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视频标签：自制光谱仪
所属栏目：高中生物说课视频
视频课题：高中生物说课视频_自制光谱仪观察叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱_金岚
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自制光谱仪观察叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱
湖北恩施高中 金岚
本实验是人教版高中生物必修一第五章第4节《能量之源——光与光合作用》第一部分“捕获光能的色素和结构”的拓展实验。
模块重要概念：细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖
章重要概念：细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域
本节要求：说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量
教学对象：某重点中学高一年级学生
重点中学的学生搜集资料、实验探究能力较强，且具有这个年龄阶段学生共同的特点，好奇心强，因此便于将此拓展实验的开展。但是，高中生动手操作能力不是很强，需在实验中不断练习。
知识基础：学生在上节课课本实验中，已经学习了绿叶中色素种类和颜色，探究得到了实验的改进方法，如：沸水浴法提取色素，白粉笔层析等，并且学习了课本色素吸收光能的曲线。但是这个图不能让学生直观看到光被吸收，故我们班成立了兴趣小组，尝试用自制光谱仪观察类胡萝卜素和叶绿素的吸收光谱，然后推广，以加深对不同种类色素吸收光能的理解。
因此，今天的说课我主要说我是如何引导兴趣小组用自制光谱仪观察类胡萝卜素和叶绿素的吸收光谱。
根据对教材、课标、学情的分析，并考虑到核心素养的形成，我制定了如下教学目标：
1、科学探究：能够根据教材实验步骤，分离得到色素带，且能在此基础上，提出获得类胡萝卜素和叶绿素的方法。
2、科学思维：通过兴趣小组探究的方式，探讨更好的分光方法和分离色素的方法，逐步形成勇于批判和创新的科学精神。
3、社会责任：通过观察绿叶中色素的吸收光谱，能为大棚补光提出合理的建议。
五、重难点：
基于以上学情和教学目标的分析，我将本实验的重难点确定为：
重点：1、类胡萝卜素和叶绿素吸收光谱的观察
2、逐步形成创新的科学精神
难点：1、分别获得类胡萝卜素和叶绿素
2、可投影的光谱仪的制作
难点突破方法：1、小组合作查阅资料并讨论，寻找文献中已知的方法
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教师以问题串的形式逐步引导学生
六、教法与学法
为了突出重点，突破难点，这节课我采用的教法为：
教法：探究性教学法
学法：探究学习法、合作学习法
七、实验器材
自制教具：光谱仪（光盘、黑卡纸）
菠菜、石油醚、体积分数为95%乙醇、5mL注射器、输液装置、粉笔、比色皿等
八、实验创新要求/改进要点
1、书上的色素吸收光能的曲线不能直接看到光能被吸收，因此，通过层析柱分离类胡萝卜素和叶绿素，并分开收集这两类色素，可以单独观察它们的吸收光谱。
2、之前用光盘制作光谱仪没办法投影展示，三棱镜雨天无法观察，兴趣小组改进后，用光盘制作了可投影的光谱仪。
3、沸水法提取色素，不需要加碳酸钙和二氧化硅，得到的滤液颜色深，对色素破坏较小。
4、粉笔层析速度快，条带清晰，且便于制作成层析柱。
九、实验原理
用沸水浴法提取色素，用粉笔制成层析柱，输液装置不断滴加层析液进行层析，因为在层析液中溶解度高的色素随层析液扩散得快，所以可以分开收集得到类胡萝卜素和叶绿素。
十、实验教学内容
本节课是学生学习了绿叶中色素种类、颜色，以及课本吸收光能的曲线后的拓展探究。由兴趣小组提出用自制光谱仪观察叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱，然后查阅资料（李维军《“绿叶中色素的提取和分离”实验的拓展设计》），并设计实验器材、改进实验步骤之后，进行推广。通过这个实验，学生能够更加直观看到类胡萝卜素和叶绿素分别吸收什么光，加深印象，可以为大棚补光提出合理的建议。
十一、实验教学过程
（一）引导兴趣小组制定实验方案
1、分离类胡萝卜素和叶绿素
（1）实验思路
问题1：要分别观察类胡萝卜素和叶绿素吸收光谱，就必须分别获得这两种色素，怎么做呢？
兴趣小组3个方案：一是利用韭黄提取类胡萝卜素，二是通过不加碳酸钙让叶绿素被破坏，三是能否让色素从滤纸条上层析出来然后收集。
方案一和二只能得到类胡萝卜素，不能分别观察到类胡萝卜素和叶绿素分别吸收什么光。根据方案三，我提出了问题2:
问题2：要收集层析出来的色素，就需要将层析装置倒置，然后不断从上往下滴层析液，什么装置可以做到呢？
问题3：层析材料制作成什么形状便于层析液滴到上面进行层析呢？
问题4：怎样的层析材料便于制作成柱状呢？
结合上节课得到的改进方法，学生想到了
粉笔，上节课用粉笔进行层析时，发现粉笔层析速度快，条带清晰。所以用粉笔制作了层析柱。
问题5：这个装置要求色素量大，用什么方法来提取更好呢？
学生想到了上节课用到的
沸水浴法。沸水浴法是用1g新鲜菠菜叶4ml体积分数为95%的乙醇在试管中混合后，放到装有沸水的保温杯中保温约4分钟得到，且不需加碳酸钙和二氧化硅，得到的滤液很深，对色素的破坏较小，故可用沸水浴法来提取。
（2）实验原理
用沸水浴法提取色素，用粉笔制成层析柱，输液装置不断滴加层析液进行层析，因为在层析液中溶解度高的色素随层析液扩散得快，所以可以分开收集得到类胡萝卜素和叶绿素。
（3）实验材料
菠菜、石油醚、体积分数为95%乙醇、5ML注射器、输液管、输液瓶、粉笔、比色皿
（4）实验步骤
① 提取
4克新鲜菠菜叶，13毫升体积分数为95%的乙醇沸水浴提取色素，按照滤液：石油醚：水=1：2：3的方式进行萃取。
② 浓缩
通风橱保温，浓缩至1毫升左右
③ 制备层析柱
用粉笔制备层析柱，然后加样，并连接成如图所示的装置，利用输液瓶不断滴石油醚进行层析。
④ 分离
类胡萝卜素：看到有黄色液体出现时，收集。
叶绿素：用石油醚洗涤，然后静置分层，吸出上清液。
（5）实验结果
分离得到了叶绿素和类胡萝卜素溶液
2、制作光谱仪
问题6：要观察吸收光谱，就必须把白光分成单色光，用什么仪器可以分光呢？
学生首先想到了三棱镜，但是三棱镜在雨天无法观察
问题7：有没有常见的物品可以分光呢？
学生查阅资料后发现，光盘可以分光，装置如图，但是兴趣小组发现这样的装置他们无法在班上投影展示。
问题8：能否利用光盘制作一个可以投影的光谱仪？
学生利用黑卡纸、光盘制作了如下光谱仪。
问题9：用什么容器盛待测样品？怎么保证待测样品的位置刚好在通光孔处？
据此，学生制作了如图所示支架，既能使固定比色皿，又能保证样品位置刚好在通光孔处。
使用时将装有待测样品的比色皿放入支架。然后用手电筒作为光源，光线依次通过待测样品，通光孔，到达光盘，经过光盘的作用，透过色素溶液的光被分成单色光投影到光屏上，就可以观察了。
3、观察光谱
（1）观察光谱
实验完成后，兴趣小组学生去班上做了讲解和演示，首先是看了绿叶中色素吸收光谱。结果如图，因为色素是溶解在石油醚中的，故与石油醚的吸收光谱做比较。绿叶中色素主要吸收蓝紫光和红光。
石油醚吸收光谱 绿叶中色素吸收光谱
问题10：其中的类胡萝卜素和叶绿素分别吸收什么光呢？另外两个学生做了演示。结果如下，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。
类胡萝卜素吸收光谱 叶绿素吸收光谱
（2）单色光观察
基于此现象，兴趣小组补充做了叶绿素和类胡萝卜素对单色光的吸收实验。
4、进一步探究（荧光现象）
有学生还发现在学生实验的过程中，他们偶然发现，绿叶中色素显红色，经过查阅资料发现，绿叶中色素在反射光下为红色，透色光下为绿色，这是色素分子吸收光以后发出的荧光，进一步帮助学生理解了光合色素吸收光能。
课下我让学生整理了实验报告，便于进行推广。
（二）班级实验
1、引入：兴趣小组实验后，在班上展示实验结果，激发大家实验的兴趣。
2、光谱仪制作：
学生在讲台上讲解光谱仪的制作方法，教师利用PPT简单介绍光谱仪的原理，然后学生开始制作光谱仪，并检验自己动手做的光谱仪能否成功将白光分成单色光
3、分离类胡萝卜素和叶绿素
（1）提取色素：由于在上节课的实验中，学生已经做过沸水浴法了，并考虑到课堂时间的限制，由教师提前制备好色素提取液，分发给学生。学生直接进行萃取即可。
（2）浓缩：浓缩的过程在通风橱进行，每小组一至两名学生操作，操作时，教师密切关注，确保安全。
（3）制备层析柱、连接装置：一部分学生浓缩时，另一部分学生就可以开始制作层析柱，连接装置了，合理利用时间，保证课堂的高效性。
（4）分离
4、观察光谱
（1）观察光谱：分别观察绿叶中色素、叶绿素、类胡萝卜素、石油醚的吸收光谱，比较光谱差异，得到分别吸收什么光。
（2）单色光验证：用蓝紫光和红光进一步验证结论
如果小组同学因为操作过程中色素的损失，叶绿素浓度不够，红光吸收不明显的话，可以将几个小组的叶绿素集合在一起浓缩后观察。但是，红光没有吸收完，可以加深学生对叶绿素吸收蓝紫光和红光的理解，叶绿素吸收蓝紫光比吸收红光多。
5、学以致用：学完本节内容后，学生可以为大棚补光提出合理的建议。
十二、实验效果评价
优点：
1、科学探究、科学思维：在这个实验中，教师通过问题串的引导，让学生自己动手去设计实验，帮助学生提高了科学探究和科学思维的能力。学生能够正确使用实验仪器，成功分离得到类胡萝卜素和叶绿素，且能够根据光谱仪的制作图制作简单的光谱仪，操作能力得到了提升。
2、敢于创新的精神：通过这节课的学习，学生体会到看起来很复杂的东西，只要愿意去思考，去发现身边的材料，勇于尝试，就一定可以成功。在以后的学习和生活中，便会敢于去创新。比如：设计制作光谱仪看起来很难，但是学生去尝试去做了以后，就取得了成功。
3、实验结果观察：从实验结果来看，学生观察到了明显的实验现象，直观看到了类胡萝卜素和叶绿素吸收光谱，加深了理解。
不足：
1、没有完全滴出类胡萝卜素：滴出黄色液体后，层析柱中会再次出现黄色。资料显示，可以更换层析液滴出剩下的黄色部分。但是，实验目的是观察类胡萝卜素和叶绿素的吸收光谱，只需得到一部分类胡萝卜素即可观察，并且只使用一种层析液更便于高中生操作
2、实验中石油醚（微毒）的用量较多，更适合以兴趣小组的形式进行课外探究实验
注意：这个实验操作过程中，一定要通风，能在通风橱操作的步骤尽量在通风橱操作。
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