高中生物植物芳香油的提取教学设计及高中化学实践型作业的设计探究

PAGE高中生物植物芳香油的提取教学设计植物芳香油的提取”课题，对应课程标准中的具体内容标准是“研究从生物材料中提取某些特定成分”。该课题实验涉及较多的化学仪器及比较复杂的实验操作，也存在课堂教学的有效组织问题，下面对该课题实验进行分析并提出相应的教学建议。

1

习得基础知识

芳香油是指具有一定香味和挥发性的帖类、酯类等物质，又称精油或挥发油。植物的根、茎、叶、花、果实、种子等六大器官中都可以提取到芳香油，如人们常见的生姜油、香草油、薰衣草油、玫瑰油、杏仁油和茴香油，等等。动物体内也可以提取芳香油，如从麝中提取的麝香油，从抹香鲸中提取的抹香鲸油。人们从微生物真菌中也提取到了芳香油。芳香油的作用主要有三种：一是作为香料，如各种香水和化妆品，这是目前使用最为广泛的用途；二是调味品，如食品和糕点中加入了少量的芳香油，用于调节味道，激发食欲；三是用作药物，如牙科消炎的丁香油，提神、驱虫的清凉油，等等。

学生极容易将食用植物油与芳香油相混淆。因为这两者都有共同的物理特性，即具有一定的香味和挥发性。但从化学本质来看，芳香油的成分非常复杂，主要是一些萜类化合物（一类碳氢化合物）及其衍生物，也有一些酯类，如玫瑰精油和香蕉精油中含有大量的酯类物质；而食用植物油是高级脂肪酸的甘油酯，沸点高，挥发性差；从作用来看，芳香油与食用植物油有很大不同，主要体现在：芳香油能够散发出芬芳气味，使人身心爽快，有助于消除疲劳，恢复精力，还可不同程度地提高人体神经系统、内分泌系统的功能，帮助人体提高免疫力，具有保健、美容等作用。

提取芳香油的常用方式有三种：蒸馏、压榨和萃取（见下表）。

提取方法原

理常见材料材料特点优

点缺

点

蒸馏

利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后再分离

玫瑰、薄荷叶、金合欢、薰衣草，等等有效成分的化学性稳定，不易水解设备简单，操作方便，是生产芳香油的主要方法油水混合物中水分含量较多；油水不易分离；部分有效成分不易随水蒸气散发出来

压榨通过机械压力将组织、器官中的有效成分挤压出来柑橘、柠檬，等等部分组织、结构中含有精油，如柑桔皮的油囊操作简单，针对性强材料中的其他成分会被压榨出来

萃取利用芳香油易于溶入有机溶剂来进行分离（相似相溶原理）茉、桂花，等等有效成分不易随水蒸气挥发效率高

材料必须尽可能细小；有机溶剂可能有一定的毒性，而且不易与芳香油分离

上表中提到的蒸馏法，指的是教材中提到的简化水蒸气蒸馏法，其缺点也是针对此法而说的。除上述方法外，提取芳香油的方法还有吸香法、浸泡法，等等。

2

正确定位教学目标

以上提取芳香油的基本方法中，压榨的基本原理相对简单，知识性内容比较浅显，绝大多数的生物实验室缺乏相应的压榨设备，因此，实践性不强；萃取的原理和实验操作在化学课中已有相应的体现，萃取芳香油的最大难点是萃取溶剂和芳香油仍需蒸馏分离，同时萃取剂有一定的毒性，并不适合大多数的芳香油的提取，在中学生物室中很难操作。蒸馏法（水蒸气）原理简单，操作时有一定的技能要求，能够有效地培养和锻炼学生的实验操作能力，与“生物技术实践”模块的课程目标——培养学生的实践能力，是一致的。基于以上分析，特确定如下的教学目标、教学的重点和难点。

2.1

教学目标

（1）说出芳香油的基本定义，举例说出常见芳香油的名称和作用。

（2）说出提取植物芳香油的常见方法和基本原理。

（3）尝试根据常见的实验材料选择恰当的提取方法。

（4）进行提取芳香油的实验操作。

2.2

教学重点和难点

教学重点：提取植物芳香油的常见方法和基本原理；根据常见的实验材料选择恰当的提取方法；运用水蒸气蒸馏法从植物材料中提取芳香油。

教学难点：运用水蒸气蒸馏法从植物材料中提取芳香油；实验设备的安装和使用；实验教学的组织和管理。

3

熟悉技术操作及要求

本课题的主要目标是运用蒸馏法从植物材料中提取芳香油。以下是实验操作流程。

处理材料时，尽量将材料剪碎或碾碎，如将花瓣用剪刀剪碎，将干花用研钵磨碎，等等，这样做便于水和水蒸气与材料充分接触，以利出油。

安装仪器：仪器的安装是比较复杂的操作，是实验的难点之一。下面的图示为仪器安装的基本流程。其中难度较大的是调节蒸馏瓶、冷凝管和接收瓶三者之间的高度和距离。冷凝管的安装非常重要，主要涉及两个方面，一是要注意冷凝管的进水口在下，出水口在上，并保持适当的倾斜度；二是与进水口相连接的橡皮管应与水龙头相连，依靠自来水在冷凝管中逆流达到充分冷却的效果，因此，水龙头与橡皮管一定要连接紧密。而大多数生物实验室的放水设备并未考虑到这一点，因此需要进行改造或设法弥补。

添加材料：材料可以在安装蒸馏瓶前放入。这里需要特别注意，一是避免将碎片状或粉末状的材料粘附在蒸馏瓶的瓶口；二是材料和水要保持一定的比例，一般500mL的蒸馏瓶可添加材料10～20g,用水300mL。

加热蒸馏：为节约酒精，缩短实验时间，可用热水进行蒸馏，刚开始时火焰可大些，烧开后改用小火，蒸馏时间不宜过长，一般实验15～20min即可。蒸馏的初期，冷却水流速可小些，待有较多的水蒸气通过时，冷却水流速可适当大些（注意节约用水）。蒸馏时要控制好速度，通常以每秒生成2～3滴油水混合物为宜。

获取油水混合物：如观察到接收瓶中出现了明显的油层或不再出油时，即可停止加热。此时，应先撤出热源，然后停止进水，最后拆卸蒸馏装置，拆卸的顺序与安装时刚好相反。

分离油层和获取精油：蒸馏得到的油水混合物分层现象并不十分明显，因油较少，水较多，因此，不易直接将油和水分离。可采用直径和容量较小的接受瓶，观察到的油层更加明显一些。此时，可在油水混合物中加入一定质量的食盐，使水层成饱和食盐水溶液，达到降低芳香油在水中的溶解度，然后将其倒入分液漏斗，待油层和水层分层明显后，打开顶塞，将活塞缓缓旋开，放掉下层的水分，然后将油层从顶口倒入接收瓶中，向接收瓶中加入无水硫酸钠，吸去油层中含有的微量水分，稍振荡后，静置片刻，最后，用滤纸过滤，除去五水硫酸钠晶体，此时，就可得到浓缩的精油。

4

采取有效的教学组织，激发学生的学习兴趣

3.1

课外搜集资料，课内展示成果

由于学生对提取芳香油非常感兴趣，教师可提前让一部分学生收集资料，制成幻灯在课堂上展示。学生搜集的资料分两部分，一部分是从互联网和相关书籍刊物上获取芳香油的相关知识，如芳香油的具体名称、作用、制作方法、历史发展，等等；另一方面是进行市场调查，让学生到相关超市（如化妆品超市），调查统计有哪些产品添加了芳香油，这些芳香油的名称是什么？有什么作用？将这些感性的资料和调查结果在课堂上展示，与其他学生分享，以此来激发学生的学习兴趣和实验欲望。

3.2

从生活经验出发，激发学生的探究兴趣

随着人们生活的改善，由少数有钱人享受的芳香油，目前已成为普通大众经常消费的常见商品了，教学中教师可列举生活中常见的芳香油，如玫瑰精油、薰衣草精油、精凉油、薄荷油等耳熟能详的名称及其作用来说明芳香油与人们生活的关系，并用“要生产1滴纯正的玫瑰精油，大约需要5kg的玫瑰花瓣，而玫瑰精油称为液体黄金，比黄金的价格还贵”，以激发学生了解芳香油的基本知识，学习提取玫瑰精油的兴趣。

3.3

分析实验材料，找出合适的提取方法

实验材料的不同，采取的提取方法各不相同。教学过程中可提供一些即将用到的实验材料，如生姜、橘皮、薄荷叶、玫瑰、桂花供学生分析，讨论采取什么样的提取方法比较适宜，进而总结出提取芳香油的三种主要的方法，然后分析这三种方法的基本原理、材料特点，提取的优点和缺点。

3.4

厘清实验仪器的作用和使用方法，注意操作细节

提取玫瑰精油用到的水蒸气蒸馏法，涉及到最重要的实验仪器就是蒸馏瓶和冷凝管，冷凝管的构造及其作用原理需要教师认真讲解，并提出以下问题供学生思考：冷凝管的构造有何特点，其作用是什么？蒸汽从哪里通过，冷凝水从哪里通过？蒸汽的流动方向为什么与冷凝水的流动方向相反？谁是进水管，谁是出水管？冷凝管为什么要保持一定的倾斜角度？如何控制冷凝水的流动和流速？等等。对这些问题的进行认真地讨论，有利于学生理解实验原理，进行正常的仪器操作，也有利于学生控制冷凝水的流速和节约用水。

3.5

以组为单位，开展实验操作

为激发实验兴趣，让同学们有更多的实验感受，可将学生分成小组，每组由4～8位学生组成（见右图），共同完成实验仪器的安装和提取精油的全部实验。提供给学生的实验材料可以是上文中提到的一些材料，如鲜玫瑰花瓣、干玫瑰花瓣、橘皮、生姜、干桂花、薄荷叶等等，让不同小组的同学选择不同的实验材料，各个小组的同学可以相互观摩和交流，最后由小组代表展示实验成果，讲述制作过程和制作心得。

5

课后总结与反思

5.1实验材料的获取和准备

很多老师认为，本实验最困难的事情是无法准备相应的实验材料，因为无法获得充足的鲜玫瑰花瓣。其实不然，学生中就有很多的资源可以利用。笔者介绍一个真实的教学案例，本人在带领学生做该实验之前也有与大多数老师一样的顾忌，从哪里弄到哪么多的鲜玫瑰花瓣呢？我在征询学生意见时，学生告诉我，他们有办法，果不其然，第二天，仅一个小组的同学就轻松地弄来三大包鲜玫瑰花瓣（见右图）。原来，学生到学校附近的鲜花店，向店主讲明原因，让店主将卖玫瑰花时去掉的外层花瓣留下来供他们实验，因这些花瓣已没有利用价值，店主当然乐意支持学生的实验活动。通过这件事情，让我明白了学生具有很强的实践能力，我们应该充分利用学生的潜能，利用各种有效的教学资源来为我们的教育教学服务。

地处农村和小城镇的老师可能无法像我一样获取鲜玫瑰花瓣，但实验材料随处可得，如孜然、橘皮、生姜、桂皮等等都是很容易得到的实验材料，干玫瑰花很便宜而且容易买到，很多校园种植了较多的桂花树，每到桂花花开时，收集这些花瓣留待实验，都是不错的选择。

5.2实验仪器的准备和安装

本实验要用到蒸馏瓶和冷凝管等实验仪器，一般情况下可以从化学实验室借到，也可以提前购买。实验仪器安装环节难度最大的部分是与冷凝管的进水管相连的橡皮管太小，无法与水龙头很好地衔接，这些环节都需要教师提前实验，找到比较好的解决办法。

教材图示采用的蒸馏法是简化的水蒸气蒸馏法，用此种方法，操作相对容易一些，但由于材料和水充分接触，芳香油的大多数有效成分会溶于水中，随蒸汽挥发的有效成份只有一小部分，另外，部分有效成分会过热分解，因此，简化水蒸气蒸馏的效果并不理想。为提高出油率，实验时可采取完整的水蒸气蒸馏法（见右图）。

与教材相比较，图中增加了一个长颈圆底烧瓶，材料放在瓶中，通过加热水蒸气发生器产生低压饱和蒸汽，蒸汽再与材料充分接触，由于蒸汽湿度高、温度也高，因此，出油效率高，同时也有利于缩短蒸馏时间，节省燃料，提高油的质量。水蒸气蒸馏法在提取芳香油中应用广泛，植物的花、叶一般采用此法。

5.3正确看待实验结果

实验结果与我们预期的结果有一定的差距。以鲜玫瑰花瓣为例，蒸馏得到的油水混合物是油少水多，精油的香味和纯度都不够，这与实验材料有很大的关系。我们日常用于观赏的玫瑰含油较少，不是用于提取精油的品种，其他材料也有类似的现象。尽管如此，本实验的目的并不是为了提取多少精油，而是通过蒸馏实验培养学生的操作技能，获得相关的基础知识，因此，实验过程比实验结果更为重要。事实上，我们的学生也是这样表现的，他们表现出浓厚的实验兴趣，甚至放学后还要求老师补开实验，他们都在享受制作过程，而对实验结果并表现出太多的苛求。高中化学实践型作业的设计探究[摘要]：“高中化学实践型作业”是指让学生运用化学知识，亲身参与调查、研究、动手实验等以解决社会生活、生产中化学问题的作业。是既体现基础性又体现能力培养的如实验操作性作业、调查性作业、工艺流程型作业、探究性作业、自编测验型作业、思辨性作业、制作型作业、化学小报、小论文等方面作业的总称。“设计”是指教师根据普通高中化学课程标准、高考考纲、教材知识及学生具有的知识体系和生活实际对教材主要知识点进行试题的重组、改编、原创等。[关键词]：高中化学实践型作业设计探究

作业是新课程背景下化学优质课堂构建的重要组成部分，是教学过程中一个很重要的环节，是学生巩固知识、习得经验、培养能力的一个重要途径，是教师与学生之间最基本、最经常、最稳定的沟通渠道、对话方式和情感交流形式。《高中化学新课程标准》指出：“不同类型的习题对巩固知识、发展学生的创造力有不同的作用。要注意开发新的题型，增加思考题、讨论题、实践题和开放题的比例；编制的习题应有助于学生发现和提出问题；要鼓励学生深入生活实际，调查、咨询或进行实验，最终解决化学问题；要鼓励学生综合运用已学知识，从不同角度、不同层次进行思考，创造性地解决问题”。高中化学实践型作业的设计探究遵循这一要求。高中化学实践型作业是指让学生运用化学知识，亲身参与调查、研究、动手实验等以解决社会生活、生产中化学问题的作业。是既体现基础性又体现能力培养的如实验操作性作业、调查性作业、工艺流程型作业、探究性作业、自编测验型作业、思辨性作业、制作型作业、化学小报、小论文等方面作业的总称。是一种既传承传统作业又侧重于培养学生创新精神与实践能力的作业。因此，高中化学实践型作业应成为学生自主探究、自由发挥、大胆创新的广阔舞台，有助于实现“自主、探究、实践、合作”的学习方式，有利于学生的个性发展，有利于新课程形势下新的作业观的培养与训练。1、高中化学实践型作业的设计要能启迪学生思维化学作业是学生理解和消化所学化学知识内容、学会用化学知识解决实际问题，达到提高学生素质、培养能力的有效途径而设置的作业。高中化学实践型作业的设计必须有利于学生学习方式的转变、有利于学生科学思维品质的形成、有利于学生科学文化素养的提高、有利于学生创新精神和实践能力的培养、有利于学生掌握终身学习所具备的基础知识、基本技能和方法。作业设计案例一：教学内容：高三专题复习作业设计目的：培养学生科学探究精神及运用化学基础知识解决简单化学问题的能力，以及对图表观察分析能力。作业设计：（2009广东）某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：沉淀物Fe（OH）3Al(OH)3Mg(OH)2PH3.25.212.4部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的pH由见上表，请回答下列问题：（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有（要求写出两条）。（2）滤渣I的主要成分有。（3）从滤渣Ⅱ中可回收利用的主要物质有。（4）Mg(ClO3)2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂，可采用复分解反应制备：MgCl2+2NaClO3Mg(ClO3)2+2NaCl已知四种化合物的溶解度（S）随温度（T）变化曲线如下图所示：①将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg(ClO3)2。简述可制备Mg(ClO3)2的原因：。②按①中条件进行制备实验。在冷却降温析出Mg(ClO3)2过程中，常伴有NaCl析出，原因是：。除去产品中该杂质的方法是：。评析：题目提供的信息、问题的设置及对学生学习的导向都具有一定的思维启迪性。该题引导学生分析工艺流程过程，结合题目提供的相关信息以及所学化学知识来考查学生应用基础知识解决简单化学问题的能力以及对图表的观察、分析能力，体现了试题的创新性和开放性，对学生学生学习方式的转变、学生科学思维品质的形成都起到较好的引领作用。2、高中化学实践型作业的设计要重视探究学习活动，发展学生的科学探究能力。《高中化学新课程标准》指出：探究学习是学生学习化学的一种重要方式，也是培养学生探究意识和提高探究能力的重要途径。教师应充分调动学生主动参与探究学习的积极性，引导学生通过实验、观察、调查、资料收集、阅读、讨论、辩论等多种方式，在提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等活动中，增进对科学探究的理解，发展科学探究能力。作业设计案例二：教学内容：高三专题复习《元素及化合物》作业设计目的：培养学生科学探究精神及学生的思维能力和文字表达能力。作业设计：在溴水中加入镁粉，溴水褪色。对于褪色的原因，甲乙两同学分别作出解释：甲认为是溴溶于水后，溴和水发生了可逆反应:Br2+H2O≒HBr+HBrO

当向溴水中加入镁粉之后，则发生以下两种反应：

Mg+2HBr=MgBr2＋H2↑Mg+2HBrO=Mg(BrO)2+H2↑

由于上述反应的发生，使溴水中的平衡向正反应方向移动，从而使溴水褪色。乙认为，镁是活泼金属，在溴水中存在大量的溴，应该是溴与镁粉直接反应：Mg+Br2=MgBr2，而使溴水褪色。

如何设计方案探究甲和乙的解释是否正确？

评析：该题的设计是从实验出发，让学生根据已有知识设计实验方案，探究化学反应原理。学生完成该题必须深入探究过程，分析探究原理，通过对化学事实和现象的归纳、类比进行系统分析，才能作出正确判断。本题可从如下四个方面进行实验探究：（1）将镁粉投入冷水中；（2）将镁粉放入液溴中；（3）将镁粉放入溴水中；（4）向（3）中滴加几滴水。通过产生的不同现象，得出实验结论。3、高中化学实践型作业的设计要注意引导学生关注社会，培养学生的社会责任感。《化学新课程标准》指出：化学科学与生产、生活以及科技的发展有着密切联系，对社会发展、科技进步和人类生活质量的提高有着广泛而深刻的影响。高中学生会接触到很多与化学有关的生活问题，教师在教学中要注意联系实际，帮助学生拓宽视野，开阔思路，综合运用化学及其他学科的知识分析解决有关问题。作业设计案例三：教学内容：普通高中课程标准实验教科书人教版化学选修1《促进身心健康》作业设计目的：引导学生关注社会，培养学生的社会责任感。作业设计：调查型作业——以化学眼光看“食品安全事件”事件（提示：可从如下方面去查阅资料，调查走访。①政府及民众为何如此关注“食品安全”事件？②食品安全的问题到底对人们有哪些影响？③为什么会产生这个问题？④如何从根本上解决这个问题？⑤你对这个问题有什么感想？……）评析：在“麦乐鸡”阴霾尚未彻底散去，在“三聚氰胺”复出江湖的消息让人紧张之余，“真功夫假排骨”、“假冒香米”、“圣元奶粉致性早熟”、“可燃面条”又在公众滴血的伤口上撒了一把盐。“食品安全事件”作为一个社会热点问题，从政府到民众都很关注，当然也会激起正处于青春期学生的求知欲。将此等热点问题让学生参与调查，从作业的过程来看，学生不仅得知了问题食品的危害，了解到诸如“蛋白精”三聚氰胺的物理性质、化学性质及其添加到奶粉中的原因，更增强了学生的环保意识。从作业的效果来看，大大提高了学生的积极性和参与意识，激发了学生的探究能力、合作能力及沟通能力，提高了学生的学习兴趣，增强了学生的社会责任感。4、高中化学实践型作业的设计要注意培养学生的合作品质。目前的教育应该由重点培养竞争力转向重点培养合作能力。高中化学实践型作业的设计应打破传统作业“独立作战”的形式，变个体型为合作型，让学生与学生、学生与家长，学生与老师相互切磋，培养学生的合作意识、合作精神、合作能力和合作品质。作业设计案例四：教学内容：普通高中课程标准实验教科书人教版化学2《资源的综合利用环境保护》作业设计目的：培养学生收集信息能力、思辨能力、语言表达能力和合作能力。作业设计：辩论型作业——保护环境与经济发展（提示：程序可从如下几个方面：①组织：确定辩题，组建正方和反方辩论团队，确定评委3——5人，辩论主席一人。②准备：辩论双方收集资料，准备论据，老师对辩论团队予以技术上的指导。③活动：由主席介绍辩题，宣布比赛规则。接下来，分别由双方一辩阐明论点，然后由双方的二辩、三辩继续阐述本方观点，并予以适当反驳对方。接着进入唇枪舌剑自由辩论阶段，最后由双方四辩总结陈词。最后评委亮分，观众提问，评出胜方、最佳辩手等。……）评析：该题表面看与化学关系不大，实质上包含着丰富的化学知识，体现了化学与社会、生活、科技等等的联系，题目设计新颖。通过辩论，学生不仅感受到了环保的重要性，也知道了发展经济和环境保护同样需要知识，需要全社会参与。通过练习不但在学习过程中培养了学生收集信息能力、思辨能力、语言表达能力和合作能，而且对学生的社会价值观及情感态度的培养也起了至关重要的作用。5、高中化学实践型作业的设计要体现作业的开放性教育应该是开放性的，这是由教育内容的开放性、资源的开放性、活动的开放性决定的。高中化学实践型作业的设计应来源于学生的学习生活和社会生活，既可以是科技制作方面的，也可以是化学基础知识方面的；既可以是偏重于实践活动的探索性化学实验，也可以是偏重于思辨的理论性研究；既可以是社会现实的扩展性学习问题，也可以是化学前沿的新科技问题等．因此，高中化学实践型作业的内容、形式、过程、结果应是多角度、多层面的。作业设计案例五：教学内容：普通高中课程标准实验教科书人教版化学2《生活中两种常见的有机物》作业设计目的：培养学生收集信息能力、思辨能力、合作探究能力和安全意识。作业设计：阅读有关资料，完成下题之一：（1）、小论文：酗酒与社会安定；（2）、编排课本剧：“酒后驾车”；（3）、辩论会：公款消费与中国酒文化。（4）、制作海报：酗酒或酒后驾车的危害。评析：教师要树立大教育的观念，指导学生多阅读相关资料，增强课外知识，拓展学生视野。这样的作业可以增强学生学习的主动性，有助于培养学生的社会意识和社会责任感。6.高中化