“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

“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

文件編號：1003-7586（2024）11-0018-04

1教學(xué)指導(dǎo)思想

《一般高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（試驗）》提出（以下簡稱《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，是討論生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)。生物科學(xué)的討論經(jīng)受了從現(xiàn)象到本質(zhì)、從定性到定量的進(jìn)展過程?！稑?biāo)準(zhǔn)》注意引導(dǎo)同學(xué)在現(xiàn)實生活的背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)，提倡同學(xué)在解決實際問題的過程中，深化理解生物學(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)課將同學(xué)熟識的水果催熟問題與教科書中還原糖的檢測試驗相結(jié)合，定量測定試驗數(shù)據(jù)。同學(xué)親眼觀看到香蕉由綠色變?yōu)辄S色的生命現(xiàn)象，并透過現(xiàn)象討論本質(zhì)，測定還原糖含量的變化。在《全民科學(xué)素養(yǎng)行動方案（2049方案）》的科學(xué)概念中列出了“測量”“試驗”“模型”等，本試驗以此為啟發(fā)，著力于定量試驗與模型建構(gòu)。在定量測定數(shù)據(jù)過程中，同學(xué)學(xué)會原始數(shù)據(jù)的處理與轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)曲線的分析與比較、特別數(shù)據(jù)的分析等，制備各種模型的建立。同學(xué)運(yùn)用已有的生物學(xué)學(xué)問解決問題時，并深刻理解植物生長調(diào)整劑、酶、基因表達(dá)等生物學(xué)概念，培育了生命觀念、社會責(zé)任、理性思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)。

本節(jié)試驗課的教學(xué)思路如圖1所示。

2試驗教學(xué)分析

2.1教材分析

本試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”試驗的拓展，教科書試驗是定性分析，本試驗進(jìn)行量化，采納定量分析的數(shù)據(jù)更具說服力。本試驗教學(xué)也依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》必修3第一章詳細(xì)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)“評述植物激素的應(yīng)用價值”，融入香蕉業(yè)普遍采納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(shù)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。本試驗采納本尼迪特試劑作為顯色劑，反應(yīng)并比色，采納分光光度計精確測定數(shù)據(jù)。本試驗既源于課本，也是課本試驗的融會貫穿與升華，是對教材試驗的再處理。

2.2同學(xué)分析

本試驗的操是高二選考班同學(xué)，已經(jīng)學(xué)習(xí)了高中生物全部的必修學(xué)問，完成必修模塊要求的全部試驗，具備較強(qiáng)的試驗操作力量；初步學(xué)習(xí)了生物技術(shù)實踐模塊的部分學(xué)問，具備肯定的學(xué)問儲備；經(jīng)過學(xué)校和高中的學(xué)習(xí)，同學(xué)的科學(xué)思維力量有了較大提升，有初步科學(xué)探究的力量。

2.3教學(xué)重難點

教學(xué)重點：

（1）分析試驗原理，實施可行的試驗方案；

（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)學(xué)問。

教學(xué)難點：

（1）處理數(shù)據(jù)，將試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系。突破策略：老師引導(dǎo)同學(xué)理解制備標(biāo)準(zhǔn)曲線的原理，將試驗數(shù)據(jù)對比標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計算。為了降低同學(xué)處理數(shù)據(jù)的難度，用辦公軟件Excel設(shè)計好試驗數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換函數(shù)公式。建立坐標(biāo)系時，引導(dǎo)同學(xué)用描點連線法，使試驗結(jié)果更加直觀。

（2）有效組織課堂教學(xué)。突破策略：用比色法定量測定還原糖的含量，同學(xué)操作起來費時。老師可以在課前培訓(xùn)試驗操作，培育教學(xué)小助手來操作電動離心機(jī)和分光光度計，節(jié)省部分時間。同時留意加強(qiáng)各小組內(nèi)同學(xué)的合作，如研磨時，要求每個同學(xué)研磨一組，加強(qiáng)同學(xué)對試驗的參加度。

3教學(xué)目標(biāo)

學(xué)問目標(biāo)：簡述乙烯的作用與產(chǎn)生部位；辨別試驗的自變量、因變量、無關(guān)變量；評述與試驗相關(guān)的酶的學(xué)問、基因表達(dá)、植物激素相互作用。

力量目標(biāo)：運(yùn)用分光光度計測定測定生物組織中的還原糖含量；運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理、分析試驗數(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(biāo)系。

情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)：體驗用乙烯利催熟香蕉的過程，培育數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)換力量；關(guān)注社會生活熱點，植物生長調(diào)整劑在水果行業(yè)的運(yùn)用；養(yǎng)成合作探究、溝通的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

4教學(xué)預(yù)備

4.1同學(xué)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)比色法測定還原糖的方法與步驟；學(xué)會設(shè)計試驗步驟；學(xué)會操作分光光度計和電動離心機(jī)等設(shè)備。

4.2老師方面

多次摸索試驗過程，將繁瑣的還原糖測定流程簡化，并與同學(xué)已學(xué)的學(xué)問結(jié)合，便于同學(xué)理解、運(yùn)用學(xué)問；繪制相關(guān)指數(shù)極高的標(biāo)準(zhǔn)曲線（R2=0.998），供同學(xué)計算樣品中的還原糖含量。

4.3儀器與材料方面

預(yù)備好電動離心機(jī)、分光光度計、恒溫水浴鍋、電子天平、計算機(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

老師展現(xiàn)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(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？

同學(xué)布滿奇怪???，樂觀思索，歸納。

設(shè)計意圖：利用同學(xué)特別熟識的香蕉催熟，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱忱，培育同學(xué)用生物學(xué)學(xué)問聯(lián)系實際的社會責(zé)任意識，培育核心素養(yǎng)。

5.2復(fù)習(xí)學(xué)問

老師設(shè)置問題串：什么是植物生長調(diào)整劑？乙烯的作用與產(chǎn)生部位是哪里？香蕉成熟過程中形狀會發(fā)生什么變化？測定香蕉中還原糖的方法是什么？

同學(xué)依據(jù)老師的提問，層層遞進(jìn)，復(fù)習(xí)關(guān)于植物激素的學(xué)問。

設(shè)計意圖：采納問題串的形式遞進(jìn)復(fù)習(xí)學(xué)問，順當(dāng)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(shè)，設(shè)計方案

老師展現(xiàn)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，同學(xué)自主分組，提出探究的問題，作出試驗假設(shè)，設(shè)計試驗方案，課堂展現(xiàn)。

同學(xué)依據(jù)愛好自主分組，填寫相關(guān)內(nèi)容。

設(shè)計意圖：課前讓同學(xué)填寫，節(jié)省課堂時間，也讓同學(xué)有充分的時間思索。

5.4評價試驗方案

老師展現(xiàn)同學(xué)設(shè)計的試驗方案，讓其他同學(xué)評價，并引導(dǎo)同學(xué)分析試驗的自變量、因變量、無關(guān)變量。老師自制Flas展現(xiàn)試驗原理，引導(dǎo)同學(xué)理解試驗原理。試驗原理：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失去部分Cu2+而脫色。在590nm波長光下比色測定吸光度。隨著還原糖含量上升，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。

同學(xué)評價同學(xué)的試驗方案，歸納出試驗設(shè)計遵循的對比原則、單一變量原則、等量原則、科學(xué)性原則等，并學(xué)會分析變量。

設(shè)計意圖：老師以生為本，培育同學(xué)分析、歸納的科學(xué)思維，注意理性思維核心素養(yǎng)的培育。

5.5試驗操作，測定還原糖含量變化

老師引導(dǎo)同學(xué)從形狀上分析各組香蕉的變化，補(bǔ)充測定還原糖含量試驗的步驟，并自制PPT提示電動離心機(jī)的使用要點。

同學(xué)依據(jù)觀看，比較香蕉在硬度上與顏色上的變化，并依據(jù)試驗步驟認(rèn)真操作試驗，定量測定還原糖含量變化。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)同學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)夭僮髟囼?、學(xué)會合作。培育同學(xué)科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

5.6收集數(shù)據(jù)

老師講授標(biāo)準(zhǔn)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+的削減量，與還原糖含量呈正比關(guān)系。在590nm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(biāo)準(zhǔn)曲線，推算出樣品中還原糖含量。

老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(zhì)量（g/Kg）。

同學(xué)理解標(biāo)準(zhǔn)曲線的意義，收集試驗數(shù)據(jù)，計算還原糖含量。

設(shè)計意圖：分析化學(xué)試驗中，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)曲線計算還原糖的含量。老師已經(jīng)設(shè)計好Excel的輸入模式，便于同學(xué)計算。

5.7分析結(jié)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(biāo)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。老師要求同學(xué)分析自己組的試驗結(jié)果，并得出結(jié)論；對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，分析?shù)據(jù)差異的緣由；對特別數(shù)據(jù)進(jìn)行重點分析。

同學(xué)自主分析，敘述給全班同學(xué)聽。有同學(xué)對兩組數(shù)據(jù)的差異綻開分析，產(chǎn)生懷疑：

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)計意圖：老師制造平臺，讓同學(xué)在課堂上動手動腦，培育同學(xué)組內(nèi)合作探究、分析問題的力量，不斷將問題深化。教學(xué)過程注意同學(xué)建立模型、分析模型等理性思維核心素養(yǎng)的培育。

5.8溝通總結(jié)

老師設(shè)置問題串，總結(jié)本試驗：香蕉勻漿為什么要在熱水中加熱？香蕉在自然狀態(tài)下也能成熟的緣由是什么？根本緣由是什么？植物激素之間的相互作用是什么？這樣引導(dǎo)同學(xué)提出想連續(xù)探究的課題。

同學(xué)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)學(xué)問，并說出自己想連續(xù)探究的課題。

設(shè)計意圖：老師引導(dǎo)同學(xué)分析試驗，使同學(xué)對試驗有更深化的理解，拓展思維，促進(jìn)同學(xué)進(jìn)一步探究。老師引導(dǎo)同學(xué)運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點看待生物體，培育生命觀念的核心素養(yǎng)。

6教學(xué)反思

6.1本試驗具有以下創(chuàng)新之處

（1）親密聯(lián)系生活。本試驗將教材中“生物組織中還原糖的檢測試驗”、評述植物激素的應(yīng)用、“亞硝酸鹽的定量測定試驗”進(jìn)行綜合拓展，將社會生活熱點“植物激素催熟水果”融入課堂，讓同學(xué)在與生活親密聯(lián)系的情境中，帶著極強(qiáng)的求知欲綻開試驗。本試驗既有乙烯利的催熟試驗，也有還原糖的測定。教材中關(guān)于還原糖的測定試驗是定性試驗，只是讓同學(xué)觀看有沒有紅黃色沉淀。而本試驗改進(jìn)為量化試驗，引導(dǎo)同學(xué)觀看了試驗現(xiàn)象后，測量其中的還原糖的含量，用數(shù)據(jù)證明試驗預(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。教材試驗時，一般采納還原糖含量高，但是顏色較淺的生物組織，高中生物試驗常用的材料是蘋果、梨子、白蘿卜。本試驗采納的是香蕉。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(yùn)用先進(jìn)儀器。分光光度計的使用雖然在生物技術(shù)實踐模塊中提到，但是很少有學(xué)校開展該試驗。同學(xué)感覺這么“高端”的儀器離自己很遙遠(yuǎn)，操作的時候特別興奮。其實分光光度計的操作比較簡潔，假如老師應(yīng)用于高中生物試驗教學(xué)，可以將很多同學(xué)試驗定量化，比如測生物組織中蛋白質(zhì)的含量、葉片中葉綠素的含量等，可拓寬同學(xué)的思維，也讓生物課堂更加好玩、嚴(yán)謹(jǐn)。

6.2試驗需要老師不斷提高自身素養(yǎng)

試驗是同學(xué)特別重要的技能，也是老師的重要技能。本試驗操作特別繁瑣，量化試驗比較精確。老師有必要在同學(xué)試驗前樂觀探究，發(fā)揮先行者作用，摸索出最適合同學(xué)試驗的方案。比如本試驗中還原糖的提取，老師嘗試多種方案，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)峻。最終，實行讓同學(xué)研磨的方式，盡量削減還原糖的流失。同時為了讓細(xì)胞中還原糖釋放，讓同學(xué)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(xì)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(zhuǎn)速的掌握、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作等都需要老師在