的色素隨層析液擴散得快，所以可以分開收集得到類胡蘿卜素和葉綠素。
十、實驗教學內容
本節課是學生學習了綠葉中色素種類、顏色，以及課本吸收光能的曲線后的拓展探究。由興趣小組提出用自制光譜儀觀察葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜，然后查閱資料（李維軍《“綠葉中色素的提取和分離”實驗的拓展設計》），并設計實驗器材、改進實驗步驟之后，進行推廣。通過這個實驗，學生能夠更加直觀看到類胡蘿卜素和葉綠素分別吸收什么光，加深印象，可以為大棚補光提出合理的建議。
十一、實驗教學過程
（一）引導興趣小組制定實驗方案
1、分離類胡蘿卜素和葉綠素
（1）實驗思路
問題1：要分別觀察類胡蘿卜素和葉綠素吸收光譜，就必須分別獲得這兩種色素，怎么做呢？
興趣小組3個方案：一是利用韭黃提取類胡蘿卜素，二是通過不加碳酸鈣讓葉綠素被破壞，三是能否讓色素從濾紙條上層析出來然后收集。
方案一和二只能得到類胡蘿卜素，不能分別觀察到類胡蘿卜素和葉綠素分別吸收什么光。根據方案三，我提出了問題2:
問題2：要收集層析出來的色素，就需要將層析裝置倒置，然后不斷從上往下滴層析液，什么裝置可以做到呢？
問題3：層析材料制作成什么形狀便于層析液滴到上面進行層析呢？
問題4：怎樣的層析材料便于制作成柱狀呢？
結合上節課得到的改進方法，學生想到了
粉筆，上節課用粉筆進行層析時，發現粉筆層析速度快，條帶清晰。所以用粉筆制作了層析柱。
問題5：這個裝置要求色素量大，用什么方法來提取更好呢？
學生想到了上節課用到的
沸水浴法。沸水浴法是用1g新鮮菠菜葉4ml體積分數為95%的乙醇在試管中混合后，放到裝有沸水的保溫杯中保溫約4分鐘得到，且不需加碳酸鈣和二氧化硅，得到的濾液很深，對色素的破壞較小，故可用沸水浴法來提取。
（2）實驗原理
用沸水浴法提取色素，用粉筆制成層析柱，輸液裝置不斷滴加層析液進行層析，因為在層析液中溶解度高的色素隨層析液擴散得快，所以可以分開收集得到類胡蘿卜素和葉綠素。
（3）實驗材料
菠菜、石油醚、體積分數為95%乙醇、5ML注射器、輸液管、輸液瓶、粉筆、比色皿
（4）實驗步驟
① 提取
4克新鮮菠菜葉，13毫升體積分數為95%的乙醇沸水浴提取色素，按照濾液：石油醚：水=1：2：3的方式進行萃取。
② 濃縮
通風櫥保溫，濃縮至1毫升左右
③ 制備層析柱
用粉筆制備層析柱，然后加樣，并連接成如圖所示的裝置，利用輸液瓶不斷滴石油醚進行層析。
④ 分離
類胡蘿卜素：看到有黃色液體出現時，收集。
葉綠素：用石油醚洗滌，然后靜置分層，吸出上清液。
（5）實驗結果
分離得到了葉綠素和類胡蘿卜素溶液
2、制作光譜儀
問題6：要觀察吸收光譜，就必須把白光分成單色光，用什么儀器可以分光呢？
學生首先想到了三棱鏡，但是三棱鏡在雨天無法觀察
問題7：有沒有常見的物品可以分光呢？
學生查閱資料后發現，光盤可以分光，裝置如圖，但是興趣小組發現這樣的裝置他們無法在班上投影展示。
問題8：能否利用光盤制作一個可以投影的光譜儀？
學生利用黑卡紙、光盤制作了如下光譜儀。
問題9：用什么容器盛待測樣品？怎么保證待測樣品的位置剛好在通光孔處？
據此，學生制作了如圖所示支架，既能使固定比色皿，又能保證樣品位置剛好在通光孔處。
使用時將裝有待測樣品的比色皿放入支架。然后用手電筒作為光源，光線依次通過待測樣品，通光孔，到達光盤，經過光盤的作用，透過色素溶液的光被分成單色光投影到光屏上，就可以觀察了。
3、觀察光譜
（1）觀察光譜
實驗完成后，興趣小組學生去班上做了講解和演示，首先是看了綠葉中色素吸收光譜。結果如圖，因為色素是溶解在石油醚中的，故與石油醚的吸收光譜做比較。綠葉中色素主要吸收藍紫光和紅光。
石油醚吸收光譜 綠葉中色素吸收光譜
問題10：其中的類胡蘿卜素和葉綠素分別吸收什么光呢？另外兩個學生做了演示。結果如下，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素主要吸收藍紫光和紅光。
類胡蘿卜素吸收光譜 葉綠素吸收光譜
（2）單色光觀察
基于此現象，興趣小組補充做了葉綠素和類胡蘿卜素對單色光的吸收實驗。
4、進一步探究（熒光現象）
有學生還發現在學生實驗的過程中，他們偶然發現，綠葉中色素顯紅色，經過查閱資料發現，綠葉中色素在反射光下為紅色，透色光下為綠色，這是色素分子吸收光以后發出的熒光，進一步幫助學生理解了光合色素吸收光能。
課下我讓學生整理了實驗報告，便于進行推廣。
（二）班級實驗
1、引入：興趣小組實驗后，在班上展示實驗結果，激發大家實驗的興趣。
2、光譜儀制作：
學生在講臺上講解光譜儀的制作方法，教師利用PPT簡單介紹光譜儀的原理，然后學生開始制作光譜儀，并檢驗自己動手做的光譜儀能否成功將白光分成單色光
3、分離類胡蘿卜素和葉綠素
（1）提取色素：由于在上節課的實驗中，學生已經做過沸水浴法了，并考慮到課堂時間的限制，由教師提前制備好色素提取液，分發給學生。學生直接進行萃取即可。
（2）濃縮：濃縮的過程在通風櫥進行，每小組一至兩名學生操作，操作時，教師密切關注，確保安全。
（3）制備層析柱、連接裝置：一部分學生濃縮時，另一部分學生就可以開始制作層析柱，連接裝置了，合理利用時間，保證課堂的高效性。
（4）分離
4、觀察光譜
（1）觀察光譜：分別觀察綠葉中色素、葉綠素、類胡蘿卜素、石油醚的吸收光譜，比較光譜差異，得到分別吸收什么光。
（2）單色光驗證：用藍紫光和紅光進一步驗證結論
如果小組同學因為操作過程中色素的損失，葉綠素濃度不夠，紅光吸收不明顯的話，可以將幾個小組的葉綠素集合在一起濃縮后觀察。但是，紅光沒有吸收完，可以加深學生對葉綠素吸收藍紫光和紅光的理解，葉綠素吸收藍紫光比吸收紅光多。
5、學以致用：學完本節內容后，學生可以為大棚補光提出合理的建議。
十二、實驗效果評價
優點：
1、科學探究、科學思維：在這個實驗中，教師通過問題串的引導，讓學生自己動手去設計實驗，幫助學生提高了科學探究和科學思維的能力。學生能夠正確使用實驗儀器，成功分離得到類胡蘿卜素和葉綠素，且能夠根據光譜儀的制作圖制作簡單的光譜儀，操作能力得到了提升。
2、敢于創新的精神：通過這節課的學習，學生體會到看起來很復雜的東西，只要愿意去思考，去發現身邊的材料，勇于嘗試，就一定可以成功。在以后的學習和生活中，便會敢于去創新。比如：設計制作光譜儀看起來很難，但是學生去嘗試去做了以后，就取得了成功。
3、實驗結果觀察：從實驗結果來看，學生觀察到了明顯的實驗現象，直觀看到了類胡蘿卜素和葉綠素吸收光譜，加深了理解。
不足：
1、沒有完全滴出類胡蘿卜素：滴出黃色液體后，層析柱中會再次出現黃色。資料顯示，可以更換層析液滴出剩下的黃色部分。但是，實驗目的是觀察類胡蘿卜素和葉綠素的吸收光譜，只需得到一部分類胡蘿卜素即可觀察，并且只使用一種層析液更便于高中生操作
2、實驗中石油醚（微毒）的用量較多，更適合以興趣小組的形式進行課外探究實驗
注意：這個實驗操作過程中，一定要通風，能在通風櫥操作的步驟盡量在通風櫥操作。
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