“乙烯利催熟香蕉過(guò)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(guò)程中探究還原糖含量的變化”的教學(xué)案例

文件編號(hào)：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(yàn)）》提出（以下簡(jiǎn)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(dòng)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(guò)程?！稑?biāo)準(zhǔn)》注意引導(dǎo)同學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活的背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)，提倡同學(xué)在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)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(shí)的水果催熟問(wèn)題與教科書中還原糖的檢測(cè)試驗(yàn)相結(jié)合，定量測(cè)定試驗(yàn)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(guò)現(xiàn)象討論本質(zhì)，測(cè)定還原糖含量的變化。在《全民科學(xué)素養(yǎng)行動(dòng)方案（2049方案）》的科學(xué)概念中列出了“測(cè)量”“試驗(yàn)”“模型”等，本試驗(yàn)以此為啟發(fā)，著力于定量試驗(yàn)與模型建構(gòu)。在定量測(cè)定數(shù)據(jù)過(guò)程中，同學(xué)學(xué)會(huì)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(wèn)解決問(wèn)題時(shí)，并深刻理解植物生長(zhǎng)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(huì)責(zé)任、理性思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)。

本節(jié)試驗(yàn)課的教學(xué)思路如圖1所示。

2試驗(yàn)教學(xué)分析

2.1教材分析

本試驗(yàn)是基于浙科版必修1第一章第三節(jié)“檢測(cè)生物組織中的還原糖”試驗(yàn)的拓展，教科書試驗(yàn)是定性分析，本試驗(yàn)進(jìn)行量化，采納定量分析的數(shù)據(jù)更具說(shuō)服力。本試驗(yàn)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(píng)述植物激素的應(yīng)用價(jià)值”，融入香蕉業(yè)普遍采納的乙烯利催熟香蕉的操作。測(cè)定還原糖的方法則借鑒生物技術(shù)實(shí)踐模塊中選修一第三部分泡菜的腌制和亞硝酸鹽的測(cè)定中的活動(dòng)建議：嘗試用比色法測(cè)定其亞硝酸鹽含量的變化。本試驗(yàn)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(jì)精確測(cè)定數(shù)據(jù)。本試驗(yàn)既源于課本，也是課本試驗(yàn)的融會(huì)貫穿與升華，是對(duì)教材試驗(yàn)的再處理。

2.2同學(xué)分析

本試驗(yàn)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(wèn)，完成必修模塊要求的全部試驗(yàn)，具備較強(qiáng)的試驗(yàn)操作力量；初步學(xué)習(xí)了生物技術(shù)實(shí)踐模塊的部分學(xué)問(wèn)，具備肯定的學(xué)問(wèn)儲(chǔ)備；經(jīng)過(guò)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(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：

（1）分析試驗(yàn)原理，實(shí)施可行的試驗(yàn)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(wèn)。

教學(xué)難點(diǎn)：

（1）處理數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)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(jì)好試驗(yàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換函數(shù)公式。建立坐標(biāo)系時(shí)，引導(dǎo)同學(xué)用描點(diǎn)連線法，使試驗(yàn)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(cè)定還原糖的含量，同學(xué)操作起來(lái)費(fèi)時(shí)。老師可以在課前培訓(xùn)試驗(yàn)操作，培育教學(xué)小助手來(lái)操作電動(dòng)離心機(jī)和分光光度計(jì)，節(jié)省部分時(shí)間。同時(shí)留意加強(qiáng)各小組內(nèi)同學(xué)的合作，如研磨時(shí)，要求每個(gè)同學(xué)研磨一組，加強(qiáng)同學(xué)對(duì)試驗(yàn)的參加度。

3教學(xué)目標(biāo)

學(xué)問(wèn)目標(biāo)：簡(jiǎn)述乙烯的作用與產(chǎn)生部位；辨別試驗(yàn)的自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量；評(píng)述與試驗(yàn)相關(guān)的酶的學(xué)問(wèn)、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(jì)測(cè)定測(cè)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(yàn)數(shù)據(jù)；嘗試建立還原糖含量與時(shí)間、不同乙烯利濃度的坐標(biāo)系。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：體驗(yàn)用乙烯利催熟香蕉的過(guò)程，培育數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)換力量；關(guān)注社會(huì)生活熱點(diǎn)，植物生長(zhǎng)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(cè)定還原糖的方法與步驟；學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)試驗(yàn)步驟；學(xué)會(huì)操作分光光度計(jì)和電動(dòng)離心機(jī)等設(shè)備。

4.2老師方面

多次摸索試驗(yàn)過(guò)程，將繁瑣的還原糖測(cè)定流程簡(jiǎn)化，并與同學(xué)已學(xué)的學(xué)問(wèn)結(jié)合，便于同學(xué)理解、運(yùn)用學(xué)問(wèn)；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(jì)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(dòng)離心機(jī)、分光光度計(jì)、恒溫水浴鍋、電子天平、計(jì)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(guò)程

5.1情境導(dǎo)入

老師展現(xiàn)圖片及資料，并提出問(wèn)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(zhǎng)途運(yùn)輸后銷售。青果很難完成自熟過(guò)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(lè)觀思索，歸納。

設(shè)計(jì)意圖：利用同學(xué)特別熟識(shí)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(wèn)聯(lián)系實(shí)際的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，培育核心素養(yǎng)。

5.2復(fù)習(xí)學(xué)問(wèn)

老師設(shè)置問(wèn)題串：什么是植物生長(zhǎng)調(diào)整劑？乙烯的作用與產(chǎn)生部位是哪里？香蕉成熟過(guò)程中形狀會(huì)發(fā)生什么變化？測(cè)定香蕉中還原糖的方法是什么？

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

設(shè)計(jì)意圖：采納問(wèn)題串的形式遞進(jìn)復(fù)習(xí)學(xué)問(wèn)，順當(dāng)引出本尼迪特試劑測(cè)定還原糖，做好本課鋪墊。

5.3針對(duì)假設(shè)，設(shè)計(jì)方案

老師展現(xiàn)兩個(gè)課題：①探究乙烯利催熟香蕉過(guò)程中還原糖含量隨時(shí)間的變化；②探究不同濃度乙烯利催熟香蕉過(guò)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(wèn)題，作出試驗(yàn)假設(shè)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，課堂展現(xiàn)。

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

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

5.4評(píng)價(jià)試驗(yàn)方案

老師展現(xiàn)同學(xué)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案，讓其他同學(xué)評(píng)價(jià)，并引導(dǎo)同學(xué)分析試驗(yàn)的自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量。老師自制Flas展現(xiàn)試驗(yàn)原理，引導(dǎo)同學(xué)理解試驗(yàn)原理。試驗(yàn)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(huì)失去部分Cu2+而脫色。在590nm波長(zhǎng)光下比色測(cè)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(píng)價(jià)同學(xué)的試驗(yàn)方案，歸納出試驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的對(duì)比原則、單一變量原則、等量原則、科學(xué)性原則等，并學(xué)會(huì)分析變量。

設(shè)計(jì)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(yàn)操作，測(cè)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(cè)定還原糖含量試驗(yàn)的步驟，并自制PPT提示電動(dòng)離心機(jī)的使用要點(diǎn)。

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(yàn)步驟認(rèn)真操作試驗(yàn)，定量測(cè)定還原糖含量變化。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)同學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)夭僮髟囼?yàn)、學(xué)會(huì)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(guò)程，分為5組，如表1所示。測(cè)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(zhǎng)光下比色測(cè)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(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算還原糖含量。

設(shè)計(jì)意圖：分析化學(xué)試驗(yàn)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(jì)算還原糖的含量。老師已經(jīng)設(shè)計(jì)好Excel的輸入模式，便于同學(xué)計(jì)算。

5.7分析結(jié)果

兩大組各派一個(gè)代表上黑板建立還原糖含量與時(shí)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(yàn)結(jié)果，并得出結(jié)論；對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，分析?shù)據(jù)差異的緣由；對(duì)特別數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

同學(xué)自主分析，敘述給全班同學(xué)聽。有同學(xué)對(duì)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(jì)意圖：老師制造平臺(tái)，讓同學(xué)在課堂上動(dòng)手動(dòng)腦，培育同學(xué)組內(nèi)合作探究、分析問(wèn)題的力量，不斷將問(wèn)題深化。教學(xué)過(guò)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(wèn)題串，總結(jié)本試驗(yàn)：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(wèn)，并說(shuō)出自己想連續(xù)探究的課題。

設(shè)計(jì)意圖：老師引導(dǎo)同學(xué)分析試驗(yàn)，使同學(xué)對(duì)試驗(yàn)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(diǎn)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(yàn)具有以下創(chuàng)新之處

（1）親密聯(lián)系生活。本試驗(yàn)將教材中“生物組織中還原糖的檢測(cè)試驗(yàn)”、評(píng)述植物激素的應(yīng)用、“亞硝酸鹽的定量測(cè)定試驗(yàn)”進(jìn)行綜合拓展，將社會(huì)生活熱點(diǎn)“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(yàn)。本試驗(yàn)既有乙烯利的催熟試驗(yàn)，也有還原糖的測(cè)定。教材中關(guān)于還原糖的測(cè)定試驗(yàn)是定性試驗(yàn)，只是讓同學(xué)觀看有沒(méi)有紅黃色沉淀。而本試驗(yàn)改進(jìn)為量化試驗(yàn)，引導(dǎo)同學(xué)觀看了試驗(yàn)現(xiàn)象后，測(cè)量其中的還原糖的含量，用數(shù)據(jù)證明試驗(yàn)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(yàn)時(shí)，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(yàn)常用的材料是蘋果、梨子、白蘿卜。本試驗(yàn)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(shí)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(jì)的使用雖然在生物技術(shù)實(shí)踐模塊中提到，但是很少有學(xué)校開展該試驗(yàn)。同學(xué)感覺(jué)這么“高端”的儀器離自己很遙遠(yuǎn)，操作的時(shí)候特別興奮。其實(shí)分光光度計(jì)的操作比較簡(jiǎn)潔，假如老師應(yīng)用于高中生物試驗(yàn)教學(xué)，可以將很多同學(xué)試驗(yàn)定量化，比如測(cè)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(yàn)需要老師不斷提高自身素養(yǎng)

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