“乙烯利催熟香蕉過程中探究還原糖含量的變化”的教學(xué)案例

黃西西

文件編號(hào)： 1003 - 7586（2016）11 - 0018 - 04

1 教學(xué)指導(dǎo)思想

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》提出（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》），生物科學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。生物科學(xué)的研究經(jīng)歷了從現(xiàn)象到本質(zhì)、從定性到定量的發(fā)展過程。《標(biāo)準(zhǔn)》注重引導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活的背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)，倡導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中，深入理解生物學(xué)的核心概念，并能運(yùn)用生物學(xué)的原理和方法。

基于《標(biāo)準(zhǔn)》的這一理念，本節(jié)課將學(xué)生熟悉的水果催熟問題與教科書中還原糖的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生親眼觀察到香蕉由綠色變?yōu)辄S色的生命現(xiàn)象，并透過現(xiàn)象研究本質(zhì)，測(cè)定還原糖含量的變化。在《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃（2049計(jì)劃）》的科學(xué)概念中列出了“測(cè)量”“實(shí)驗(yàn)”“模型”等，本實(shí)驗(yàn)以此為啟發(fā)，著力于定量實(shí)驗(yàn)與模型建構(gòu)。在定量測(cè)定數(shù)據(jù)過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)原始數(shù)據(jù)的處理與轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)曲線的分析與比較、異常數(shù)據(jù)的分析等，制備各種模型的建立。學(xué)生運(yùn)用已有的生物學(xué)知識(shí)解決問題時(shí)，并深刻理解植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、酶、基因表達(dá)等生物學(xué)概念，培養(yǎng)了生命觀念、社會(huì)責(zé)任、理性思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)。

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)思路如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

2.1 教材分析

本實(shí)驗(yàn)是基于浙科版必修1第一章第三節(jié)“檢測(cè)生物組織中的還原糖”實(shí)驗(yàn)的拓展，教科書實(shí)驗(yàn)是定性分析，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行量化，采用定量分析的數(shù)據(jù)更具說服力。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)也依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》必修3第一章具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)“評(píng)述植物激素的應(yīng)用價(jià)值”，融入香蕉業(yè)普遍采用的乙烯利催熟香蕉的操作。測(cè)定還原糖的方法則借鑒生物技術(shù)實(shí)踐模塊中選修一第三部分泡菜的腌制和亞硝酸鹽的測(cè)定中的活動(dòng)建議：嘗試用比色法測(cè)定其亞硝酸鹽含量的變化。本實(shí)驗(yàn)采用本尼迪特試劑作為顯色劑，反應(yīng)并比色，采用分光光度計(jì)精確測(cè)定數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)既源于課本，也是課本實(shí)驗(yàn)的融會(huì)貫通與升華，是對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的再處理。

2.2 學(xué)生分析

本實(shí)驗(yàn)的操作者是高二選考班學(xué)生，已經(jīng)學(xué)習(xí)了高中生物全部的必修知識(shí)，完成必修模塊要求的所有實(shí)驗(yàn)，具備較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作能力；初步學(xué)習(xí)了生物技術(shù)實(shí)踐模塊的部分知識(shí)，具備一定的知識(shí)儲(chǔ)備；經(jīng)過初中和高中的學(xué)習(xí)，學(xué)生的科學(xué)思維能力有了較大提升，有初步科學(xué)探究的能力。

2.3 教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：

（1） 分析實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)施可行的實(shí)驗(yàn)方案；

（2） 利用數(shù)學(xué)方法處理、分析數(shù)據(jù)，聯(lián)系相關(guān)生物學(xué)知識(shí)。

教學(xué)難點(diǎn)：

（1） 處理數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系。突破策略：教師引導(dǎo)學(xué)生理解制備標(biāo)準(zhǔn)曲線的原理，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算。為了降低學(xué)生處理數(shù)據(jù)的難度，用辦公軟件Excel設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換函數(shù)公式。建立坐標(biāo)系時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生用描點(diǎn)連線法，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀。

（2） 有效組織課堂教學(xué)。突破策略：用比色法定量測(cè)定還原糖的含量，學(xué)生操作起來費(fèi)時(shí)。教師可以在課前培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)教學(xué)小助手來操作電動(dòng)離心機(jī)和分光光度計(jì)，節(jié)約部分時(shí)間。同時(shí)注意加強(qiáng)各小組內(nèi)學(xué)生的合作，如研磨時(shí)，要求每個(gè)學(xué)生研磨一組，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與度。

3 教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：簡(jiǎn)述乙烯的作用與產(chǎn)生部位；辨別實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量、無關(guān)變量；評(píng)述與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的酶的知識(shí)、基因表達(dá)、植物激素相互作用。

能力目標(biāo)：運(yùn)用分光光度計(jì)測(cè)定測(cè)定生物組織中的還原糖含量；運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；嘗試建立還原糖含量與時(shí)間、不同乙烯利濃度的坐標(biāo)系。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：體驗(yàn)用乙烯利催熟香蕉的過程，培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)換能力；關(guān)注社會(huì)生活熱點(diǎn)，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在水果行業(yè)的運(yùn)用；養(yǎng)成合作探究、交流的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

4 教學(xué)準(zhǔn)備

4.1 學(xué)生方面

收集有關(guān)植物激素在生產(chǎn)、生活中的用途；查閱有關(guān)比色法測(cè)定還原糖的方法與步驟；學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟；學(xué)會(huì)操作分光光度計(jì)和電動(dòng)離心機(jī)等設(shè)備。

4.2 教師方面

多次摸索實(shí)驗(yàn)過程，將繁瑣的還原糖測(cè)定流程簡(jiǎn)化，并與學(xué)生已學(xué)的知識(shí)結(jié)合，便于學(xué)生理解、運(yùn)用知識(shí)；繪制相關(guān)指數(shù)極高的標(biāo)準(zhǔn)曲線（R2=0.998），供學(xué)生計(jì)算樣品中的還原糖含量。

4.3 儀器與材料方面

準(zhǔn)備好電動(dòng)離心機(jī)、分光光度計(jì)、恒溫水浴鍋、電子天平、計(jì)算機(jī)分析軟件、試管、容量瓶、研缽、量筒、移液管、洗瓶、紗布等。

5 教學(xué)過程

5.1 情境導(dǎo)入

教師展示圖片及資料，并提出問題：由于成熟的香蕉軟熟易損，香蕉一般都是采摘青果以便于長(zhǎng)途運(yùn)輸后銷售。青果很難完成自熟過程，在上市前往往都要人工催熟。用什么物質(zhì)進(jìn)行人工催熟？

學(xué)生充滿好奇，積極思考，歸納。

設(shè)計(jì)意圖：利用學(xué)生非常熟悉的香蕉催熟，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生用生物學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

5.2 復(fù)習(xí)知識(shí)

教師設(shè)置問題串：什么是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑？乙烯的作用與產(chǎn)生部位是哪里？香蕉成熟過程中外形會(huì)發(fā)生什么變化？測(cè)定香蕉中還原糖的方法是什么？

學(xué)生根據(jù)教師的提問，層層遞進(jìn)，復(fù)習(xí)關(guān)于植物激素的知識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：采用問題串的形式遞進(jìn)復(fù)習(xí)知識(shí)，順利引出本尼迪特試劑測(cè)定還原糖，做好本課鋪墊。

5.3 針對(duì)假設(shè)，設(shè)計(jì)方案

教師展示兩個(gè)課題：① 探究乙烯利催熟香蕉過程中還原糖含量隨時(shí)間的變化；② 探究不同濃度乙烯利催熟香蕉過程中還原糖含量的變化。課前，學(xué)生自主分組，提出探究的問題，作出實(shí)驗(yàn)假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，課堂展示。

學(xué)生根據(jù)興趣自主分組，填寫相關(guān)內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：課前讓學(xué)生填寫，節(jié)約課堂時(shí)間，也讓學(xué)生有充足的時(shí)間思考。

5.4 評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案

教師展示學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，讓其他學(xué)生評(píng)價(jià)，并引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量、無關(guān)變量。教師自制Flash動(dòng)畫展示實(shí)驗(yàn)原理，引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)原理：樣液中的還原糖與Cu2+反應(yīng)，生成Cu2O紅黃色沉淀。藍(lán)色的本尼迪特試劑因此會(huì)失去部分Cu2+而脫色。在590 nm波長(zhǎng)光下比色測(cè)定吸光度。隨著還原糖含量升高，Cu2+與還原糖反應(yīng)形成紅黃色沉淀越多，離心后殘留在上清液中的Cu2+越少，吸光度值越小。

學(xué)生評(píng)價(jià)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，歸納出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的對(duì)照原則、單一變量原則、等量原則、科學(xué)性原則等，并學(xué)會(huì)分析變量。

設(shè)計(jì)意圖：教師以生為本，培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納的科學(xué)思維，注重理性思維核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

5.5 實(shí)驗(yàn)操作，測(cè)定還原糖含量變化

教師引導(dǎo)學(xué)生從外形上分析各組香蕉的變化，補(bǔ)充測(cè)定還原糖含量實(shí)驗(yàn)的步驟，并自制PPT提示電動(dòng)離心機(jī)的使用要點(diǎn)。

學(xué)生根據(jù)觀察，比較香蕉在硬度上與顏色上的變化，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟仔細(xì)操作實(shí)驗(yàn)，定量測(cè)定還原糖含量變化。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)夭僮鲗?shí)驗(yàn)、學(xué)會(huì)合作。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

5.6 收集數(shù)據(jù)

教師講授標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備過程，分為5組，如表1所示。測(cè)得的吸光度值的差值（表2）即是Cu2+的減少量，與還原糖含量呈正比關(guān)系。在590 nm波長(zhǎng)光下比色測(cè)定吸光度，脫色程度就是吸光度差值，因此可建立如圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)曲線，推算出樣品中還原糖含量。

教師分析還原糖含量計(jì)算公式：還原糖含量=（樣品濃度×樣品總體積）/樣品總質(zhì)量（g/Kg）。

學(xué)生理解標(biāo)準(zhǔn)曲線的意義，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算還原糖含量。

設(shè)計(jì)意圖：分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量分析。一般用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算還原糖的含量。教師已經(jīng)設(shè)計(jì)好Excel的輸入模式，便于學(xué)生計(jì)算。

5.7 分析結(jié)果

兩大組各派一個(gè)代表上黑板建立還原糖含量與時(shí)間或乙烯利濃度的坐標(biāo)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。教師要求學(xué)生分析自己組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出結(jié)論；對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋治鰯?shù)據(jù)差異的原因；對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

學(xué)生自主分析，講述給全班同學(xué)聽。有學(xué)生對(duì)兩組數(shù)據(jù)的差異展開分析，產(chǎn)生疑惑：

① 為什么不同濃度乙烯利處理的那組數(shù)據(jù)上升明顯？

② 乙烯利越高催熟效果越好嗎？

……

設(shè)計(jì)意圖：教師創(chuàng)造平臺(tái)，讓學(xué)生在課堂上動(dòng)手動(dòng)腦，培養(yǎng)學(xué)生組內(nèi)合作探究、分析問題的能力，不斷將問題深化。教學(xué)過程注重學(xué)生建立模型、分析模型等理性思維核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

5.8 交流總結(jié)

教師設(shè)置問題串，總結(jié)本實(shí)驗(yàn)：香蕉勻漿為什么要在熱水中加熱？香蕉在自然狀態(tài)下也能成熟的原因是什么？根本原因是什么？植物激素之間的相互作用是什么？這樣引導(dǎo)學(xué)生提出想繼續(xù)探究的課題。

學(xué)生回憶酶、細(xì)胞膜的選擇透性、植物激素的相互作用等相關(guān)知識(shí)，并說出自己想繼續(xù)探究的課題。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有更深入的理解，拓展思維，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步探究。教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)看待生物體，培養(yǎng)生命觀念的核心素養(yǎng)。

6 教學(xué)反思

6.1 本實(shí)驗(yàn)具有以下創(chuàng)新之處

（1） 密切聯(lián)系生活。本實(shí)驗(yàn)將教材中“生物組織中還原糖的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)”、評(píng)述植物激素的應(yīng)用、“亞硝酸鹽的定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行綜合拓展，將社會(huì)生活熱點(diǎn)“植物激素催熟水果”融入課堂，讓學(xué)生在與生活密切聯(lián)系的情境中，帶著極強(qiáng)的求知欲展開實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)既有乙烯利的催熟實(shí)驗(yàn)，也有還原糖的測(cè)定。教材中關(guān)于還原糖的測(cè)定實(shí)驗(yàn)是定性實(shí)驗(yàn)，只是讓學(xué)生觀察有沒有紅黃色沉淀。而本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為量化實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，測(cè)量其中的還原糖的含量，用數(shù)據(jù)證明實(shí)驗(yàn)預(yù)想。這也體現(xiàn)生物學(xué)科由現(xiàn)象到本質(zhì)的科學(xué)思維。

（2） 選用新的材料。還原糖在生物組織中普遍存在。教材實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般采用還原糖含量高，但是顏色較淺的生物組織，高中生物實(shí)驗(yàn)常用的材料是蘋果、梨子、白蘿卜。本實(shí)驗(yàn)采用的是香蕉。香蕉比蘋果和梨子更易研磨，也更易催熟。研磨時(shí)加入少量的二氧化硅，可以使研磨更加充分。

（3） 運(yùn)用先進(jìn)儀器。分光光度計(jì)的使用雖然在生物技術(shù)實(shí)踐模塊中提到，但是很少有學(xué)校開展該實(shí)驗(yàn)。學(xué)生感覺這么“高端”的儀器離自己很遙遠(yuǎn)，操作的時(shí)候非常興奮。其實(shí)分光光度計(jì)的操作比較簡(jiǎn)單，如果教師應(yīng)用于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以將許多學(xué)生實(shí)驗(yàn)定量化，比如測(cè)生物組織中蛋白質(zhì)的含量、葉片中葉綠素的含量等，可拓寬學(xué)生的思維，也讓生物課堂更加有趣、嚴(yán)謹(jǐn)。

6.2 實(shí)驗(yàn)需要教師不斷提高自身素養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)是學(xué)生非常重要的技能，也是教師的重要技能。本實(shí)驗(yàn)操作非常繁瑣，量化實(shí)驗(yàn)比較精確。教師有必要在學(xué)生實(shí)驗(yàn)前積極探索，發(fā)揮先行者作用，摸索出最適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)的方案。比如本實(shí)驗(yàn)中還原糖的提取，教師嘗試多種方案，將香蕉在榨汁機(jī)中榨汁，在攪拌機(jī)中攪拌，雖然能得到勻漿，但是還原糖流失嚴(yán)重。最后，采取讓學(xué)生研磨的方式，盡量減少還原糖的流失。同時(shí)為了讓細(xì)胞中還原糖釋放，讓學(xué)生研磨時(shí)加入少量的二氧化硅，并放在90℃水浴鍋中水浴加熱，以破壞細(xì)胞。加熱時(shí)，錐形瓶易傾倒，筆者自制“固定裝置”，能穩(wěn)定加熱錐形瓶。離心時(shí)間、轉(zhuǎn)速的控制、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作等都需要教師在課前摸索出最佳方案，以減少課堂上學(xué)生的實(shí)驗(yàn)誤差。

6.2 實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生核心素養(yǎng)的提升

生物學(xué)科的核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任等方面。本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)香蕉由青果轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓倪^程，形成生命觀念。理性思維崇尚能夠運(yùn)用歸納與概括、模型與建模等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)基于學(xué)生定量實(shí)驗(yàn)再建模，將知識(shí)點(diǎn)概括形成概念圖。整個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究遵循科學(xué)探究的思路展開。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)關(guān)注涉及生物學(xué)知識(shí)的水果催熟，作出理性解釋，體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)的理念。