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“乙烯利催熟香蕉过程中探究还原糖含量的变化”的教学案例

时间:2016-12-16 17:11来源:未知 作者:admin 点击:
基于《标准》的这一理念,本节课将学生熟悉的水果催熟问题与教科书中还原糖的检测实验相结合,定量测定实验数据。学生亲眼观察到香蕉由绿色变为黄色的生命现象,并透过现象研究本质,测定还原糖含量的变化。在《全民科学素质行动计划(2049计划)》的科学概

   基于《标准》的这一理念,本节课将学生熟悉的水果催熟问题与教科书中还原糖的检测实验相结合,定量测定实验数据。学生亲眼观察到香蕉由绿色变为黄色的生命现象,并透过现象研究本质,测定还原糖含量的变化。在《全民科学素质行动计划(2049计划)》的科学概念中列出了“测量”“实验”“模型”等,本实验以此为启发,着力于定量实验与模型建构。在定量测定数据过程中,学生学会原始数据的处理与转换、标准曲线的分析与比较、异常数据的分析等,制备各种模型的建立。学生运用已有的生物学知识解决问题时,并深刻理解植物生长调节剂、酶、基因表达等生物学概念,培养了生命观念、社会责任、理性思维、科学探究等核心素养。 
  本节实验课的教学思路如图1所示。 
  2 实验教学分析 
  2.1 教材分析 
  本实验是基于浙科版必修1第一章第三节“检测生物组织中的还原糖”实验的拓展,教科书实验是定性分析,本实验进行量化,采用定量分析的数据更具说服力。本实验教学也依据《标准》必修3第一章具体内容标准“评述植物激素的应用价值”,融入香蕉业普遍采用的乙烯利催熟香蕉的操作。测定还原糖的方法则借鉴生物技术实践模块中选修一第三部分泡菜的腌制和亚硝酸盐的测定中的活动建议:尝试用比色法测定其亚硝酸盐含量的变化。本实验采用本尼迪特试剂作为显色剂,反应并比色,采用分光光度计精确测定数据。本实验既源于课本,也是课本实验的融会贯通与升华,是对教材实验的再处理。 
  2.2 学生分析 
  本实验的操作者是高二选考班学生,已经学习了高中生物全部的必修知识,完成必修模块要求的所有实验,具备较强的实验操作能力;初步学习了生物技术实践模块的部分知识,具备一定的知识储备;经过初中和高中的学习,学生的科学思维能力有了较大提升,有初步科学探究的能力。 
  2.3 教学重难点 
  教学重点: 
  (1) 分析实验原理,实施可行的实验方案; 
  (2) 利用数学方法处理、分析数据,联系相关生物学知识。 
  教学难点: 
  (1) 处理数据,将实验数据转换成坐标系。突破策略:教师引导学生理解制备标准曲线的原理,将实验数据对比标准曲线进行计算。为了降低学生处理数据的难度,用办公软件Excel设计好实验数据的转换函数公式。建立坐标系时,引导学生用描点连线法,使实验结果更加直观。 
  (2) 有效组织课堂教学。突破策略:用比色法定量测定还原糖的含量,学生操作起来费时。教师可以在课前培训实验操作,培养教学小助手来操作电动离心机和分光光度计,节约部分时间。同时注意加强各小组内学生的合作,如研磨时,要求每个学生研磨一组,加强学生对实验的参与度。 
  3 教学目标 
  知识目标:简述乙烯的作用与产生部位;辨别实验的自变量、因变量、无关变量;评述与实验相关的酶的知识、基因表达、植物激素相互作用。 
  能力目标:运用分光光度计测定测定生物组织中的还原糖含量;运用数学方法处理、分析实验数据;尝试建立还原糖含量与时间、不同乙烯利浓度的坐标系。 
  情感、态度与价值观目标:体验用乙烯利催熟香蕉的过程,培养数据分析、转换能力;关注社会生活热点,植物生长调节剂在水果行业的运用;养成合作探究、交流的学习习惯。 
  4 教学准备 
  4.1 学生方面 
  收集有关植物激素在生产、生活中的用途;查阅有关比色法测定还原糖的方法与步骤;学会设计实验步骤;学会操作分光光度计和电动离心机等设备。 
  4.2 教师方面 
  多次摸索实验过程,将繁琐的还原糖测定流程简化,并与学生已学的知识结合,便于学生理解、运用知识;绘制相关指数极高的标准曲线(R2=0.998),供学生计算样品中的还原糖含量。 
  4.3 仪器与材料方面 
  准备好电动离心机、分光光度计、恒温水浴锅、电子天平、计算机分析软件、试管、容量瓶、研钵、量筒、移液管、洗瓶、纱布等。 
  5 教学过程 
  5.1 情境导入 
  教师展示图片及资料,并提出问题:由于成熟的香蕉软熟易损,香蕉一般都是采摘青果以便于长途运输后销售。青果很难完成自熟过程,在上市前往往都要人工催熟。用什么物质进行人工催熟? 
  学生充满好奇,积极思考,归纳。 
  设计意图:利用学生非常熟悉的香蕉催熟,激发他们的学习热情,培养学生用生物学知识联系实际的社会责任意识,培养核心素养。 
  5.2 复习知识 
  教师设置问题串:什么是植物生长调节剂?乙烯的作用与产生部位是哪里?香蕉成熟过程中外形会发生什么变化?测定香蕉中还原糖的方法是什么? 
  学生根据教师的提问,层层递进,复习关于植物激素的知识。 
  设计意图:采用问题串的形式递进复习知识,顺利引出本尼迪特试剂测定还原糖,做好本课铺垫。 
  5.3 针对假设,设计方案 
  教师展示两个课题:① 探究乙烯利催熟香蕉过程中还原糖含量随时间的变化;② 探究不同浓度乙烯利催熟香蕉过程中还原糖含量的变化。课前,学生自主分组,提出探究的问题,作出实验假设,设计实验方案,课堂展示。 
  学生根据兴趣自主分组,填写相关内容。  设计意图:课前让学生填写,节约课堂时间,也让学生有充足的时间思考。 
  5.4 评价实验方案 
  教师展示学生设计的实验方案,让其他学生评价,并引导学生分析实验的自变量、因变量、无关变量。教师自制Flash动画展示实验原理,引导学生理解实验原理。实验原理:样液中的还原糖与Cu2+反应,生成Cu2O红黄色沉淀。蓝色的本尼迪特试剂因此会失去部分Cu2+而脱色。在590 nm波长光下比色测定吸光度。随着还原糖含量升高,Cu2+与还原糖反应形成红黄色沉淀越多,离心后残留在上清液中的Cu2+越少,吸光度值越小。 
  学生评价同学的实验方案,归纳出实验设计遵循的对照原则、单一变量原则、等量原则、科学性原则等,并学会分析变量。 
  设计意图:教师以生为本,培养学生分析、归纳的科学思维,注重理性思维核心素养的培养。 
  5.5 实验操作,测定还原糖含量变化 
  教师引导学生从外形上分析各组香蕉的变化,补充测定还原糖含量实验的步骤,并自制PPT提示电动离心机的使用要点。 
  学生根据观察,比较香蕉在硬度上与颜色上的变化,并根据实验步骤仔细操作实验,定量测定还原糖含量变化。 
  设计意图:引导学生严谨地操作实验、学会合作。培养学生科学探究的核心素养。 
  5.6 收集数据 
  教师讲授标准曲线的制备过程,分为5组,如表1所示。测得的吸光度值的差值(表2)即是Cu2+的减少量,与还原糖含量呈正比关系。在590 nm波长光下比色测定吸光度,脱色程度就是吸光度差值,因此可建立如图2所示的标准曲线,推算出样品中还原糖含量。 
  教师分析还原糖含量计算公式:还原糖含量=(样品浓度×样品总体积)/样品总质量(g/Kg)。 
  学生理解标准曲线的意义,收集实验数据,计算还原糖含量。 
  设计意图:分析化学实验中,常用标准曲线法进行定量分析。一般用葡萄糖标准曲线计算还原糖的含量。教师已经设计好Excel的输入模式,便于学生计算。 
  5.7 分析结果 
  两大组各派一个代表上黑板建立还原糖含量与时间或乙烯利浓度的坐标系,进行数据转换。教师要求学生分析自己组的实验结果,并得出结论;对两组数据进行横向对比,分析数据差异的原因;对异常数据进行重点分析。 
  学生自主分析,讲述给全班同学听。有学生对两组数据的差异展开分析,产生疑惑: 
  ① 为什么不同浓度乙烯利处理的那组数据上升明显? 
  ② 乙烯利越高催熟效果越好吗? 
  …… 
  设计意图:教师创造平台,让学生在课堂上动手动脑,培养学生组内合作探究、分析问题的能力,不断将问题深化。教学过程注重学生建立模型、分析模型等理性思维核心素养的培养。 
  5.8 交流总结 
  教师设置问题串,总结本实验:香蕉匀浆为什么要在热水中加热?香蕉在自然状态下也能成熟的原因是什么?根本原因是什么?植物激素之间的相互作用是什么?这样引导学生提出想继续探究的课题。 
  学生回忆酶、细胞膜的选择透性、植物激素的相互作用等相关知识,并说出自己想继续探究的课题。 
  设计意图:教师引导学生分析实验,使学生对实验有更深入的理解,拓展思维,促进学生进一步探究。教师引导学生运用结构与功能相适应的观点看待生物体,培养生命观念的核心素养。 
  6 教学反思 
  6.1 本实验具有以下创新之处 
  (1) 密切联系生活。本实验将教材中“生物组织中还原糖的检测实验”、评述植物激素的应用、“亚硝酸盐的定量测定实验”进行综合拓展,将社会生活热点“植物激素催熟水果”融入课堂,让学生在与生活密切联系的情境中,带着极强的求知欲展开实验。本实验既有乙烯利的催熟实验,也有还原糖的测定。教材中关于还原糖的测定实验是定性实验,只是让学生观察有没有红黄色沉淀。而本实验改进为量化实验,引导学生观察了实验现象后,测量其中的还原糖的含量,用数据证明实验预想。这也体现生物学科由现象到本质的科学思维。 
  (2) 选用新的材料。还原糖在生物组织中普遍存在。教材实验时,一般采用还原糖含量高,但是颜色较浅的生物组织,高中生物实验常用的材料是苹果、梨子、白萝卜。本实验采用的是香蕉。香蕉比苹果和梨子更易研磨,也更易催熟。研磨时加入少量的二氧化硅,可以使研磨更加充分。 
  (3) 运用先进仪器。分光光度计的使用虽然在生物技术实践模块中提到,但是很少有学校开展该实验。学生感觉这么“高端”的仪器离自己很遥远,操作的时候非常兴奋。其实分光光度计的操作比较简单,如果教师应用于高中生物实验教学,可以将许多学生实验定量化,比如测生物组织中蛋白质的含量、叶片中叶绿素的含量等,可拓宽学生的思维,也让生物课堂更加有趣、严谨。 
  6.2 实验需要教师不断提高自身素养 
  实验是学生非常重要的技能,也是教师的重要技能。本实验操作非常繁琐,量化实验比较精确。教师有必要在学生实验前积极探索,发挥先行者作用,摸索出最适合学生实验的方案。比如本实验中还原糖的提取,教师尝试多种方案,将香蕉在榨汁机中榨汁,在搅拌机中搅拌,虽然能得到匀浆,但是还原糖流失严重。最后,采取让学生研磨的方式,尽量减少还原糖的流失。同时为了让细胞中还原糖释放,让学生研磨时加入少量的二氧化硅,并放在90℃水浴锅中水浴加热,以破坏细胞。加热时,锥形瓶易倾倒,笔者自制“固定装置”,能稳定加热锥形瓶。离心时间、转速的控制、标准曲线的制作等都需要教师在课前摸索出最佳方案,以减少课堂上学生的实验误差。 
  6.2 实验注重学生核心素养的提升 
  生物学科的核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究、社会责任等方面。本实验让学生体验香蕉由青果转变为成熟的过程,形成生命观念。理性思维崇尚能够运用归纳与概括、模型与建模等方法探讨生命现象及规律。本实验基于学生定量实验再建模,将知识点概括形成概念图。整个实验的研究遵循科学探究的思路展开。学生通过实验关注涉及生物学知识的水果催熟,作出理性解释,体现了培养学生社会责任核心素养的理念。

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