文章来源：郑珩艺,陈依灵,张青岩.指向科学思维发展的情境化探究实验设计——以“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”为例[J]. 生物学通报, 2024, 59(8): 43-45.

本刊2024年第8期刊发的《指向科学思维发展的情境化探究实验设计——以“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”为例》一文，以发展科学思维为目标，设计探究性实验，通过创设有关膳食传言的情境，驱动学生自主探究，助力其提升科学探究能力，本期荐读。

指向科学思维发展的情境化探究实验设计

——以“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”为例

郑珩艺（汕头市金山中学）

陈依灵（汕头市金中南滨学校）

以发展科学思维为目标，将“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”设计为探究性实验。通过创设有关膳食传言的情境，驱动学生自主探究，引导学生基于实验证据论证观点；通过引导学生理性辨析和探索实验过程的生成问题，强化学生的理性思维，助力其提升科学探究能力。

关键词

《普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》明确指出，组织以探究为特点的主动学习是落实核心素养的关键，而实验教学作为生物学教学的基本形式之一，也是发展学生科学思维的重要途径之一。在生物学实验课上创设问题情境，营造探究氛围，让学生亲历“情境—问题—探究—论证”的过程，能更好地促进主动学习，发展科学思维。本文以“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”这一实验为例，设计指向科学思维发展的情境化探究实验教学。

01 实验分析

“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质” 选自人教版高中生物学必修 1《分子与细胞》第 2 章第 1 节，作为高中阶段的一个入门实验，其被安排在系统学习“糖类、脂肪和蛋白质”的理论知识之前。该实验为学生学习细胞内的有机物等相关知识奠定感性认识基础。传统实验课堂将该实验作为简单的验证实验开展，仅通过教师理论讲授和学生实验验证完成实验教学，此类课堂无法有效激发学生的科学探究精神，也无法充分发展学生的科学思维。因此，笔者将此实验设计为探究性实验，并设置营养膳食相关情境，旨在为学生创造更加开放的实验环境，让学生在问题驱动下进行自主探究，在探究过程中发展科学思维，树立实事求是的科学观念，并用以回答和解决生活中的实际问题。

02 实验目标

1）生命观念。通过探究不同生物材料中存在的多种营养物质，初步形成物质与能量观；通过分析实验结果，在分子水平上理解细胞的多样性和统一性。

2）科学思维。通过对多种实验材料的鉴定和比较，掌握比较分析、归纳总结的科学思维方法；通过对营养膳食相关传言的质疑与分析，学会基于证据的论证，发展批判性思维和思辨思维。

3）科学探究。通过查阅、分析相关资料，了解相关物质鉴定的实验原理，掌握科学探究的一般思路和方法；通过对实验现象和实验过程的准确分析，完善实验方案，改进实验选材和相关操作。

4）社会责任。科学看待生活中有关营养膳食的传言，认同健康饮食、平衡膳食的观点。

03 实验教学过程

本次教学以学生的生活经验为出发点，引导学生对营养膳食的传言提出观点，不同观点碰撞产生理性质疑，随后驱动学生以小组为单位，分组展开自主探究学习。在探究过程中抓住契机引导学生再次生成问题、思考问题、解决问题，进而提高学生学科核心素养，打造有情境、有深度的实验课堂。

3.1 课前准备，提高效率

设计实验预习报告，引导学生课前阅读教材、查阅相关资料，完成实验报告中的预习部分（实验目的、实验原理、实验步骤等），以熟悉生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质检测实验的基本原理和操作步骤。

生活中有许多关于营养膳食的传言，运用多媒体展示相关报道：1）越甜的水果，糖含量越高。2）1 个鹌鹑蛋的营养等同于 3 个鸡蛋。3）火龙果种子的含油量很高，与芝麻种子相同，也可以用来生产植物油。由此提出问题：你是否同意上述观点？理由是什么？如何验证你的观点？从而激发学生探究兴趣，引导学生用科学的观念看待世界，用实验证据检验“传言”，强化学生的思辨思维，发展科学探究能力。

将全班学生分为 3 组分别检测还原糖、蛋白质、脂肪。向还原糖组提供白萝卜匀浆、梨匀浆、苹果匀浆、西瓜汁和橙汁各 1 份；向蛋白质组提供鹌鹑蛋清和鸡蛋清各 1 份；向脂肪组提供火龙果一个和芝麻种子若干。随后，引导学生以小组为单位，自主设计探究实验方案，并使用所给材料开展实验探究。部分高一学生对于探究实验的步骤及实验操作不够熟悉，而且各组探究的难点和注意事项各有不同，教师需及时给予适当指导。

引导还原糖组先根据生活经验对材料甜度排序，再通过实验颜色反应深浅来判断含糖量是否与预期一致。蛋清质地黏稠，易黏在试管壁上，且震荡后易产生气泡影响观察，因此可启发蛋白质组先对蛋清进行等比例稀释。教材用花生切片观察脂肪颗粒，而火龙果种子和芝麻种子太小无法进行切片，可鼓励脂肪组对操作方法进行大胆尝试和改进等。各小组进行充分思考和尝试后，逐渐完善探究方法和操作，初步得到探究结果及结论后进行展示交流。

3.3 生成问题，继续探究

得到实验结果和结论后，在学生展示交流时，应引导其发现新问题，并就生成的问题继续开展深入探究，在发现问题和解决问题的循环过程中理解实验原理，熟悉实验操作，发展科学思维和探究能力。

3.3.1 检测还原糖

还原糖检测结果如图 1所示，砖红色由深到浅依次为梨匀浆、苹果匀浆、橙汁、白萝卜匀浆、西瓜汁。此结果中西瓜汁的显色结果与大部分学生的假设不相符，因此学生得出结论：越甜的水果，糖含量不一定越高。基于该结果提出新问题：为什么西瓜品尝起来很甜，但是检测出的还原糖含量却不如橙子和白萝卜？这一问题驱动学生继续探究，通过查阅文献等方法了解糖的种类及甜度等知识。学生自主探究后认为西瓜汁中含果糖较多，而天然糖中果糖的甜度最高，因此品尝起来甜，但测出来的糖含量却不高。此外，也可以鼓励学生从其他影响实验结果的角度回答问题，例如，苹果汁氧化后颜色发生变化，可能会对实验结果造成影响等。

3.3.2 检测蛋白质

蛋白质检测结果如图 2 所示，等量的鸡蛋清和鹌鹑蛋清产生的紫色颜色深浅相近，肉眼观察无明显差异。学生分析，鹌鹑蛋的体积比鸡蛋小得多，而等量的 2 种蛋清中所含蛋白质含量无明显差异，所以“1 个鹌鹑蛋的营养等同于 3 个鸡蛋”的说法明显不科学。此时，再次提出问题：平时人们食用鸡蛋或鹌鹑蛋都是经过高温加热，那么加热后 1 个鹌鹑蛋的营养能否等同于 3 个鸡蛋？学生进一步开展实验探究，取等量加热后的鹌鹑蛋白和鸡蛋白打成匀浆，重复上述显色反应操作，同时启发学生可增加一组氨基酸溶液作为实验的对照组。结果发现，鹌鹑蛋白匀浆和鸡蛋白匀浆都呈现紫色且颜色深浅相近，而氨基酸溶液则呈透明近无色。学生分析，双缩脲试剂无法与氨基酸反应，加热后等量的鹌鹑蛋白和鸡蛋白营养价值依然相近。由此，引导学生进一步思考：1）双缩脲试剂检测的原理是什么？2）蛋白质加热后发生哪些改变？为什么依然能与双缩脲试剂发生反应呈紫色？这种改变对于消化道消化吸收来说有什么好处或坏处？由实验现象生成问题进一步激发学生的求知欲，驱动学生自主学习蛋白质相关知识，并在整个探究过程中发展学生的批判思维，强化基于证据论证的科学观念。

3.3.3 检测脂肪

学生大胆尝试，将芝麻种子或火龙果种子置于载玻片上再盖上 1 片载玻片，用大拇指垂直轻轻按压至种子破裂，可以轻松制成临时装片。这种创新实验操作方法简单，成功率高。2 种种子用苏丹Ⅲ染色后在显微镜下观察，均可见许多明显的橘黄色脂肪颗粒，说明火龙果种子脂肪含量较高，理论上可以做榨油处理。进而提出问题：为什么市面上生产的植物油有芝麻油、花生油、橄榄油，但却没有火龙果籽油？学生畅所欲言，从食品生产需要考虑的原材料、成本等角度分析，由于火龙果种子要从果肉中挑出，过程繁琐，因而即使火龙果种子含油量丰富，也没有将其投入植物油的生产中。也有学生提出是否与所含脂肪的种类有关？通过查阅资料发现，火龙果种子含油量丰富，且不饱和脂肪酸占脂肪总量的 80% 以上，这对人体细胞膜功能、基因表达和防治心血管疾病等起着重要作用。综合学生的讨论意见，最终全班学生达成较为统一的观点：火龙果种子含油量丰富，营养价值较高，但生产火龙果籽油的工序复杂，成本可能较高，因而暂没有生产的必要。

3.4 补充实验，深入思考

完成前面的探究后，提出新问题：有人说无糖豆浆是优秀的“控糖饮料”，其蛋白质含量丰富，含糖量低，糖尿病患者也可以放心饮用。你是否同意上述观点？如何验证你的观点？学生通过前面的学习能想到用双缩脲试剂和斐林试剂分别进行检测，观察其颜色的深浅。结果发现，滴加双缩脲试剂以后豆浆呈现明显的紫色，而滴加斐林试剂并水浴加热后观察到溶液呈紫色的同时，还出现了蓝绿色的沉淀（图 3）。

对于此现象较多学生都存在疑惑。教师引导学生思考以下问题：1）双缩脲试剂和斐林试剂的检测原理有何区别和联系？可否直接用斐林试剂来检测蛋白质？为什么？如何解释出现了蓝绿色沉淀？2）豆浆中滴加斐林试剂后观察不到砖红色沉淀，是否说明大豆中不含还原糖？3）此实验结果能否说明豆浆中蛋白质含量高而还原糖含量低？

以上情境的设置紧扣健康饮食主题，让学生用本节课学习的检测方法对无糖豆浆进行检测并论证其观点。在此过程中，故意预设超出学生预测的结果，抓住学生的好奇心。通过问题 1）驱动学生进一步深入理解 2 种试剂的检测原理，发展其比较思维和推理能力，最终引导学生查阅资料分析得出，由于斐林试剂和双缩脲试剂成分相同，因此用斐林试剂检测豆浆时，溶液也会变成紫色。但由于斐林试剂中 CuSO4 过量，在加热条件下可能进一步与 NaOH 反应生成蓝绿色的碱式硫酸铜沉淀。通过问题 2）的引导，帮助学生纠正错误概念，构建正确概念：适于进行豆浆检测的生物组织并不是只含有蛋白质而不含其他成分，细胞是由多种化学物质组成的，不同生物组织细胞中化合物的种类具有统一性，而含量具有差异性。此外，问题 3）从实验设计的一般原则出发进行设问，部分学生观察到紫色颜色深、无砖红色沉淀，则主观上认定其“蛋白质含量高而含糖量低”，实际上此实验缺乏对照，且对“高”“低”的判断标准仅停留于主观意识层面，可引导学生补充对照组完善实验，甚至鼓励学生学习其他定量检测还原糖和蛋白质的新方法来进行后续拓展探究。

04 结语

生物科学是理性质疑和逻辑实证的过程，学生的科学思维无法脱离真实情境而发展，更无法通过被动学习而发展。本节课从科学的特点出发，创设真实情境驱动探究，引导学生在探究过程中生成新问题，鼓励学生围绕新问题继续进行自主探究，注重引导学生基于证据为观点作论证。在此过程中学生的思辨能力、批判思维、逻辑推理能力和探究能力等都得到不同程度的发展，也为后续理论知识的学习奠定了良好的基础。

实验与培训丨本刊好文：指向科学思维发展的情境化探究实验设计——以“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”为例/郑珩艺等