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生活化实验促进学生生物科学素养的提高

[日期:2015-08-18] 来源:中学生物学 2015年6期  作者:杨克俊 [字体: ]

  摘 要 生活化实验倡导学生利用生活中最方便的材料做实验,不仅实验材料易得,实验成本低;而且还能引导学生学以致用,注重联系生活实际,激发学生学习生物学科的兴趣、培养学生的实验能力和创新能力、促进其生物科学素养的提高。
  关键词 生活化实验 生物科学素养
 
   生物科学是实验科学。高中生物教材中的绝大多数实验的取材都与生活有关,如梨、葡萄、蔗糖、淀粉、鸡卵清蛋白、牛奶、豆浆、核桃种子、洋葱鳞片叶、洋葱根尖、酵母菌、透明塑料瓶、水草、小鱼等,这些都是生活中常见的、容易获取的资源。获取这些实验材料,不仅能圆满完成实验教学目标,还可以拓展教材实验,培养学生的创新思维,提高学生的生物科学素养。
  1 拓展生物教材实验
  1.1 拓展实验取材
   学生对实验课充满兴趣和热情,他们会积极主动地寻找实验材料。如在“鉴定还原性糖”实验时,用苹果汁、梨汁、青葡萄汁等;在“鉴定蛋白质”实验时,用鸡蛋清、豆浆和牛奶等;在“鉴定脂肪”实验时,用花生种子、芝麻种子、色拉油、小麦种子等;在“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验时,用新鲜的菠菜叶、青菜叶,还可以利用校园内刚采下的草本植物的绿色叶片;在“制作生态瓶”时,利用不同的透明饮料瓶、沙子、各种水草和螺蛳等;“提取DNA”时,用鸡血、花菜和香蕉等;“制作人工种子”时,用芸豆、蚕豆的种皮和花生的果皮等做种皮。这既有效地拓展了生物实验的取材范围,同时也使得学生对生物课实验的目光与兴趣从书本移到了更广阔的生活当中。
  1.2 设计生活实验
   学生们能利用所学知识设计出与生活有关的实验。如在教材“细胞呼吸原理的应用”中,提到“酿酒是酵母菌等微生物在无氧条件下产生乙醇的无氧呼吸过程,即发酵”。学生通过发酵知识的学习,尝试制作酸牛奶。他们经过小组合作讨论,设计出切实可行的实验方案,用鲜牛奶作为底物,利用乳酸菌的无氧呼吸作用将鲜奶转变成酸奶时,具体做法是:在超市买鲜奶和酸奶各一盒,取两勺酸奶放入鲜奶盒中,摇匀、密封好后,放入装有40℃~50℃恒温水的容器中浸泡8 h左右,即可制成酸奶。当学生喝到自己亲手制作的酸奶时,非常兴奋,也很有成就感。
   这样,学生根据实验设计原理,不局限于教材。从生活中选择相关的实验物品和器材,自主设计简便易行的实验方案,将他们所学到的知识、原理与技能应用到解决生活问题当中。这既巩固与强化了他们的生物学科知识,也使他们体验到生活中科学无处不在,处处可以做实验。
  2 培养创新思维能力
   学生获取知识的途径是多元化的,不仅在课堂上学习新知识,还可以通过报刊、杂志和网络等途径获取新知识。学生的知识结构是综合的、多角度多方位的,不仅有生物学知识、还有其他学科知识,使他们得以创新的实验思维和方法去解决面对的实际问题。
  2.1 文本实验探究
   高中生物教材中“鉴定还原糖”实验,将装有还原糖和斐林试剂的试管水浴加热后,呈现砖红色沉淀。当试题中出现鉴定某草本植物根是否含有还原性糖时,实验器材只有载玻片、盖玻片、镊子、酒精灯和光学显微镜。学生通过思考与分析,设计了文本探究实验方案:将植物根切成薄片,制成临时切片;滴加几滴斐林试剂,让植物根切片完全浸润在斐林试剂中;再用镊子夹住载玻片在酒精灯火焰上均匀加热,观察颜色变化。若出现砖红色,说明有还原性糖。
   本题不仅考查“还原糖鉴定”实验的相关知识,还考查学生用实验方法解决生物学实际问题的能力,以及考查学生掌握的实验技能。如载玻片不是用来加热的实验仪器,为了防止加热时载玻片破裂,应该轻轻晃动载玻片,给载玻片均匀加热。
  2.2 层析液的改进
   在实验“提取和分离叶绿体中的光合色素”中,层析液是用在60~90℃下分馏出来的石油醚20份、2份丙酮和1份苯混合而成,或用93号汽油代用。其实,这两种层析液对人体健康都有害,并且配置层析液很费时,不方便。学生尝试利用酒精作为层析液。这种层析液既对人身体无害,又可以分离色素。
  2.3 蛋壳膜的制备
   动物的膀胱膜、肠衣和玻璃纸都是半透膜,水分子可以透过,蔗糖等大分子不能通过。然而,鸡蛋是常见的食品,蛋壳膜也是具有半透性的膜。学生通过收集、处理相关实验资料,设计出实验方案:用镊子将鸡蛋的尖端轻轻敲个小孔,把蛋清和蛋黄倒出来,将蛋壳钝端泡在体积分数为20%的盐酸中8 h以上,便可获得蛋壳膜。他们用蛋壳膜做“渗透作用实验”和“制作人工种子”的种皮。
   拓展教材实验既开拓了学生的视野,又培养了学生创新实验思维能力,更激发了学生探究生活世界的好奇心,发掘了学生学习生物科学的潜力。
  3 提高生物科学素养
   在《普通高中生物课程标准(实验)》中,明确课程的基本理念的首要点是提高生物科学素养。因为,生物科学素养是公民科学素养构成中重要的组成部分,是公民在参加社会生活、经济活动、生产实践活动中个人解决实际问题时所需要的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。
  3.1 甘蔗汁中有还原性糖
   甘蔗有很高的营养价值,它含有较多的水分、糖分和人体必需的微量元素;甘蔗汁的主要糖分是蔗糖,还有果糖和葡萄糖,极易被人体吸收利用。高中生物教材中提到蔗糖是非还原性糖,与斐林试剂反应不会产生砖红色沉淀,但是果糖和葡萄糖是还原性糖,可以与斐林试剂发生反应,产生砖红色沉淀。因此,学生利用甘蔗汁作为鉴定还原性糖的实验材料,这就验证了由于蔗糖是非还原性糖,因而甘蔗汁就不具有还原性糖的说法是片面的。
  3.2 牛奶成分的鉴定
   牛奶是人们日常生活中常见的食品。牛奶中含有糖类(如葡萄糖和半乳糖等)、蛋白质、脂肪等营养成分。因此,学生非常乐意鉴定牛奶的成分,他们依据课内实验,自主设计了一系列实验:使用斐林试剂,经水浴加热后,试管内会出现砖红色沉淀,说明牛奶中含有还原性糖;用双缩脲试剂,且无需经水浴加热,即可看到试管内溶液呈现紫色,说明牛奶中含有蛋白质。然而,在牛奶中滴入苏丹Ⅲ染液,却看不清楚有橘黄色的脂肪颗粒。学生经过分析和讨论,完善了实验方案,将牛奶煮沸,提取奶皮制成玻片标本,再用苏丹Ⅲ染液染色,就能在光学显微镜下看到橘黄色的脂肪颗粒。此外,在银氨溶液中滴入适量鲜牛奶,充分振荡后把试管放在水浴锅内静置加热,很快就可以看到试管内壁上附着一层光亮如镜的金属银,这说明牛奶可以发生银镜反应,牛奶中可能有含醛基的化合物。
  3.3 斐林试剂的使用
   学生的独立思考和创新实验思维,使他们对一些常见的实验试剂的使用方法产生质疑,并能够自己设计实验方案进行研究。如斐林试剂是由甲液(质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液)和乙液(质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液)混合制成的,如果改变梨汁、斐林试剂甲液和乙液加入的顺序,会影响实验结果吗?学生设计如下探究实验(表1)。


   从实验设计思路分析,这是一组对照实验。实验变量是梨汁、斐林试剂甲液和乙液的加入顺序。如果实验结果都出现砖红色沉淀,说明梨汁、斐林试剂的甲液和乙液加入顺序的变化对实验结果无影响;如果实验结果不都是出现砖红色沉淀,说明梨汁、斐林试剂的甲液和乙液加入顺序的变化对实验结果有影响。
   学生对源于生活中的实验素材有着熟悉感和亲近感,尤其对日常生活中的食物,更加感兴趣。他们以兴趣小组的形式,团结合作,共同设计并实施生活化实验,用所学的生物科学知识解决现实生活中的问题。这样,生活化实验不仅能满足学生探究生活奥秘的心理,还能引领学生提升生物科学素养。

 
  参考文献:
  [1] 生物课程教材研究开发中心编著.普通高中生物课程标准实验教科书必修1·分子与细胞[M].北京:人民教育出版社,2007.
  [2] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2009.

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