基于课程标准的高中生物学实验教学改进——以“检测生物组织中的蛋白质”为例

林建春

（浙江省温州市洞头区第一中学 浙江温州 325700）

实验是促成学生达成生物学核心素养的重要途径与手段。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）对高中生物学实验教学提出以下2点建议：①实验设计应多样化，并鼓励学生参与实验设计；②重视定量实验，给学生提供学习测量方法的机会，使其在记录、整理和分析实验数据的过程中了解事物的本质。

然而，在高中阶段由于学业任务繁重、时间紧迫，再加上升学压力，学校往往按部就班开展考试大纲中的实验，学生较少、甚至没有机会设计实验并进行操作。而且，考纲中的实验绝大多数属于验证类或定性实验，而探究类实验、定量分析实验所占比例极少。因此，教师仅开展现有考纲中的实验，不进行改进，难以有效促成学生达成生物学学科核心素养。但是，若增加考纲外的实验，无疑会增加实验课时，减少理论知识学习的时间。如何以现有考纲中的实验为依据，合理且有效地进行改进，成为了当前高中生物学实验教学中的当务之急。

基于上述问题及《课程标准》对实验教学的建议，下面对“检测生物组织中的蛋白质”实验教学进行改进，并结合实验教学过程进行反思，为广大一线生物学教师提供参考。

1 实验分析

“检测生物组织中的蛋白质”是浙科版高中生物必修1第一章第二节“生物大分子以碳链为骨架”中的内容，属于验证类或定性类实验。教材简单介绍了蛋白质检测所需的试剂（双缩脲试剂）、操作过程等。开展此实验的目的是使学生能够直观地感受到蛋白质检测的结果，增强学生对生物大分子的感性认识。

该实验操作过程简单，只需将课前准备好的样液与双缩脲试剂A液和B液混合、摇匀，即可观察到实验现象。此外，在课堂教学或教辅书中，学生也可以了解到显色反应的结果。由于实验操作简单、实验结果提前可知，致使许多学生对此实验失去兴趣，不愿动手操作，因而未能充分体现开展此实验应有的价值与意义。

2 实验教学改进

2.1 由定性实验向定量实验的改进

学生进行定量实验分析时，往往无形中就已经开展了定性分析实验。此外，定量实验通常需要进行记录、整理和分析实验数据，有助于学生体验科学探究过程。在“检测生物组织中的蛋白质”实验中，蛋白质定量分析方法有多种，如考马斯亮蓝法、紫外分光光度法等。其中，分光光度法具有操作简单、耗时短等优势，适合应用于高中生物学实验教学中。因此，教师可借助分光光度法实现蛋白质定性分析向定量分析的转变，如将该实验转变成“比较分析常见豆制饮品或乳制饮品中的蛋白质含量”。实验教学过程如下。

2.1.1 创设真实情境，激发实验兴趣

教师联系学生生活，提出问题：高中生处于生长发育关键期，补充营养成为了学生和家长极为关注的话题之一。蛋白质是人体必需的营养物质，是生命活动的物质基础和主要承担者。日常生活中形形色色的豆制饮品、乳制饮品中都含有丰富的蛋白质，不同饮品中蛋白质含量如何？

2.1.2 实验原理教学

蛋白质与双缩脲试剂发生显色反应，其颜色深浅与蛋白质的含量成线性关系，可利用分光光度计进行检测（最适检测波长在540 nm处）。溶液中蛋白质含量越高，与双缩脲试剂显色越深，吸光度值越大。根据已知含量的蛋白质溶液（标准溶液）绘制吸光度值-蛋白质含量的标准曲线（图1），并根据标准曲线计算出待测样品中蛋白质含量。

图1 标准曲线

2.1.3 分组活动，获取数据

学生分成若干组别（3～4人/组），以小组为单位开展实验。实验操作前，每组设计实验记录表（表1）。实验操作过程中，每个小组进行合理分工，如滴加样液、检测、观察颜色深浅（结果仅供组内各样品间比较）、记录数据等。所有样品测定结束后，组内一起进行数据处理、分析。需注意的是，由于乳制品中蛋白质含量较高，所有样品均稀释20倍，再利用分光光度计检测吸光度值，并根据下列公式将其转化为溶液中蛋白质含量：

表1 实验记录表

2.1.4 分析总结，树立社会责任意识

各小组实验结束后，教师汇总班级数据，进行分析总结，找出蛋白质含量较高及较低的几种饮品（图2）。此外，教师引导学生在日常生活中要注意多补充蛋白质，有助于增强免疫、促进身体发育等；同时，要坚决抵制一些不良商家在乳制品中加入三聚氰胺，以提高蛋白质含量的不良做法，树立社会责任意识。

图2 常见豆制饮品或乳制饮品中蛋白质含量检测结果

教师借助分光光度法，实现定性实验向定量实验的转变，不仅使学生直观感受到蛋白质的检测结果，还学习到生物学研究中定量分析仪器的使用方法，体验科学研究过程、实验数据处理的一般方法，利于学生科学思维及科学探究品质的形成。在解决真实情境问题中，学生获得了一定的生物大分子的生命观念，并树立社会责任意识。

2.2 由验证实验向探究实验的改进

验证实验是高中生物实验教学的重要组成部分，具有明确的实验原理、固定的实验步骤以及稳定的实验结果。一般，教师开展高中生物学验证性实验往往只是机械操作实验步骤以获取实验结果，而探究性实验通常是指实验者对实验结果不知晓的情况下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。相较于验证实验，探究实验更能培养学生科学探究能力。

以“检测生物组织中的蛋白质”为主题的探究性实验很多，如高温使蛋白质变性过程中肽键是否断裂、人体剧烈运动后尿液中是否会出现蛋白尿等（前述的“比较分析常见豆制饮品或乳制饮品中的蛋白质含量”也属探究性实验，但更侧重于定量分析）。“人体剧烈运动后尿液中是否会出现蛋白尿”的探究性实验教学过程如下。

2.2.1 创设真实情境，导入探究问题

教师联系人体健康，导入探究问题：健康人尿液中只含微量蛋白质，若尿液中蛋白质含量过高，则称之为蛋白尿。肾脏病变患者会产生蛋白尿，健康人在剧烈运动后是否也会出现蛋白尿。请设计实验探究健康人在运动后是否会出现蛋白尿。

2.2.2 原理简介

蛋白质与双缩脲试剂发生显色反应，其颜色深浅与蛋白质含量成正比。

2.2.3 设计实验，合作探究

教师可将学生分成若干小组，并按照“实验假设——实验步骤——实验结果”的顺序。独立设计实验并进行操作（表2）。

表2 “人体剧烈运动后尿液中是否会出现蛋白尿”实验设计

2.2.4 分析与讨论

根据学生的实验结果（表3），教师要引导学生进行分析；除肾脏病变会引起蛋白尿外，健康人在剧烈运动后也会出现暂时性蛋白尿，是一种常见的生理现象。且蛋白尿的出现受个体差异、运动项目、运动强度等影响。在分析过程中，学生意识到生命活动具有差异性、可调节性，形成正确的生命观念。

表3 运动前后蛋白尿检测情况

3 教学反思

在“检测生物组织中的蛋白质”实验教学过程中，上述2个改进实验可同时进行开展。在实验课中教师可先点明2个实验主题，即“比较分析常见豆制饮品或乳制饮品中的蛋白质含量”和“人体剧烈运动后尿液中是否会出现蛋白尿”，供各小组进行自主选择。但在进行实验原理教学、实验设计时，各小组均可参与交流、讨论。

由于实验课耗时长，尤其对于高一的学生，接触过的生物学实验并不多，动手操作能力较弱。因此，教师要提前做好充分准备，如多份稀释20倍的乳制样液、多份健康学生剧烈运动前后的尿液及绘制好的标准曲线等，以避免实验课中师生手忙脚乱。

此外，学生动手实验操作只是实验课的一部分，更为重要的是，教师要引导学生对实验结果进行讨论、分析，并得出适当的结论。针对学生实验过程中观察到的现象及结果，教师应对实验现象进行分析，不断引导学生深入思考，加深对生物学规律的理解。特别是实验现象与事先预想的或与学生想象的不相符时（如一些学生认为健康人剧烈运动后不会出现蛋白尿），找出造成这种现象的原因，有利于增强学生分析判断能力，提高实验教学质量。