基于批判性思维的高中生物实验教学案例

顾晓芹

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。