基于批判性思维的高中生物实验教学案例

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  1 教材分析及设计思路
  人教版“生物组织中糖类、脂肪和蛋白质”中提到的实验材料、实验试剂以及实验方法明确具体,实验操作简单、现象明显,是高一学生理解物质鉴定原理、掌握实验操作技能的一个基础性实验。本实验试剂较多、选材丰富、实验步骤操作严谨,初学者对实验原理理解不透彻,会有很多疑问。因此,笔者让学生充分提出自己的质疑,教师收集问题后通过对话,与学生一起对有价值的问题进行归类;然后,组织学生分组设计实验、进行实验,在学生探究中指导实验操作准确规范进行;最后,在全班的讨论交流中对现象进行深度分析和评价。整个教学过程中贯穿着“质疑—对话—探究—评价”几个环节。
  2 教学目标
  (1)通过实验的熟练操作和对实验现象的准确观察,分析理解物质鉴定的原理。
  (2)审视教材实验,发现问题,提出假设,设计实验,进行实验,掌握科学探究的一般方法,形成实事求是的科学态度。
  (3)勇于挑战权威,提出质疑,通过分析实验现象、评价实验结果形成科学思维的习惯。
  3 教学过程
  3.1 创设情境,导入学习
  教师播放三鹿奶粉事件视频,并提出问题:食品安全关系每个人的生命健康,三鹿奶粉事件中的物质鉴定原理什么呢?用什么方法检验蛋白质才最可靠呢?
  学生1:三鹿奶粉中添加三聚氰胺,是为了提高检测时奶粉中的含氮量,但是含有氮元素的不一定是蛋白质,应该检测蛋白质特有的成分或者结构。
  学生2:蛋白质是通过氨基酸脱水缩合而成,能不能检验氨基酸的含量呢?
  接着,教师布置任务学生在任务驱动下进行自主学习,梳理教材上的实验原理、生物取材和实验操作步骤,为批判质疑提供基础。
  3.2 开展探究
  3.2.1 学生提出假设和实验思路
  教师提出问题:实验的取材上是不是有其他更好的选择呢?实验的操作要求是否还有很多疑惑不解呢?
  学生6人一组,以发言圈的形式讨论,讨论前给每人3min的时间整理问题和解决问题的思路。在讨论阶段,一个人发言,其他人不能打断,每个人发言之后讨论者只能讨论其他人刚才提出的观点,而不能详细谈论自己的观点。在这种形式的讨论中,学生要学会倾听,客观理性地对待别人的观点,即使自己有不同于他人的观点,也不急于反驳,而是践行于公正性寻求证据,解决认知难题。
  经过小组内的讨论交流,全班收集到若干问题,主要有:
  ①苹果匀浆易被氧化,且氧化后的锈色与砖红色相近,会不会影响对实验现象的观察
  ②甘蔗汁富含蔗糖,蔗糖不是还原糖,但是难道甘蔗汁中就不可能含有其他还原糖吗?
  ③是否可以将待测物质分为不同浓度的几份,加入相同的检测试剂以估测其含量的差异?
  ④检验还原糖的水浴温度一定要在5065℃范围内吗?
  ⑤能否用双缩腮试剂检测花生匀浆中的蛋白质?
  ⑥斐林试剂与双缩脲试剂的化学组成非常相似,能否用斐林试剂检测蛋白质,或者用双缩脉实际检测还原糖呢?
  ⑦活细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质,那么不同的待测样品中加入双缩脲试剂是不是都会出现紫色呢?
  ⑧植物脂肪用苏丹Ⅲ检测,动物脂肪是不是也可以用苏丹Ⅲ检测?
  ⑨双面刀片易割伤手,学生操作困难,易受伤,能不能用花生油作为实验材料,取材更容易。
  ⑩蛋白质灼烧的时候会产生烧焦羽毛的气味,是不是也可以用气味来鉴定蛋白质?
  设计意图:提问是批判性思维的核心。批判性提问不同于质问,而是激发人的思考,确定最关键的问题,指明思考的方向。通过小组讨论发散思维,学生提出大量质疑。在此基础上,教师和学生一起对上述问题进行梳理、归类,确定出可探究、有价值的一个问题,并引导其对探究的问题提出自己的假设和实验思路。
  3.2.2 展示设计方案
  第1组:探究斐林试剂使用时的温度是不是只有在50~65℃之间才能与还原糖反应生成磚红色沉淀。实验方案:取4支试管,分别加入2mL苹果匀浆,并加入1mL斐林试剂,同时放入到不同温度(75℃ ,60℃ ,45℃ ,常温自来水)的水浴中,相同时间后观察颜色变化。
  第2组:探究甘蔗汁中有没有还原糖。实验方案:取1只试管,加入2mL甘蔗汁,用斐林试剂检测,观察有没有砖红色出现。
  第3组:探究双缩脲试剂A液B液的使用次序、用量对实验结果的影响。实验方案:取4支试管,加入等量的蛋清稀释液,编号1、2、3、4;1号试管中先加1mL双缩脲试剂A,再滴4滴双缩脲试剂B(先A后B,多A少B);2号试管中先B后A,多A少B;3号试管中先A后B,AB一样多:4号试管中先A后B,多B少A。
  第4组:探究花生匀浆除了含有脂肪,是否也含有还原糖、蛋白质。实验方案:取3支试管分别加入等量的花生匀浆,分别用斐林试剂、苏丹Ⅲ、双缩脲试剂检测,观察颜色变化。
  3.2.3 学生分组进行实验后展示交流与评价
  在学生进行的实验过程中,教师及时给与指导,保证实验安全规范进行,并及时拍照保存实验现象,方便学生汇报实验结果,交流实验结论。
  第1组:我们观察到,斐林试剂使用时,如果水温是75℃或60℃,都会产生砖红色沉淀。75℃出现砖红色所需的时间更短,但60℃的砖红色沉淀现象更明显,45℃水浴下出现了棕色,常温水中还是蓝色。由此得出结论:斐林试剂与还原糖发生反应时,加热会使反应加快,其中高于60℃水浴加热,反应速度快且砖红色沉淀现象明显。
  教师追问:如果时间足够长450C和常温下的反应液是不是也可能出现砖红色沉淀呢?如果也会出现砖红色沉淀,那说明我们的教材实验设置的条件是不是多余的呢?
  学生3:斐林试剂使用时水浴加热可以是使反应加快,提高实验效率。   教师:实验过程中尽量让反应时间较短,尽量使操作过程简便,尽量用容易获得的实验材料等等都是实验设计必须遵循经济性原则。
  第2组:甘蔗汁中加入斐林试剂检测出现了明显的砖红色沉淀。我们组在分析现象时有不同观点,有人说,出现砖红色说明甘蔗里的蔗糖就是还原糖:有人说只能说明甘蔗汁中含有还原糖,不能说明蔗糖就是还原糖。我们无法确定结论。还需要进一步补充实验进行对照:用斐林试剂检测蔗糖溶液,观察有没有砖红色沉淀。
  教师补充追问:根据蔗糖的分子结构,它是不具有还原性的。那其中的还原糖是怎么来的呢?
  学生4:甘蔗汁可能被细菌污染,其中蔗糖被一些细菌分解了,就产生了还原糖。可以继续增设一组实验,取新鲜的甘蔗汁,用斐林试剂检测,观察有没有砖红色沉淀。若没有,则我的假说成立,否则只能说明甘蔗汁中确实是含有还原糖的。
  第3组:双缩脲试剂使用时强调先A后B,多A少B,我们组设置几组不同的使用方案,第1组正常使用,第2组先B后A,多A少B,对比发现改变双缩脲试剂的滴加次序一样会出现紫色反应。第3组不改变双缩脲试剂的使用次序、依次加入等量的A、B两液,出现蓝紫色,第4组加入4滴双缩脲试剂A,再滴加1mL双缩脲试剂B,出现蓝色。发现,双缩脲试剂的使用次序不影响实验结果,但是双缩脲试剂A、B液的用量对紫色现象有影响。
  教师点拨并追问:在碱性环境下,铜离子会与蛋白质中的肽键发生反应,出现紫色。4支试管中都有碱性物质,为什么3号、4号试管中出现蓝色呢?
  学生5:过量的硫酸铜的蓝色会掩盖紫色。
  第4组:我们小组用花生匀浆做实验材料,探究其中有没有还原糖、脂肪和蛋白质。发现加入斐林试剂加热后不产生砖红色沉淀,说明花生中不含有还原糖;加入双缩脲试剂出现紫色,说明其中富含蛋白质;加入苏丹Ⅳ出现红色,说明其中含有脂肪。
  4 归纳总结
  学生6:原来实验观察到的现象可以有多种不同的解释,而哪种解释是正确可靠的还得设计实验进行验证,今天我认识到设计好的实验可以检验真理。
  教师:当实验结果与预期不符时,要多思考,不要急于认定假设不成立,要考虑会不会是因为实验材料不洁净、实验操作的不正确等等原因造成的、会不会有什么干扰因素等。
  5 教学反思
  本节课的教学重视对学生质疑精神培养,给学生充分的时间讨论交流,让他们充分发挥主体作用,鼓励学生挑战权威,对教材实验提出问题,并通过设计实验进行实验完成一次探究,在实验过程以及实验结束后及时对实验作出评价。对学生提出的问题,教师要保持尊重的态度。例如,学生想到蛋白质燃烧会有烧焦的气味,教师要及时肯定。闻气味也是一種常用的物质鉴定的物理方法,但是可靠性不强。其次要对问题进行梳理,有些问题相似可放入同一个实验探究:有些问题没有生物学意义,要舍弃;有些问题实验室没有条件进行实验,可建议学生们改变实验设计方案或者查阅资料。在实验过程中往往会出现很多出其不意的实验现象,教师要善于抓住教学契机,多问几个为什么,还要引导学生用正确的态度面对实验结果不理想、实验现象不明显等问题,要对实验的整个流程进行客观理性的分析。
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