基于批判性思維的高中生物實驗教學(xué)案例

顧曉芹

1 教材分析及設(shè)計思路

人教版“生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”中提到的實驗材料、實驗試劑以及實驗方法明確具體，實驗操作簡單、現(xiàn)象明顯，是高一學(xué)生理解物質(zhì)鑒定原理、掌握實驗操作技能的一個基礎(chǔ)性實驗。本實驗試劑較多、選材豐富、實驗步驟操作嚴(yán)謹(jǐn)，初學(xué)者對實驗原理理解不透徹，會有很多疑問。因此，筆者讓學(xué)生充分提出自己的質(zhì)疑，教師收集問題后通過對話，與學(xué)生一起對有價值的問題進行歸類;然后，組織學(xué)生分組設(shè)計實驗、進行實驗，在學(xué)生探究中指導(dǎo)實驗操作準(zhǔn)確規(guī)范進行;最后，在全班的討論交流中對現(xiàn)象進行深度分析和評價。整個教學(xué)過程中貫穿著“質(zhì)疑—對話—探究—評價”幾個環(huán)節(jié)。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過實驗的熟練操作和對實驗現(xiàn)象的準(zhǔn)確觀察，分析理解物質(zhì)鑒定的原理。

（2）審視教材實驗，發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)，設(shè)計實驗，進行實驗，掌握科學(xué)探究的一般方法，形成實事求是的科學(xué)態(tài)度。

（3）勇于挑戰(zhàn)權(quán)威，提出質(zhì)疑，通過分析實驗現(xiàn)象、評價實驗結(jié)果形成科學(xué)思維的習(xí)慣。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入學(xué)習(xí)

教師播放三鹿奶粉事件視頻，并提出問題：食品安全關(guān)系每個人的生命健康，三鹿奶粉事件中的物質(zhì)鑒定原理什么呢？用什么方法檢驗蛋白質(zhì)才最可靠呢？

學(xué)生1：三鹿奶粉中添加三聚氰胺，是為了提高檢測時奶粉中的含氮量，但是含有氮元素的不一定是蛋白質(zhì)，應(yīng)該檢測蛋白質(zhì)特有的成分或者結(jié)構(gòu)。

學(xué)生2：蛋白質(zhì)是通過氨基酸脫水縮合而成，能不能檢驗氨基酸的含量呢？

接著，教師布置任務(wù)學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動下進行自主學(xué)習(xí)，梳理教材上的實驗原理、生物取材和實驗操作步驟，為批判質(zhì)疑提供基礎(chǔ)。

3.2 開展探究

3.2.1 學(xué)生提出假設(shè)和實驗思路

教師提出問題：實驗的取材上是不是有其他更好的選擇呢？實驗的操作要求是否還有很多疑惑不解呢？

學(xué)生6人一組，以發(fā)言圈的形式討論，討論前給每人3min的時間整理問題和解決問題的思路。在討論階段，一個人發(fā)言，其他人不能打斷，每個人發(fā)言之后討論者只能討論其他人剛才提出的觀點，而不能詳細(xì)談?wù)撟约旱挠^點。在這種形式的討論中，學(xué)生要學(xué)會傾聽，客觀理性地對待別人的觀點，即使自己有不同于他人的觀點，也不急于反駁，而是踐行于公正性尋求證據(jù)，解決認(rèn)知難題。

經(jīng)過小組內(nèi)的討論交流，全班收集到若干問題，主要有：

①蘋果勻漿易被氧化，且氧化后的銹色與磚紅色相近，會不會影響對實驗現(xiàn)象的觀察

②甘蔗汁富含蔗糖，蔗糖不是還原糖，但是難道甘蔗汁中就不可能含有其他還原糖嗎？

③是否可以將待測物質(zhì)分為不同濃度的幾份，加入相同的檢測試劑以估測其含量的差異？

④檢驗還原糖的水浴溫度一定要在5065℃范圍內(nèi)嗎？

⑤能否用雙縮腮試劑檢測花生勻漿中的蛋白質(zhì)？

⑥斐林試劑與雙縮脲試劑的化學(xué)組成非常相似，能否用斐林試劑檢測蛋白質(zhì)，或者用雙縮脈實際檢測還原糖呢？

⑦活細(xì)胞中含量最多的有機化合物是蛋白質(zhì)，那么不同的待測樣品中加入雙縮脲試劑是不是都會出現(xiàn)紫色呢？

⑧植物脂肪用蘇丹Ⅲ檢測，動物脂肪是不是也可以用蘇丹Ⅲ檢測？

⑨雙面刀片易割傷手，學(xué)生操作困難，易受傷，能不能用花生油作為實驗材料，取材更容易。

⑩蛋白質(zhì)灼燒的時候會產(chǎn)生燒焦羽毛的氣味，是不是也可以用氣味來鑒定蛋白質(zhì)？

設(shè)計意圖：提問是批判性思維的核心。批判性提問不同于質(zhì)問，而是激發(fā)人的思考，確定最關(guān)鍵的問題，指明思考的方向。通過小組討論發(fā)散思維，學(xué)生提出大量質(zhì)疑。在此基礎(chǔ)上，教師和學(xué)生一起對上述問題進行梳理、歸類，確定出可探究、有價值的一個問題，并引導(dǎo)其對探究的問題提出自己的假設(shè)和實驗思路。

3.2.2 展示設(shè)計方案

第1組：探究斐林試劑使用時的溫度是不是只有在50～65℃之間才能與還原糖反應(yīng)生成磚紅色沉淀。實驗方案：取4支試管，分別加入2mL蘋果勻漿，并加入1mL斐林試劑，同時放入到不同溫度（75℃ ，60℃ ，45℃ ，常溫自來水）的水浴中，相同時間后觀察顏色變化。

第2組：探究甘蔗汁中有沒有還原糖。實驗方案：取1只試管，加入2mL甘蔗汁，用斐林試劑檢測，觀察有沒有磚紅色出現(xiàn)。

第3組：探究雙縮脲試劑A液B液的使用次序、用量對實驗結(jié)果的影響。實驗方案：取4支試管，加入等量的蛋清稀釋液，編號1、2、3、4;1號試管中先加1mL雙縮脲試劑A，再滴4滴雙縮脲試劑B（先A后B，多A少B）;2號試管中先B后A，多A少B;3號試管中先A后B，AB一樣多：4號試管中先A后B，多B少A。

第4組：探究花生勻漿除了含有脂肪，是否也含有還原糖、蛋白質(zhì)。實驗方案：取3支試管分別加入等量的花生勻漿，分別用斐林試劑、蘇丹Ⅲ、雙縮脲試劑檢測，觀察顏色變化。

3.2.3 學(xué)生分組進行實驗后展示交流與評價

在學(xué)生進行的實驗過程中，教師及時給與指導(dǎo)，保證實驗安全規(guī)范進行，并及時拍照保存實驗現(xiàn)象，方便學(xué)生匯報實驗結(jié)果，交流實驗結(jié)論。

第1組：我們觀察到，斐林試劑使用時，如果水溫是75℃或60℃，都會產(chǎn)生磚紅色沉淀。75℃出現(xiàn)磚紅色所需的時間更短，但60℃的磚紅色沉淀現(xiàn)象更明顯，45℃水浴下出現(xiàn)了棕色，常溫水中還是藍色。由此得出結(jié)論：斐林試劑與還原糖發(fā)生反應(yīng)時，加熱會使反應(yīng)加快，其中高于60℃水浴加熱，反應(yīng)速度快且磚紅色沉淀現(xiàn)象明顯。

教師追問：如果時間足夠長450C和常溫下的反應(yīng)液是不是也可能出現(xiàn)磚紅色沉淀呢？如果也會出現(xiàn)磚紅色沉淀，那說明我們的教材實驗設(shè)置的條件是不是多余的呢？

學(xué)生3：斐林試劑使用時水浴加熱可以是使反應(yīng)加快，提高實驗效率。

教師：實驗過程中盡量讓反應(yīng)時間較短，盡量使操作過程簡便，盡量用容易獲得的實驗材料等等都是實驗設(shè)計必須遵循經(jīng)濟性原則。

第2組：甘蔗汁中加入斐林試劑檢測出現(xiàn)了明顯的磚紅色沉淀。我們組在分析現(xiàn)象時有不同觀點，有人說，出現(xiàn)磚紅色說明甘蔗里的蔗糖就是還原糖：有人說只能說明甘蔗汁中含有還原糖，不能說明蔗糖就是還原糖。我們無法確定結(jié)論。還需要進一步補充實驗進行對照：用斐林試劑檢測蔗糖溶液，觀察有沒有磚紅色沉淀。

教師補充追問：根據(jù)蔗糖的分子結(jié)構(gòu)，它是不具有還原性的。那其中的還原糖是怎么來的呢？

學(xué)生4：甘蔗汁可能被細(xì)菌污染，其中蔗糖被一些細(xì)菌分解了，就產(chǎn)生了還原糖?？梢岳^續(xù)增設(shè)一組實驗，取新鮮的甘蔗汁，用斐林試劑檢測，觀察有沒有磚紅色沉淀。若沒有，則我的假說成立，否則只能說明甘蔗汁中確實是含有還原糖的。

第3組：雙縮脲試劑使用時強調(diào)先A后B，多A少B，我們組設(shè)置幾組不同的使用方案，第1組正常使用，第2組先B后A，多A少B，對比發(fā)現(xiàn)改變雙縮脲試劑的滴加次序一樣會出現(xiàn)紫色反應(yīng)。第3組不改變雙縮脲試劑的使用次序、依次加入等量的A、B兩液，出現(xiàn)藍紫色，第4組加入4滴雙縮脲試劑A，再滴加1mL雙縮脲試劑B，出現(xiàn)藍色。發(fā)現(xiàn)，雙縮脲試劑的使用次序不影響實驗結(jié)果，但是雙縮脲試劑A、B液的用量對紫色現(xiàn)象有影響。

教師點撥并追問：在堿性環(huán)境下，銅離子會與蛋白質(zhì)中的肽鍵發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)紫色。4支試管中都有堿性物質(zhì)，為什么3號、4號試管中出現(xiàn)藍色呢？

學(xué)生5：過量的硫酸銅的藍色會掩蓋紫色。

第4組：我們小組用花生勻漿做實驗材料，探究其中有沒有還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)。發(fā)現(xiàn)加入斐林試劑加熱后不產(chǎn)生磚紅色沉淀，說明花生中不含有還原糖;加入雙縮脲試劑出現(xiàn)紫色，說明其中富含蛋白質(zhì);加入蘇丹Ⅳ出現(xiàn)紅色，說明其中含有脂肪。

4 歸納總結(jié)

學(xué)生6：原來實驗觀察到的現(xiàn)象可以有多種不同的解釋，而哪種解釋是正確可靠的還得設(shè)計實驗進行驗證，今天我認(rèn)識到設(shè)計好的實驗可以檢驗真理。

教師：當(dāng)實驗結(jié)果與預(yù)期不符時，要多思考，不要急于認(rèn)定假設(shè)不成立，要考慮會不會是因為實驗材料不潔凈、實驗操作的不正確等等原因造成的、會不會有什么干擾因素等。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)重視對學(xué)生質(zhì)疑精神培養(yǎng)，給學(xué)生充分的時間討論交流，讓他們充分發(fā)揮主體作用，鼓勵學(xué)生挑戰(zhàn)權(quán)威，對教材實驗提出問題，并通過設(shè)計實驗進行實驗完成一次探究，在實驗過程以及實驗結(jié)束后及時對實驗作出評價。對學(xué)生提出的問題，教師要保持尊重的態(tài)度。例如，學(xué)生想到蛋白質(zhì)燃燒會有燒焦的氣味，教師要及時肯定。聞氣味也是一種常用的物質(zhì)鑒定的物理方法，但是可靠性不強。其次要對問題進行梳理，有些問題相似可放入同一個實驗探究：有些問題沒有生物學(xué)意義，要舍棄;有些問題實驗室沒有條件進行實驗，可建議學(xué)生們改變實驗設(shè)計方案或者查閱資料。在實驗過程中往往會出現(xiàn)很多出其不意的實驗現(xiàn)象，教師要善于抓住教學(xué)契機，多問幾個為什么，還要引導(dǎo)學(xué)生用正確的態(tài)度面對實驗結(jié)果不理想、實驗現(xiàn)象不明顯等問題，要對實驗的整個流程進行客觀理性的分析。