甘中偉 陳 雄

（1 云南師范大學(xué)附屬中學(xué) 云南昆明 650106 2 四川省綿陽中學(xué)實驗學(xué)校 四川綿陽 621000）

1 教材分析

“胡蘿卜素的提取”是生物選修《生物技術(shù)實踐》專題6課題2的內(nèi)容，課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是“研究從生物材料中提取某些特定成分”。本模塊強調(diào)：以學(xué)生為主體，通過實驗設(shè)計和操作實踐，學(xué)習(xí)科學(xué)探究。但由于中學(xué)實驗室條件限制，高中教師幾乎不開展 “胡蘿卜素的提取”這一實驗。本課題通過興趣小組嘗試設(shè)計、安裝萃取實驗裝置提取胡蘿卜素，將探究實驗過程中錯誤的操作和正確操作流程整理成視頻，課上介紹探究過程，突出本節(jié)課的重、難點 “胡蘿卜素的提取”。本課題中還涉及到一種不同于教材的實驗儀器“旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀”，通過觀察、比較，學(xué)生加深了對于用萃取法提取植物有效成分的認(rèn)識，增進對實驗原理、流程的理解。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）知識目標(biāo)：①胡蘿卜素的性質(zhì)；②寫出胡蘿卜素提取的實驗流程，并分析影響萃取效率的因素。

2）能力目標(biāo)：①根據(jù)不同的實驗材料選擇恰當(dāng)?shù)奶崛》椒?；②根?jù)萃取法原理，設(shè)計提取胡蘿卜素的實驗操作過程。

3）情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：①形成嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、務(wù)實的態(tài)度和精神；②關(guān)注生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；③提高團隊合作意識。

3 教學(xué)重、難點

1）重點：胡蘿卜素的提取，紙層析的操作。

2）難點：萃取法實驗設(shè)備的原理及使用，胡蘿卜素的提取。

4 教學(xué)過程

4.1 導(dǎo)入新課 教師簡要介紹β-胡蘿卜素對人體的作用，提供胡蘿卜素圖片及理化性質(zhì)：橘黃色晶體粉末；不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有機溶劑；揮發(fā)性差。思考：根據(jù)胡蘿卜素的化學(xué)性質(zhì)，提取胡蘿卜素能否用水蒸氣蒸餾法？原因是什么？

設(shè)計意圖：運用所學(xué)知識（水蒸氣蒸餾法）解決新問題。啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考，展開學(xué)習(xí)，引出新課。

4.2 以視頻錄像創(chuàng)設(shè)探究情境，引發(fā)學(xué)生探究欲望 實驗過程由學(xué)生自行設(shè)計、操作，在云南大學(xué)生物資源保護與利用重點實驗室完成，視頻錄像、剪切等也由學(xué)生分工完成。整個實驗過程中有許多操作錯誤，學(xué)生利用“導(dǎo)學(xué)案”習(xí)得知識找出錯誤的地方并給予糾正。以下為部分錯誤的實驗操作流程，學(xué)生邊操作邊進行講述。

4.2.1 胡蘿卜的處理 取新鮮胡蘿卜500 g，用清水清洗后瀝干，再將胡蘿卜切成小塊烘干。烘干時溫度盡可能高、時間盡量長。

4.2.2 胡蘿卜素的萃取

1）儀器的組裝：按照從上到下的順序?qū)x器進行組裝。

2）萃取劑的選擇：現(xiàn)有石油醚，乙醇，乙酸乙酯，由于胡蘿卜素易溶于有機溶劑，所以選取上述任意一種化學(xué)試劑都可作為萃取劑。

3）正式萃?。簩⑦x取的萃取劑與干燥胡蘿卜隨意混合，直接用酒精燈加熱。30 min后完成萃取。

4.2.3 萃取液的濃縮 將萃取后的燒瓶固定在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，通過真空泵使燒瓶內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，燒瓶內(nèi)溶液在負(fù)壓狀態(tài)下，通過旋轉(zhuǎn)加熱蒸發(fā)掉萃取有機溶劑。濃縮結(jié)束后，得到胡蘿卜素粗品，用石油醚溶解。

4.2.4 胡蘿卜素粗品的鑒定

1）制備濾紙：在潔凈濾紙下端距底邊1 cm處用鉛筆做一基線，在基線上取A、B、C、D 4點。用滴管分別在B、C處緩緩滴入一滴萃取樣品；在A、D處緩緩滴入一滴標(biāo)準(zhǔn)樣品。用吹風(fēng)機將溶劑吹開，保持濾紙干燥。

2）層析:將濾紙卷成圓筒狀，使兩端靠近，并放置在裝有0.5 cm深石油醚的開放玻璃瓶中，色素完全分開后，取出濾紙使石油醚自然揮發(fā)。

3）觀察、比較提取液與標(biāo)準(zhǔn)液在濾紙上擴散的痕跡。

設(shè)計意圖：正確有效地回歸教材，是課堂教學(xué)的重要內(nèi)容。學(xué)生通過預(yù)習(xí)、辨析錯誤操作，培養(yǎng)自學(xué)能力、獨立觀察能力及語言組織、表達(dá)能力。

4.3 分析、解釋錯誤的實驗操作，自主構(gòu)建新知學(xué)生以小組為單位，以搶答形式指出上述操作中的錯誤之處。教師最后按照操作順序，通過設(shè)問幫助學(xué)生理解實驗流程及操作中的注意事項。

4.3.1 胡蘿卜的處理

1）實驗材料胡蘿卜應(yīng)該如何處理？粉碎、干燥的目的是什么？（實驗材料要進行粉碎，有利于原料與萃取劑充分接觸，增大溶解度；干燥的目的是減少胡蘿卜中水分含量，提高萃取效率。）

2）干燥的時間、溫度有無特殊要求？原因是什么？（干燥的溫度太高、時間太長會導(dǎo)致胡蘿卜素分解。）

4.3.2 胡蘿卜素的萃取

1）實驗儀器應(yīng)該按照什么順序組裝？燒瓶上方還要安裝什么裝置？其目的是什么？（實驗儀器按照“從下到上”的順序組裝，燒瓶上方還要安裝“回流冷凝裝置”，防止加熱時有機溶劑揮發(fā)。）

2）萃取劑的選擇：本實驗中選擇石油醚，而不選另外2種有機溶劑的原因分別是什么？（乙醇是水溶性有機溶劑，因萃取中能與水混溶而影響萃取效果；乙酸乙酯沸點低于石油醚，加熱萃取時易揮發(fā)，所以不選這2種有機溶劑。）

3）萃取劑的用量：選取的萃取劑與干燥胡蘿卜能否隨意混合？原因是什么？（萃取劑的使用量是影響萃取效率的主要因素之一，所以不能隨意混合。）

4）萃取過程：應(yīng)該如何加熱萃??？萃取的時間、溫度有無要求？原因是什么？（有機溶劑都是易燃物，所以采用水浴加熱；一般來說，萃取溫度高、時間長，需要提取的物質(zhì)就能充分溶解，萃取效果就好。）

4.3.3 萃取液的濃縮 在萃取液濃縮之前，還要進行什么操作，其目的是什么？ （濃縮之前，還要進行過濾，除去萃取液中的不溶物。）

4.3.4 胡蘿卜素粗品的鑒定

1）點樣時的注意事項是什么？能否用滴管點樣？如何正確操作？［點樣時要快速細(xì)致；滴管點樣加入的樣品過多，形成的圓點直徑過大，所以不能用滴管點樣；正確操作是：用毛細(xì)吸管（或最細(xì)的注射器針頭）點樣，形成直徑為2 mm左右的圓點，用吹風(fēng)機將溶劑吹干，保持濾紙干燥，再重復(fù)點樣3～4次。］

2）與較好層析結(jié)果（圖1）相比較，較差層析結(jié)果（圖2）中A，D處點樣色素為什么移動加快、移動方向朝中間靠攏？（紙層析裝置中濾紙筒的豎直邊緣相互接觸，因毛細(xì)管現(xiàn)象導(dǎo)致溶劑沿濾紙兩邊的移動加快，溶劑前沿不齊。）

圖1 胡蘿卜素紙層析結(jié)果（較好）

圖2 胡蘿卜素紙層析結(jié)果（較差）

3）層析容器是否需要密閉，原因是什么？（石油醚易揮發(fā)，所以層析容器要密封。）

4.3.5 播放胡蘿卜素的提取與鑒定實驗正確操作錄像

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)問題的情境讓學(xué)生更多地參與到教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生一步步分析實驗流程及注意事項，通過自己總結(jié)，加深對知識的理解和記憶，提升認(rèn)知。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體會到學(xué)習(xí)的成就感，找到學(xué)習(xí)的樂趣。

5 課堂小結(jié)

總結(jié)影響整個萃取效率的因素有哪些？通過思考影響萃取效率的因素，學(xué)生對知識進行梳理，進一步理解實驗流程及相關(guān)注意事項。

6 課后思考題

1）設(shè)計一個實驗，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)胡蘿卜素；

2）設(shè)計實驗探究萃取劑的性質(zhì)和使用量對萃取效率的影響；

3）比較3種提取方法的優(yōu)、缺點。

7 教學(xué)反思

本課題內(nèi)容受到教學(xué)條件的限制，所以實驗的準(zhǔn)備、實施工作在大學(xué)實驗室進行，興趣小組的學(xué)生做了大量準(zhǔn)備工作，提前開展實驗，充分發(fā)揮了學(xué)生的探究能力、動手組織能力和團隊協(xié)作能力。

學(xué)生以前在學(xué)習(xí)“胡蘿卜素的提取”時，很難理解性記憶實驗流程及相關(guān)操作的目的，有的學(xué)生甚至只能死記硬背。本節(jié)課通過播放、講解2個視頻錄像片段《胡蘿卜素提取的錯誤操作》、《胡蘿卜素提取的正確操作》，將課題中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)、畫面真實地帶到課堂，課上學(xué)生積極參與到實驗中，表現(xiàn)出高度的實驗熱情，有效地化解了實驗過程繁瑣的矛盾，極大提高了課堂教學(xué)的有效性，在發(fā)展和提高學(xué)生科學(xué)探究能力的同時，真正理解了知識的內(nèi)涵。例如：紙層析法結(jié)果（圖2）的解釋，只有通過實驗，才能更好理解紙層析裝置中濾紙筒的豎直邊緣為什么不能接觸。

本課題探究過程中，使用了一種特殊儀器“旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀”（圖3），通過控制實驗條件，用一種儀器既進行了萃取實驗，也能用真空泵使燒瓶內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，完成萃取液濃縮過程，簡化了實驗的具體操作過程，促進了學(xué)生對“萃取法”實驗流程的理解和掌握。

圖3 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀