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【摘 要】普通高中生物人教版选修一P73页，教材以玫瑰精油提取为例介绍水蒸气蒸馏法提取植物芳香油的技术。水蒸气蒸馏法是本实验的教学难点，如何巧妙地设计探究性实验帮助学生理解其含义呢？笔者经过严谨的实验教学后，尝试引导学生通过合作探究对该实验进行改进，现将实验改进的教学过程整理如下。
【关键词】水蒸气蒸馏法;植物芳香油;改进;教学实践
【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2019）28-0191-02
1 在教材实验教学中发现问题
①按教材实验组织学生亲自入园采摘、购买玫瑰花瓣后学生发现以下问题：
满足5月上旬、中旬的玫瑰花瓣季节限制大;购买玫瑰花瓣价格昂贵。
②学生亲自按教材装置实验后，学生又发现以下问题：
酒精灯明火加热，安全性低、散热多;敞口锥形瓶接液精油挥发大;橡胶管接自来水管水资源浪费多。
2 合作探究解决问题
2.1 材料更换
那如何解决以上问题呢？小组探讨决定：寻找身边廉价易得的材料。经过多次尝试同学们决定：将玫瑰花瓣更改为香樟叶、柏木叶、花椒果实。学生在校园获取了柏木叶，在自家菜地获取了花椒果实。利用行道树、公园等“修枝剪叶”下来的废料“变废为宝”获取了香樟叶。
2.2 改进蒸馏装置
面对教材蒸馏装置的诸多不足，经过小组合作探讨，学生提出如下改进思路。
改进思路1：提升热源安全性、减少热量散失。
学生发现酒精灯明火加热，安全性低、散热多。学生首先找到了电炉发现其加热无明火，但只有底部受热。最后找到调温电热套发现它加热无明火，受热面多、可调温。所以学生将热源确定为调温电热套。
改进思路2：提升密封性、减少精油挥发。
同学们找到了牛角管接液，但发现其敞口，精油挥发大。改用磨口接液管接液，发现能密封但原装置复杂。最后找到挥发油测定器接液，学生找到的挥发油测定器分为轻油测定器和重油测定器两种，那哪种挥发油测定器适合本实验使用呢？学生通过比较本实验提取的三种芳香油的密度与水的密度，发现本实验提取的三种芳香油的密度均小于水的密度，所以学生探讨后决定选用轻油测定器。发现蒸馏过程中轻油测定器能保证密封、简化装置、还可读数。所以学生将接液装置确定为轻油测定器。
改进思路3：减少水资源浪费，提高冷凝效率。
在教材实验中，橡胶管接的是自来水管，在2h的蒸馏过程中，自来水管一直处于打开状态，自来水从进水口进入经过冷凝管装置后又从出水口流出，之后直接排到下水道，细心的同学发现整个过程造成了大量水资源的浪费。那如何解决这个问题呢？有同学大胆提出设计一种“循环水”的想法。
经过多次尝试，学生最终想到用冰块水+小水泵来实现节约、高效、可循环。学生将小水槽加2/3体积的自来水，再往水槽中放入冰块（如图1所示），用小水泵与入水口的橡胶管相连，启动小水泵，温度极低的冰块水被抽入球形冷凝管发挥冷凝作用，之后又从出水口的橡胶管排入小水槽进行循环冰冻，效果非常好。最后学生确定了实验材料与仪器，并齐心协力组装了改进后的新蒸馏装置（如图2所示），新装置各接口处涂抹凡士林增加气
密性。
3 材料与仪器
香樟叶，取自行道树修枝剪叶的废料。柏木叶，取自校园。花椒果实，取自学生自家菜地。0.1g/mLNaCl溶液，无水Na2SO4，蒸馏水，凡士林。电子天平，广州协华仪器有限公司;DZTW型电子调温电热套，郑州艾威尔化玻仪器有限公司;球形冷凝管，广州协华仪器有限公司;1000毫升单口烧瓶，广州协华仪器有限公司;挥发油测定器，长天市天马实验设备有限公司;水泵，郑州艾威尔化玻仪器有限公司。
4 实验原理及方法
4.1 实验原理
天然的植物芳香油具有非常强的挥发性，不溶于水，适宜用水蒸气蒸馏法来提取。蒸馏过程中利用水蒸气将植物芳香油携带出植物细胞，先形成油水混合物，再通过分离油层，加无水Na2SO4干燥处理等，最后得植物芳香油。
4.2 实验方法
取香樟叶、柏木叶、花椒果实分别干燥后粉碎过30目筛，用电子天平称取各材料粉末，按第一组：物料20g，蒸馏水500mL，即料液比0.05;第二组：物料30g，蒸馏水300mL，即料液比0.1;第三组：物料60g，蒸馏水400mL，即料液比0.15;第四组：物料80g，蒸馏水400mL，即料液比0.2;第五组：物料50g，蒸馏水200mL，即料液比0.25。各组分别将物料和蒸馏水加入1000毫升圆底烧瓶中，接通调温电热套电源，打开开关，用改进后的新蒸馏装置进行水蒸气蒸馏2h。蒸馏结束后关闭电源，从挥发油测定器读取乳浊液体积记录入表，后取乳浊液加2倍体积的0.1g/mLNaCl溶液进行油层分离，再用分液漏斗分液取油层加适量无水Na2SO4干燥除去残留水分，最终得植物芳香油。
5 分析实验数据得出实验结论
5.1 分析实验数据
学生对每组实验进行了3次重复，计算出每一个料液比下的出油率平均值，用平均值绘制出三种精油出油率随料液比变化的拟合曲线，从曲线中学生发现：
花椒精油出油率普遍比较高，花椒的最佳料液比是0.1，出油率达6.24%;柏木精油的出油率普遍较花椒精油低得多，柏木的最佳料液比是0.07，出油率达1.93%;香樟精油的出油率在三种材料中相比普遍最低，香樟的最佳料液比是0.1，出油率达0.23%。
5.2 实验结论
香樟叶、柏木叶、花椒果实三种材料均适合用水蒸气蒸馏法提取植物芳香油，改进后的水蒸气蒸馏装置效果明显。三种实验材料在农村地区的大自然山坡上或学生自家菜地容易获取实验材料。城市地区的学生还可以用城市行道树或公园修枝剪叶下来的废料作为实验材料，实现实验材料廉价化、易得化，便于大规模开展学生实验。
6 实验反思
在实验教学中我们没有规定学生要怎样操作，没有给学生设定固定的思维路线，而是鼓励学生先按教材实验动手完成实验，在实验中动脑思考原实验的不足，小组合作探讨確定不足的具体改进点，又鼓励学生自己按小组讨论后的改进方法寻找材料，实践求证，反复实验最终确定改进方案。实验教学中我们始终注重科学探究与科学思维相结合，培养学生严谨的科学态度和求实的科学精神，从而落实生物学科核心素养，注重培养学生“节约-高效-可循环”“变废为宝”等实验设计理念。学生到达野外开展实践时，我们引导学生要时刻提升安全意识。
【参考文献】
[1]杨正.用蒸气蒸馏法从樟树中提取精油.生物学通报，2017（11）.
[2]赵志峰，覃哲，雷绍荣.三种花椒精油的提取研究.食品工业科技，2007（12）.
[3]包丽华，王林和，张国盛，等.水蒸气蒸馏法提取臭柏细枝叶
精油的研究[J].安徽农业科学，2009（9）.
【关键词】水蒸气蒸馏法;植物芳香油;改进;教学实践
【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2019）28-0191-02
1 在教材实验教学中发现问题
①按教材实验组织学生亲自入园采摘、购买玫瑰花瓣后学生发现以下问题：
满足5月上旬、中旬的玫瑰花瓣季节限制大;购买玫瑰花瓣价格昂贵。
②学生亲自按教材装置实验后，学生又发现以下问题：
酒精灯明火加热，安全性低、散热多;敞口锥形瓶接液精油挥发大;橡胶管接自来水管水资源浪费多。
2 合作探究解决问题
2.1 材料更换
那如何解决以上问题呢？小组探讨决定：寻找身边廉价易得的材料。经过多次尝试同学们决定：将玫瑰花瓣更改为香樟叶、柏木叶、花椒果实。学生在校园获取了柏木叶，在自家菜地获取了花椒果实。利用行道树、公园等“修枝剪叶”下来的废料“变废为宝”获取了香樟叶。
2.2 改进蒸馏装置
面对教材蒸馏装置的诸多不足，经过小组合作探讨，学生提出如下改进思路。
改进思路1：提升热源安全性、减少热量散失。
学生发现酒精灯明火加热，安全性低、散热多。学生首先找到了电炉发现其加热无明火，但只有底部受热。最后找到调温电热套发现它加热无明火，受热面多、可调温。所以学生将热源确定为调温电热套。
改进思路2：提升密封性、减少精油挥发。
同学们找到了牛角管接液，但发现其敞口，精油挥发大。改用磨口接液管接液，发现能密封但原装置复杂。最后找到挥发油测定器接液，学生找到的挥发油测定器分为轻油测定器和重油测定器两种，那哪种挥发油测定器适合本实验使用呢？学生通过比较本实验提取的三种芳香油的密度与水的密度，发现本实验提取的三种芳香油的密度均小于水的密度，所以学生探讨后决定选用轻油测定器。发现蒸馏过程中轻油测定器能保证密封、简化装置、还可读数。所以学生将接液装置确定为轻油测定器。
改进思路3：减少水资源浪费，提高冷凝效率。
在教材实验中，橡胶管接的是自来水管，在2h的蒸馏过程中，自来水管一直处于打开状态，自来水从进水口进入经过冷凝管装置后又从出水口流出，之后直接排到下水道，细心的同学发现整个过程造成了大量水资源的浪费。那如何解决这个问题呢？有同学大胆提出设计一种“循环水”的想法。
经过多次尝试，学生最终想到用冰块水+小水泵来实现节约、高效、可循环。学生将小水槽加2/3体积的自来水，再往水槽中放入冰块（如图1所示），用小水泵与入水口的橡胶管相连，启动小水泵，温度极低的冰块水被抽入球形冷凝管发挥冷凝作用，之后又从出水口的橡胶管排入小水槽进行循环冰冻，效果非常好。最后学生确定了实验材料与仪器，并齐心协力组装了改进后的新蒸馏装置（如图2所示），新装置各接口处涂抹凡士林增加气
密性。
3 材料与仪器
香樟叶，取自行道树修枝剪叶的废料。柏木叶，取自校园。花椒果实，取自学生自家菜地。0.1g/mLNaCl溶液，无水Na2SO4，蒸馏水，凡士林。电子天平，广州协华仪器有限公司;DZTW型电子调温电热套，郑州艾威尔化玻仪器有限公司;球形冷凝管，广州协华仪器有限公司;1000毫升单口烧瓶，广州协华仪器有限公司;挥发油测定器，长天市天马实验设备有限公司;水泵，郑州艾威尔化玻仪器有限公司。
4 实验原理及方法
4.1 实验原理
天然的植物芳香油具有非常强的挥发性，不溶于水，适宜用水蒸气蒸馏法来提取。蒸馏过程中利用水蒸气将植物芳香油携带出植物细胞，先形成油水混合物，再通过分离油层，加无水Na2SO4干燥处理等，最后得植物芳香油。
4.2 实验方法
取香樟叶、柏木叶、花椒果实分别干燥后粉碎过30目筛，用电子天平称取各材料粉末，按第一组：物料20g，蒸馏水500mL，即料液比0.05;第二组：物料30g，蒸馏水300mL，即料液比0.1;第三组：物料60g，蒸馏水400mL，即料液比0.15;第四组：物料80g，蒸馏水400mL，即料液比0.2;第五组：物料50g，蒸馏水200mL，即料液比0.25。各组分别将物料和蒸馏水加入1000毫升圆底烧瓶中，接通调温电热套电源，打开开关，用改进后的新蒸馏装置进行水蒸气蒸馏2h。蒸馏结束后关闭电源，从挥发油测定器读取乳浊液体积记录入表，后取乳浊液加2倍体积的0.1g/mLNaCl溶液进行油层分离，再用分液漏斗分液取油层加适量无水Na2SO4干燥除去残留水分，最终得植物芳香油。
5 分析实验数据得出实验结论
5.1 分析实验数据
学生对每组实验进行了3次重复，计算出每一个料液比下的出油率平均值，用平均值绘制出三种精油出油率随料液比变化的拟合曲线，从曲线中学生发现：
花椒精油出油率普遍比较高，花椒的最佳料液比是0.1，出油率达6.24%;柏木精油的出油率普遍较花椒精油低得多，柏木的最佳料液比是0.07，出油率达1.93%;香樟精油的出油率在三种材料中相比普遍最低，香樟的最佳料液比是0.1，出油率达0.23%。
5.2 实验结论
香樟叶、柏木叶、花椒果实三种材料均适合用水蒸气蒸馏法提取植物芳香油，改进后的水蒸气蒸馏装置效果明显。三种实验材料在农村地区的大自然山坡上或学生自家菜地容易获取实验材料。城市地区的学生还可以用城市行道树或公园修枝剪叶下来的废料作为实验材料，实现实验材料廉价化、易得化，便于大规模开展学生实验。
6 实验反思
在实验教学中我们没有规定学生要怎样操作，没有给学生设定固定的思维路线，而是鼓励学生先按教材实验动手完成实验，在实验中动脑思考原实验的不足，小组合作探讨確定不足的具体改进点，又鼓励学生自己按小组讨论后的改进方法寻找材料，实践求证，反复实验最终确定改进方案。实验教学中我们始终注重科学探究与科学思维相结合，培养学生严谨的科学态度和求实的科学精神，从而落实生物学科核心素养，注重培养学生“节约-高效-可循环”“变废为宝”等实验设计理念。学生到达野外开展实践时，我们引导学生要时刻提升安全意识。
【参考文献】
[1]杨正.用蒸气蒸馏法从樟树中提取精油.生物学通报，2017（11）.
[2]赵志峰，覃哲，雷绍荣.三种花椒精油的提取研究.食品工业科技，2007（12）.
[3]包丽华，王林和，张国盛，等.水蒸气蒸馏法提取臭柏细枝叶
精油的研究[J].安徽农业科学，2009（9）.