5..4 绿叶中色素的提取和分离教学设计（表格式）

《绿叶中色素的提取和分离》 教学设计
课题名称 《绿叶中色素的提取和分离》
选题依据 海南有很多本土资源值得考察，并且与本实验有一定的相关性，比如乐东和东方火龙果基地补光，很多果农觉得补红光才能长出红心，所谓“以红补红”； 利用学校有个大生态园这个优势，种植韭菜宿根获得韭菜、韭黄，时间短、见效快，非常适合高中学段的学生种植，产物也刚好可以作为本节课的实验材料。
课标分析 普通高中生物学课程标准中有这样的描述，总结如下： 学科实践教学方面 ①鼓励设计低成本、低消耗、低（无）污染的教学实验 ②鼓励学生参与实验设计 ③在重视定性实验的同时，也应重视定量实验 ④自然科学中的生物学、化学、物理学有密切联系，鼓励多学科融合教学 教育信息化方面 ①鼓励使用信息技术辅助教学、重视信息化环境下的学习 ②可进行模拟实验、虚拟实验 ③鼓励体现和实施STEM（STEAM）理念等 学生培养方面 ①提倡对学生多元化评价：课上表现，课前考察、实践活动都可作为衡量学习态度和能力的依据 ②鼓励学生亲自参与实践、自主探究、自主学习 ③鼓励分工、合作，不同学生可担任不同的角色 ④创设探究性学习情境（社会热点或本土资源）；注意探究性学习活动课内、外结合
教材分析 人教版高中生物必修1 第5章 第4节 《光合作用与能量转化》中实验教学部分。 本实验安排在学习光合作用的过程之前，突出了生物实验在中学生物教学中的基础性地位，也能让学生在实验中感受色素的存在，深刻理解色素对光的吸收光谱，为学生学习光合作用的过程做好铺垫。
学情分析 初步分析： 授课对象 高一学生/高二学生。 优势 学习了叶绿体的结构和成分；化学课上接触过本实验中的部分试剂；有一定的实验技能和基础。 不足 不完全清楚绿叶中有哪些色素；实验思维相对薄弱、动手机会偏少；处理、分析实验结果能力有待提高。 精准分析： AI文生视频、VR虚拟仿真生物实验赋能预习； 下图是用AI文生视频功能生成的小白兔在实验室中做该实验的视频的截图： 下图学生使用NB虚拟实验室熟悉实验操作基本步骤的录屏的截图： coze工作流赋能前置作业生成、批量批改及评价； 下图是学生用coze搭建了工作流的具体搭建方法的介绍视频的截图： 智能体实现人机问答。 以上都能助力师：老师深度分析、精准掌握学情；学生真预习、提高自我效能感。 根据飞书表格数据生成了学生预习之后的量化评价：
学科实践 教学 素养目标 1.通过进行绿叶中色素的提取和分离，理解实验原理,探究绿叶中含有几种色素。 2.通过对海南本土资源进行考察并分析和本节课的关联性，形成关心我国和所生活的当地与自己相关的问题及社会热点问题，培养社会责任感于细微处。 3.通过带领学生在生态园种植韭菜和韭黄，初步认识韭菜和韭黄的色素差异，初步形成结构与功能相适应的科学观念。 4.通过优化色素提取方法、改良层析液成分，做改良前后对比实验，鼓励学生参与实验设计，培养科学探究意识。 5.通过带领学生自制色素层析柱装置，体验化学与生物学科融合，鼓励学生自制教具，提高科学探究实践能力。 6.通过利用牙膏盒、手电筒、比色皿、光盘，设计并制作低成本实验器材——简易光谱仪——用于肉眼观察色素对光的吸收光谱。 感受物理与生物学科融合，培养学生的科学思维和合作探究能力。 7.通过利用黑色板、光盘、USB网络摄像头等制作高阶可投影光谱仪，钻研Theremino软件，直观呈现色素对光的吸收光谱，培养学生自主学习能力、团队合作意识、科学思维能力。 8.通过运用已学知识解决农业生产问题，引导学生关注民生、关注生活，培养社会责任意识。
学科实践 教学 重难点 教学重点 1.绿叶中色素的种类 2.提取色素的方法 3.纸层析法分离色素 4.各种色素的吸收光谱及在农业生产实践的应用 教学难点 1.对实验原理的理解 2.优化和设计课堂实验实施方案，自制教具和实验装置 3.恰当使用数字化工具辅助学习
实验资源 生物探究实验室。 学校生态园。 用注射器、输液器等自制色素层析柱装置。 用牙膏盒、手电筒、比色皿、光盘，设计并制作低成本实验器材——简易光谱仪。 用黑色板、光盘、USB网络摄像头等，借助Theremino软件制作高阶可投影光谱仪。
实验设计与 创新点 通过AI文生视频功能、VR虚拟仿真实验室等帮助学生提前预习，熟悉该实验的基本操作步骤；通过coze搭建工作流，赋能前置作业生成、批量批改及评价，智能体实现人机问答，这些手段都能助力学生的预习，收到良好的预习效果。通过手机云台、希沃投屏等直播了学生做实验的过程，使得现场观看的老师们通过大屏幕清晰看到学生们的手部操作，直观呈现实验过程及结果，提高了实验课堂的观赏性。 对海南本土资源进行考察并分析和本节课的关联性，形成关心我国和所生活的当地与自己相关的问题及社会热点问题，培养社会责任感于细微处。通过带领学生在生态园种植韭菜和韭黄，初步形成结构与功能相适应的科学观念。 通过优化色素提取方法、改良层析液成分，做改良前后对比实验，鼓励学生参与实验设计，培养科学探究意识。 通过改良层析装置（教材用的是烧杯和培养皿，本实验用的是玻璃材质的研磨杯改造而成），提高了实验的安全性和观赏性（可以直观地看到实验效果，移动和运输也都很方便）： 通过带领学生自制色素层析柱装置，体验化学与生物学科融合，鼓励学生自制教具，提高科学探究实践能力。 通过利用牙膏盒、手电筒、比色皿、光盘，设计并制作低成本实验器材——简易光谱仪——用于肉眼观察色素对光的吸收光谱。感受物理与生物学科融合，培养学生的科学思维和合作探究能力。 通过利用黑色板、光盘、USB网络摄像头等制作高阶可投影光谱仪，钻研Theremino软件，直观呈现色素对光的吸收光谱，培养学生自主学习能力、团队合作意识、科学思维能力。 通过运用已学知识解决农业生产问题，引导学生关注民生、关注生活，培养社会责任意识。 善于捕捉课堂内外的生成事件整理成教学素材，比如实验过程中出现的错误，比如学生种植韭菜的过程中，由于过度呵护和浇水，导致烂根20%左右，正好可以用学生刚刚学过的上一节的呼吸作用知识解释，体现了教师驾驭课堂的能力。 做了许多预实验，使学生亲身体验和理解预实验探究实验设计的科学性和可行性，为进一步实验摸索条件的价值和意义。
教学设计整体思路践行STEAM 教育理念
教学方法 教法： 讨论法、实验法、讲授法、任务驱动法； 学法： 自主探究、小组合作、体验式学习法。
课堂实验 教学 过程 （1节现场课） 一、情景导入 播放学生在生态园里亲自种植韭菜的宿根，收获韭菜和韭黄的视频。同时，将学生收获的韭菜和韭黄栽种在花盆中带进生物课堂上。 思考： 1、同样是种植韭菜宿根，为什么有的收获韭菜，有的收获韭黄呢 2、韭菜和韭黄可能含有哪些色素呢？ 3、韭黄的市场价格往往高于韭菜，你能想通为什么吗？ 二、实验探究 （一）实验材料用具和试剂 1、材料用具： 学生在生态园中亲自种植并收获的韭菜和韭黄、小烧杯、破壁机或榨汁机、漏斗、尼龙布、纱布、定性滤纸、毛细吸管、剪刀、培养皿、带盖离心管、量筒（10mL）、天平或电子秤、无水乙醇、层析液（教材版和改良版）、二氧化硅、碳酸钙（备用）。 试剂： 提取液：无水乙醇 层析液：（1）教材版——石油醚：丙酮：苯（20：2：1） 改良版——石油醚：乙酸乙酯（9：1） 自制实验装置： 层析柱色素收集装置：医用静脉输液器、烧杯、粉笔末、注射器针管、脱脂棉 简易光谱仪：牙膏盒、手电筒、光盘、比色皿 高阶光谱仪：DVD光盘（光栅）、手电筒、黑色亚克力板、高清USB网络摄像头、电工胶布、亚克力专用胶。 其他用具和药品按教材要求准备。 阅读教材和资料1，学习提取和分离色素的方法和步骤。 提取色素 分离色素 由此可见，本实验的实验原理是什么呢？ （1）绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。 （2）绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 具体步骤如下： 提取色素 榨汁机榨汁：教材中提取色素采用了研磨法，而我们改成了破壁机或榨汁机榨汁的方法。请回答： 破壁机中除了放韭菜或韭黄外还必须加无水乙醇吗？CaCO3呢？SiO2呢？ 过滤：将压榨汁液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤，你认为漏斗基部放（ ）最好呢？ A单层尼龙布过滤 B定性滤纸过滤 C单层纱布过滤 3.收集滤液至带盖离心管或试管待用。为什么使用带盖的离心管或试管？ 分离色素 制备滤纸条，画滤液细线：为了保证分离效果，你有什么建议？ 层析：教材版层析液是石油醚：丙酮：苯（20：2：1），我们改良版层析液是石油醚：乙酸乙酯（9：1），思考：（1）我们为什么要做这样的改良？ （2）改良层析液后我们最担心或关心的是什么？ 大家看大屏幕上的图片，层析用的装置是带底座的塑料过滤研磨器管，用这个装置层析可以吗？大家看一下我们的实验器材，使用的是什么？ 以上分离色素的方法叫做什么？ 那么我们用这种方法来完成任务一 任务一 探究韭菜、韭黄中色素的种类 通过上述实验，总结绿叶中的色素（从上到下依次）： 阅读教材可知，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，那么如何验证呢？ 任务二 探究色素对光的吸收 1.介绍光栅（物理学科概念）、光谱、吸收光谱： 2.邀请学生介绍自制的简易版光谱仪，用于肉眼观察吸收光谱： 有了光谱仪，我们还需要将各种色素的提取液放入比色皿中，可是我们怎样把已经分离的色素收集起来呢？ 邀请学生介绍化学学科的层析柱原理，并且展示自制的色素收集装置（层析柱）： 完成任务二 探究色素对光的吸收 每个小组用自制的简易光谱仪观察吸收光谱，同时邀请1个小组的同学用科研小组自制的高阶光谱仪，借助Theremino软件直观地将色素的吸收光谱呈现在大屏幕上。 以下为吸收光谱手机拍摄图： 以下为高阶光谱仪呈现效果： 完成任务二后，用结果来解释农业生产中的问题： 北方冬季大棚用什么颜色的薄膜覆盖？ 雾霾或连续阴雨天怎样补光呢？ 我们课前考察过乐东、东方的火龙果基地，夜间白光或红光的原因是不是农友认为的要想长出红心必须“以红不红”？ 课堂小结 通过色素的提取和分离实验，完成了 任务一 探究韭菜、韭黄中色素的种类 2.通过自制光谱仪验证色素吸收什么颜色的光，完成了 任务二 探究色素对光的吸收
教学反思 本节课的亮点总结如下： 1.考察了海南本土资源，充分利用了学校生态园等本土优势，创设了良好的探究性学习的情境。学习完成后又用所学知识解释了生产实践问题，深化社会责任感培养。 2.恰当选择、使用多种数字化工具（AI文生视频、NB虚拟实验室、coze工作流等）赋能教学、学习过程。 3.优化色素提取方法、改良层析液成分，就地取材制作色素层析柱、简易光谱仪、升级版Theremino软件支持下的高阶光谱仪。 4.达成所有教学目标，实现物理、化学、生物多学科交叉融合，提升了学生的科学探究、科学思维能力，体现了对学生的多元化评价，培养了学生的社会责任感。 5.善于抓住课堂内外的生成事件整理成教学素材，比如种植韭菜时出现了20%的烂根现象，被拍成视频留给学生分析原因，渗透科学思维。 6.真正实现了AI等数字化工具赋能教学，而且不是为了AI而AI，而是在切实需要的地方才用，在使用AI等数字化工具的部分反复问自己是否真的比传统讲授方式好，答案是肯定的我才会使用AI等。 启发： 1.每一个愿意为科技兴国贡献力量的人都了不起，科研不会一蹴而就，需要持续地投入。 2.学生的潜能无限，要做敢于按下激发键的人，我本人平时喜欢研究电器和设备，为这节课指导学生制作各种实验装置和教具打下了基础。 3.以后教学中，我会继续大胆创新、善于学习、丰富知识，努力成为一名爱钻研有无限潜能的好老师。
实践作业 一、下课后分享与交流 学生分享自己的实验成果，并分析实验的成功或失败的原因。 二、布置作业 1.特色作业：在同学们的精心呵护和一天浇水三次的溺爱之下，终于实现了韭菜20%烂根现象，请结合学过的知识，解释烂根的原因。 2.使用恰当的数字化工具，联系本节课所学的知识，尝试做一个宣传乐东和东方火龙果基地的宣传海报，助力乡村振兴伟业。
注意事项 本实验需要查阅大量的资料，有一定的知识储备。 实验应该把安全放在第一位，在保障安全的基础上进行创新。 团队合作和有序分工非常重要。