复习与测试板书设计

植物有效成分的提取实验课教学设计

丁

菲

（广东省东莞市东莞实验中学 广东东莞 523900）

摘要：

通过引导学生对胡萝卜素和姜精油提取实验方案的设计以及对于蒸馏和萃取两种提取方法的比较与分析，帮助学生形成以实验为导向的生物学科素养。

关键词：有效成分提取；胡萝卜素；姜精油

1教学设计思想

“研究从生物材料中提取某些特定成分”是《普通高中生物课程标准（2018年版）》明确提出的要求。人教版选修1中“植物有效成分的提取”课题以玫瑰花、橘皮、胡萝卜为实验材料，分别介绍植物芳香油和胡萝卜素粗提取的三种方法：蒸馏、压榨、萃取。实验实践教学正是以实验操作为基础，加深学生对于实验原理理解的一种教学策略。新课标中对于实验内容的制定和重视，为以实验科学为基础的生物学科教学指明了道路。实践实验教学是在实验室中通过探究实验、验证实验来使学生完成对于生物学知识的内化过程。从“讲实验”转换为学生“做实验”，学生“设计实验”。高考对于实验考察的重视是生物教学发展的强大助力，让生物这门实验学科有机会展示“为什么”的魅力。

本节课选取蒸馏和萃取两种提取方法，通过对相同植物材料采用两种不同的提取方法，比较提取效果以期引发学生对于实验原理的理解和思考，激发学生对于生物实验实践的热情，培养学生实践能力。

2教材解读和学情分析

2.1教材解读

植物有效成分的提取是人教版《选修1生物技术实践》专题6的内容，本专题包括植物芳香油的提取和胡萝卜素的提取两部分内容。本专题在教学内容上相对独立，注重实验操作，教材对于不同提取方法原理和具体实验步骤介绍详细，本专题的高考考点比较繁杂和琐碎，仅凭单纯的记忆无法解决该部分的教学内容，进实验室实践操作就显得尤为重要，这是学生生物思维从“是什么”转化成“为什么”的必经之路。

2.2学情分析

学生对于本专题知识积累于高中化学课堂上，如不同沸点的液体分离可以使用蒸馏方法，利用有机溶剂萃取碘液中的碘。对于蒸馏装置也在化学课中有所了解。但对于植物中有效成分如芳香油和胡萝卜素该如何提取学生并不十分清楚。如何利用学生原有的知识积累完成知识迁移，如何构建相同知识点在不同学科中的知识体系是教学中要教师要思考和解决的问题。

2.3教学重点

蒸馏和萃取实验的具体操作过程；

2.4教学难点

引导学生设计探究实验方案，比较不同提取方法的提取效果，并做原因分析。

3教学目标

3.1学科素养

通过对实验方案的设计以及对于蒸馏和萃取两种提取方法的比较与分析，形成利用所学知识和技能处理解决问题的能力，具有实践和创新为主的综合学科素养。

3.2科学思维

通过对实验方案的设计和实验过程的亲自动手操作，能够理解实验操作在生物学中的重要作用，建立以实验为基础的严谨科学思维。

3.3科学探究

能够通过小组合作、交流和讨论的方式，探究植物有效成分不同提取方法的优缺点，并在此过程中理解探究实验设计的思路和方法，区别蒸馏法和萃取法的异同。

4教学设计与过程

4.1导入新课

教师简要介绍胡萝卜素在人体中的重要作用及其理化性质：橘黄色晶体粉末，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂，挥发性差。姜精油具有浓郁的香气和特殊的风味，在食品加工中可作为风味剂和增香剂。姜精油是一种透明的浅黄液体，黏度随时间的延长或者暴露在空气中而变大。高中化学课中学生对于蒸馏和萃取的提取方法有一定了解，鼓励学生课前查阅文献总结胡萝卜素和姜精油目前粗提取的方法有哪些，启发学生思考不同提取方法适合提取具有何种理化性质的有效成分。

4.2课前准备

（1）全班分成8组，每组6人，各小组提前阅读相关文献，每2组为平行重复组，共准备进行4组不同内容的探究实验，小组长与组员讨论后决定本组的探究内容，并进行提前准备工作。

（2）胡萝卜和生姜（不去皮）需要实验前提前一天用清水清洗后沥干，在将其切成小块使用恒温烘干箱烘干。

（3）蒸馏和萃取装置的具体安装和使用需要课前完成自学内容。

（4）课前准备好蒸馏装置和萃取装置，已烘干胡萝卜和已烘干生姜，学生阅读文献确定萃取胡萝卜素比较合适的试剂为石油醚，萃取姜精油比较合适的试剂为乙醇。本实验同种实验材料的蒸馏和萃取操作均在文献可查到的最优条件下完成，比较相同实验材料不同提取方案的提取效率。

（5）由于萃取时间比较长，为了完整展示萃取全过程，进行萃取的2组需要有一组提前完成萃取实验，课上进行浓缩操作。

4.3教学过程

实验课上8个实验小组按照下表进行实验操作：

1组和2组

3组和4组

5组和6组

7组和8组

实验材料

胡萝卜素（烘干）

胡萝卜素（烘干）

姜精油（烘干）

姜精油（烘干）

提取方法

萃取法

2组浓缩操作

蒸馏法

萃取法

6组浓缩操作

蒸馏法

5组萃取操作；

1组萃取操作；

（1）仪器的组装：各小组按照从上到下的顺序完成蒸馏和萃取仪器的安装。

（2）本实验选用文献可查的最合适的萃取试剂，以保证萃取效果明显，以便确定最优提取方案，有助于同学们分析采用蒸馏和萃取方法提取的有效成分应该具有怎样的化学性质。

（3）萃取过程使用恒温水浴锅，设定温度为60℃，姜精油实际萃取时间为5h；胡萝卜素实际萃取时间为30min，高于上述萃取时间对于提高萃取效果作用不明显，故停止萃取。

（4）2组和6组利用课前已经得到的萃取液进行浓缩实验，浓缩实验采用蒸馏装置完成，明火直接加热蒸出萃取剂，得到粗提品。

（5）烘干的生姜/胡萝卜

粉碎、研磨

浸泡

水蒸气蒸馏

油水分离

粗提精油

称取样品50g放入1000ml圆底烧瓶中，加入适量蒸馏水浸泡数小时，实验开始后酒精灯明火直接加热，蒸馏2小时，停止实验。

（6）萃取和蒸馏等待时间较长，实验结果的观察与分析需要学生利用课余时间完成。

4.4结果分析

（1）1组、2组采用萃取法提取胡萝卜素的同学以及7组、8组采用水中蒸馏法提取姜精油的同学可以定量计算出精油的出油率，不同组别计算结果误差较大。3组、4组采用蒸馏法提取胡萝卜素实验过程中蒸馏温度较高，原料出现焦糊现象，胡萝卜素提取现象不明显，只能定性观察，无法定量计算。5组、6组采用萃取法提取姜精油可观

察到明显出油现象，但萃取时间较长。

同学们将各组实验结果汇总分析后得出：胡萝卜素适用萃取法提取，蒸馏法提取不适合；萃取和水中蒸馏法均可完成姜精油的提取，从时间成本和实验投入成本角度分析姜精油采用水中蒸馏法更方便，亦能节约成本。

（2）经过具体实验操作同学们自然就会提出为什么胡萝卜素适用于萃取法提取，不适用于蒸馏法提取？姜精油具有哪些特性可以使其两种方法均可？萃取法和蒸馏法分别适合提取什么类型的植物有效成分？萃取法和蒸馏法的异同点是什么？鼓励学生大胆讨论，积极思考，讲同学们的答案逐条总结起来，完成本节课探究内容的课堂延伸和对学生学科素养的培养。

（3）同学们总结归纳出水蒸气蒸馏法是提取植物有效成分非常简单有效的方法，这种方法可以提取挥发性较强，能随水蒸气蒸发出来的，不溶于水的有效成分，如玫瑰花油等。而萃取法可以提取不溶于水，易溶于有机溶剂，沸点高于萃取剂的有效成分，如胡萝卜素等。

姜精油具有浓郁的香味，有挥发性，不溶水，易溶于有机溶剂，主要用于食品和饮料的加香和调味。因为其有挥发性不溶于水，故可以用水蒸气蒸馏的方法提取，又因其易溶于有机溶剂，则可以采用萃取的方法提取，二者比较水蒸气蒸馏法提取效果更好。

胡萝卜素是橘黄色结晶，不易挥发，化学性质稳定，不溶于水，易溶于有机溶剂，同学们使用观察发现水蒸气蒸馏法不适合胡萝卜素的提取，萃取法是胡萝卜素理想的提取方法。

5教学反思

基于课堂实验的植物有效成分提取教学设计，通过教师引导和学生分小组进行实验选题，前期准备，具体实验操作，以及实验结果分析讨论，将生物学科的实验设计方法，理科逻辑思维以及生物学科素养自然有机地融入教学中。首先，学生带着问题和可以动手操作的积极热情投入到课堂中，在实验前小组成员对于实验内容的探讨和思考会激发彼此的理科思维，学会了选择合适的材料或方法有目的性和有针对性地设计实验。第二，在实验过程中，通过观察同学们的实验操作以及与同学们的即时交流中能及时发现学生理解出现偏差的问题及原因，有助于之后课堂教学的正确引导。第三，实验完成后各小组对于本组实验内容的总结汇报及教师评价能进一步帮助学生明确和理解本节课中的核心概念。第四，本节课并没有直接将蒸馏法和萃取法的操作方法和所适合提取的植物有效成分直接给出。学生通过对实验现象的观察和总结可以归纳出蒸馏和萃取两种提取方法适合使用的植物。

参考文献

[1]龙佳，胡萝卜素的提取实验教学设计与实施[J]. 生物学通报，2018，53（2）：24-26. [2]周影，徐兆斌，于秀荣.植物芳香油的提取教学设计[J].生物学通报，2016，51（1）：22-25. [3]王忠宾，姜油提取方法及工艺参数研究[D].山东农业大学，2012. [4]吴成军，植物芳香油的提取的教学组织[J]. 生物学通报，2009，44

（3）：37-39.