“乙烯利催熟香蕉過程中探究還原糖含量的變化”的教學案例

黃西西

文件編號： 1003 - 7586（2016）11 - 0018 - 04

1 教學指導思想

《普通高中生物課程標準（實驗）》提出（以下簡稱《標準》），生物科學是自然科學中的一門基礎學科，是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學。生物科學的研究經歷了從現(xiàn)象到本質、從定性到定量的發(fā)展過程?！稑藴省纷⒅匾龑W生在現(xiàn)實生活的背景中學習生物學，倡導學生在解決實際問題的過程中，深入理解生物學的核心概念，并能運用生物學的原理和方法。

基于《標準》的這一理念，本節(jié)課將學生熟悉的水果催熟問題與教科書中還原糖的檢測實驗相結合，定量測定實驗數(shù)據(jù)。學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，測定還原糖含量的變化。在《全民科學素質行動計劃（2049計劃）》的科學概念中列出了“測量”“實驗”“模型”等，本實驗以此為啟發(fā)，著力于定量實驗與模型建構。在定量測定數(shù)據(jù)過程中，學生學會原始數(shù)據(jù)的處理與轉換、標準曲線的分析與比較、異常數(shù)據(jù)的分析等，制備各種模型的建立。學生運用已有的生物學知識解決問題時，并深刻理解植物生長調節(jié)劑、酶、基因表達等生物學概念，培養(yǎng)了生命觀念、社會責任、理性思維、科學探究等核心素養(yǎng)。

本節(jié)實驗課的教學思路如圖1所示。

2 實驗教學分析

2.1 教材分析

本實驗是基于浙科版必修1第一章第三節(jié)“檢測生物組織中的還原糖”實驗的拓展，教科書實驗是定性分析，本實驗進行量化，采用定量分析的數(shù)據(jù)更具說服力。本實驗教學也依據(jù)《標準》必修3第一章具體內容標準“評述植物激素的應用價值”，融入香蕉業(yè)普遍采用的乙烯利催熟香蕉的操作。測定還原糖的方法則借鑒生物技術實踐模塊中選修一第三部分泡菜的腌制和亞硝酸鹽的測定中的活動建議：嘗試用比色法測定其亞硝酸鹽含量的變化。本實驗采用本尼迪特試劑作為顯色劑，反應并比色，采用分光光度計精確測定數(shù)據(jù)。本實驗既源于課本，也是課本實驗的融會貫通與升華，是對教材實驗的再處理。

2.2 學生分析

本實驗的操作者是高二選考班學生，已經學習了高中生物全部的必修知識，完成必修模塊要求的所有實驗，具備較強的實驗操作能力；初步學習了生物技術實踐模塊的部分知識，具備一定的知識儲備；經過初中和高中的學習，學生的科學思維能力有了較大提升，有初步科學探究的能力。

2.3 教學重難點

教學重點：

（1） 分析實驗原理，實施可行的實驗方案；

（2） 利用數(shù)學方法處理、分析數(shù)據(jù)，聯(lián)系相關生物學知識。

教學難點：

（1） 處理數(shù)據(jù)，將實驗數(shù)據(jù)轉換成坐標系。突破策略：教師引導學生理解制備標準曲線的原理，將實驗數(shù)據(jù)對比標準曲線進行計算。為了降低學生處理數(shù)據(jù)的難度，用辦公軟件Excel設計好實驗數(shù)據(jù)的轉換函數(shù)公式。建立坐標系時，引導學生用描點連線法，使實驗結果更加直觀。

（2） 有效組織課堂教學。突破策略：用比色法定量測定還原糖的含量，學生操作起來費時。教師可以在課前培訓實驗操作，培養(yǎng)教學小助手來操作電動離心機和分光光度計，節(jié)約部分時間。同時注意加強各小組內學生的合作，如研磨時，要求每個學生研磨一組，加強學生對實驗的參與度。

3 教學目標

知識目標：簡述乙烯的作用與產生部位；辨別實驗的自變量、因變量、無關變量；評述與實驗相關的酶的知識、基因表達、植物激素相互作用。

能力目標：運用分光光度計測定測定生物組織中的還原糖含量；運用數(shù)學方法處理、分析實驗數(shù)據(jù)；嘗試建立還原糖含量與時間、不同乙烯利濃度的坐標系。

情感、態(tài)度與價值觀目標：體驗用乙烯利催熟香蕉的過程，培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析、轉換能力；關注社會生活熱點，植物生長調節(jié)劑在水果行業(yè)的運用；養(yǎng)成合作探究、交流的學習習慣。

4 教學準備

4.1 學生方面

收集有關植物激素在生產、生活中的用途；查閱有關比色法測定還原糖的方法與步驟；學會設計實驗步驟；學會操作分光光度計和電動離心機等設備。

4.2 教師方面

多次摸索實驗過程，將繁瑣的還原糖測定流程簡化，并與學生已學的知識結合，便于學生理解、運用知識；繪制相關指數(shù)極高的標準曲線（R2=0.998），供學生計算樣品中的還原糖含量。

4.3 儀器與材料方面

準備好電動離心機、分光光度計、恒溫水浴鍋、電子天平、計算機分析軟件、試管、容量瓶、研缽、量筒、移液管、洗瓶、紗布等。

5 教學過程

5.1 情境導入

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途運輸后銷售。青果很難完成自熟過程，在上市前往往都要人工催熟。用什么物質進行人工催熟？

學生充滿好奇，積極思考，歸納。

設計意圖：利用學生非常熟悉的香蕉催熟，激發(fā)他們的學習熱情，培養(yǎng)學生用生物學知識聯(lián)系實際的社會責任意識，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

5.2 復習知識

教師設置問題串：什么是植物生長調節(jié)劑？乙烯的作用與產生部位是哪里？香蕉成熟過程中外形會發(fā)生什么變化？測定香蕉中還原糖的方法是什么？

學生根據(jù)教師的提問，層層遞進，復習關于植物激素的知識。

設計意圖：采用問題串的形式遞進復習知識，順利引出本尼迪特試劑測定還原糖，做好本課鋪墊。

5.3 針對假設，設計方案

教師展示兩個課題：① 探究乙烯利催熟香蕉過程中還原糖含量隨時間的變化；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，學生自主分組，提出探究的問題，作出實驗假設，設計實驗方案，課堂展示。

學生根據(jù)興趣自主分組，填寫相關內容。

設計意圖：課前讓學生填寫，節(jié)約課堂時間，也讓學生有充足的時間思考。

5.4 評價實驗方案

教師展示學生設計的實驗方案，讓其他學生評價，并引導學生分析實驗的自變量、因變量、無關變量。教師自制Flash動畫展示實驗原理，引導學生理解實驗原理。實驗原理：樣液中的還原糖與Cu2+反應，生成Cu2O紅黃色沉淀。藍色的本尼迪特試劑因此會失去部分Cu2+而脫色。在590 nm波長光下比色測定吸光度。隨著還原糖含量升高，Cu2+與還原糖反應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。

學生評價同學的實驗方案，歸納出實驗設計遵循的對照原則、單一變量原則、等量原則、科學性原則等，并學會分析變量。

設計意圖：教師以生為本，培養(yǎng)學生分析、歸納的科學思維，注重理性思維核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

5.5 實驗操作，測定還原糖含量變化

教師引導學生從外形上分析各組香蕉的變化，補充測定還原糖含量實驗的步驟，并自制PPT提示電動離心機的使用要點。

學生根據(jù)觀察，比較香蕉在硬度上與顏色上的變化，并根據(jù)實驗步驟仔細操作實驗，定量測定還原糖含量變化。

設計意圖：引導學生嚴謹?shù)夭僮鲗嶒?、學會合作。培養(yǎng)學生科學探究的核心素養(yǎng)。

5.6 收集數(shù)據(jù)

教師講授標準曲線的制備過程，分為5組，如表1所示。測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系。在590 nm波長光下比色測定吸光度，脫色程度就是吸光度差值，因此可建立如圖2所示的標準曲線，推算出樣品中還原糖含量。

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

學生理解標準曲線的意義，收集實驗數(shù)據(jù)，計算還原糖含量。

設計意圖：分析化學實驗中，常用標準曲線法進行定量分析。一般用葡萄糖標準曲線計算還原糖的含量。教師已經設計好Excel的輸入模式，便于學生計算。

5.7 分析結果

兩大組各派一個代表上黑板建立還原糖含量與時間或乙烯利濃度的坐標系，進行數(shù)據(jù)轉換。教師要求學生分析自己組的實驗結果，并得出結論；對兩組數(shù)據(jù)進行橫向對比，分析數(shù)據(jù)差異的原因；對異常數(shù)據(jù)進行重點分析。

學生自主分析，講述給全班同學聽。有學生對兩組數(shù)據(jù)的差異展開分析，產生疑惑：

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？

……

設計意圖：教師創(chuàng)造平臺，讓學生在課堂上動手動腦，培養(yǎng)學生組內合作探究、分析問題的能力，不斷將問題深化。教學過程注重學生建立模型、分析模型等理性思維核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

5.8 交流總結

教師設置問題串，總結本實驗：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？這樣引導學生提出想繼續(xù)探究的課題。

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

設計意圖：教師引導學生分析實驗，使學生對實驗有更深入的理解，拓展思維，促進學生進一步探究。教師引導學生運用結構與功能相適應的觀點看待生物體，培養(yǎng)生命觀念的核心素養(yǎng)。

6 教學反思

6.1 本實驗具有以下創(chuàng)新之處

（1） 密切聯(lián)系生活。本實驗將教材中“生物組織中還原糖的檢測實驗”、評述植物激素的應用、“亞硝酸鹽的定量測定實驗”進行綜合拓展，將社會生活熱點“植物激素催熟水果”融入課堂，讓學生在與生活密切聯(lián)系的情境中，帶著極強的求知欲展開實驗。本實驗既有乙烯利的催熟實驗，也有還原糖的測定。教材中關于還原糖的測定實驗是定性實驗，只是讓學生觀察有沒有紅黃色沉淀。而本實驗改進為量化實驗，引導學生觀察了實驗現(xiàn)象后，測量其中的還原糖的含量，用數(shù)據(jù)證明實驗預想。這也體現(xiàn)生物學科由現(xiàn)象到本質的科學思維。

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

（3） 運用先進儀器。分光光度計的使用雖然在生物技術實踐模塊中提到，但是很少有學校開展該實驗。學生感覺這么“高端”的儀器離自己很遙遠，操作的時候非常興奮。其實分光光度計的操作比較簡單，如果教師應用于高中生物實驗教學，可以將許多學生實驗定量化，比如測生物組織中蛋白質的含量、葉片中葉綠素的含量等，可拓寬學生的思維，也讓生物課堂更加有趣、嚴謹。

6.2 實驗需要教師不斷提高自身素養(yǎng)

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

6.2 實驗注重學生核心素養(yǎng)的提升

生物學科的核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任等方面。本實驗讓學生體驗香蕉由青果轉變?yōu)槌墒斓倪^程，形成生命觀念。理性思維崇尚能夠運用歸納與概括、模型與建模等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律。本實驗基于學生定量實驗再建模，將知識點概括形成概念圖。整個實驗的研究遵循科學探究的思路展開。學生通過實驗關注涉及生物學知識的水果催熟，作出理性解釋，體現(xiàn)了培養(yǎng)學生社會責任核心素養(yǎng)的理念。