创设情境驱动思考，培养科学探究能力

— 以“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”为例

１ 教材分析及设计思路

“检测生物组织中的糖类、 脂肪和蛋白质”实验是人教版《生物学必修１分子 与细胞》第２章第１节“细胞中的元素与化合物”中的内容 ， 是学习细胞内物 质的先导内容，对学生理解细胞中化合物的种类和含量有重要意义。在常规实验设计中，大多利用植物组织提取液进行物质成分探究，也有教师将其设计为探究食物中的物质成分等；总体来说，大部分教师倾向于将本实验处理为验证性实验或者较为简单的探究性试验。科学教育的重要目标之一目标之一是让学生学会科学方法和探究技能所以，笔者从另外一个角度设计了该实验，以实验基本原理、操作作为工具，创设情境探究生物组织中的物质含量、变化，以及主要化合物在细胞中的存在形式。根据科学研究结果，植物种子在果实成熟过程和种子萌发过程中，组织中的物质种类和含量都会发生较大的变化，如大豆种子萌发过程中蛋白质、脂肪等含量会发生较大的变化；苹果成熟过程中淀粉含量会不断减少，还原糖含量会不断升高”小麦种子发芽过程中淀粉含量会减少，蛋白质含量会升高”。这些也是命题县至高考题中常见的素材。本文通过实验的方式对这些变化进行简单探究，为学生理解物质的变化奠定基础。

2 探究过程

2.1创设情境，初次探究

教师为学生准备未萌发、萌发小麦种子提取液各一份，未萌发、萌发花生种子各一份，未萌发，萌发大豆种子提取液各一份，未成熟、成熟苹果组织提取液各一份。无须告知学生萌发或成熟状态，只用标签注明种子名称和编号，如小麦提取液I、小麦提取液II，并引导学生思考问题：这些样品中可能含有什么物质？应该选择什么样的方法来进行检测？在操作的时候应该注意什么？如何判断某种物质的存在或检测其含量？

根据上述问题的提示，学生讨论后从实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、实验结果、实验结论等方面设计探究方案并完成实验，得到初步实验结果（图1）。

在上述实验开展过程中学生设计了对照实验。同时由于样品中物质浓度有差别，鉴定后的颜色变化不尽相同，所以教师还要为学生提供不同浓度标准液的比色卡，用于实验结果的对比分析

教师提问：提取液中的确含有预测的物质，也出现了相应的现象，但同种生物组织对应的结果并不相同，说明这些物质在含量上出现了差异，这是为什么？

在此基础上，教师揭晓样品对应关系：样品I、II分别对应同一生物不同成熟度的果实，或者不同萌发程度的种子。

教师引导学生对实验结果进行重新梳理，得出结论：苹果中的还原糖含量在成熟过程中增加，小麦中的淀粉含量在萌发过程中减少，大豆中的蛋白质含量在萌发过程中增加，花生中的脂肪含量在萌发过程中减少。

2.2生成问题，深入探究

根据上述实验结果，提出新问题：这种现象意味着什么？为此，教师组织学生品尝成熟和未成熟的苹果果肉、发芽和未发芽的小麦种子，直观感受组织中物质的变化与区别。

通过上述品尝活动，学生讨论后确定了下一步探究内容：成熟苹果组织中还原糖含量增加了，那未成熟苹果中的干物质主要是什么？小麦发芽时淀粉含量减少了，那淀粉有可能变成了什么物质？花生发芽时脂肪含量减少，那么脂肪可能变成了什么物质或者发生了什么变化？生物组织中可能还有什么成分？

针对以上问题，学生提出自己的探究目标，设计探究思路，选择实验材料和药品，完成探究过程。

学生的实验结果显示，这些组织中的其他物质也发生了很大的变化，如未成熟的苹果含有大量汉粉，而成熟的苹果后几于不含有淀检；花生在发芽过程中淀粉含量增加；小麦在发芽过程中产生了大量还原糖，蛋白质含量也有所增加。

综合实验结果，引导学生进行推测：果实在成熟过程中，淀粉转化为小分子糖类，果实甜度增加：种子在萌发过程中，小麦中的淀粉等转化分解为小分子糖用于生长发育，花生中的脂肪等有机物分解用于生长发育，小麦、大豆中的蛋白质含量增加以满足生长发育的需求。不同生物其果实在成熟过程中、种子在萌发过程中物质的含量变化均有较为明显变化。

2.3 再次生成问题，扩展探究思路

实验过程中，学生进一步熟悉了实验原理和过程，又提出了新的问题：既然可以在显微镜下观察到花生种子中的脂肪滴，那能不能通过类似的方法看到细胞中的其他物质？

师生通过查阅资料了解到，脂肪在细胞中以小液滴的方式贮存，只有在富含脂肪的组织中可以被观察到，同样，富含淀粉和蛋白质的组织中也可以规察到他门的贮藏形式：淀粉粒和糊粉粒 两者可以通过碘液染色来进行观察，淀粉粒被碘液染成监黑色，规粉粒被染成黄色。之后，学生制作了小麦种子、大豆种子等植物组织切片并用碘液染色，显微镜下观察到了淀粉粒和糊粉粒，直观地感受了物质在细胞中存在的形式和位置。在实验过程中，学生还发现，小麦种子中充满了淀粉粒的胚乳和糊粉层泾渭分明，面糊粉层中不含有淀粉，从而进一步证明了物质在不同组织中的含量是不同的（图2）。

在本次实验教学中，学生进行了显微观察，实验结果直观具体，构建了较完整的知识体系。

2.4 分析结果，得出结论

综合分析以上实验结果，师生得出结论：生物组织中含有多种有机物；不同组织中有机物的含量不同；同一组织中物质的含量是变化的

2.5 查阅资料，加强佐证

学生通过网络查阅资料，分析发现：在果实成熟和种子萌发过程中，生物组织中的物质含量发生了较大的变化，其变化自势与本次实验结果吻合。

3 总结与反思

本探究方案对教材实验进行了重构，引导学生在探究情境中设计实验探究化合物含量的不同及变化，利用知识解决实际问题。将验证性实验调整为探究性实验，一方面充分训练了学生的实验设计和动手操作能力，提升了学生的科学探究能力；另一方面，学生通过多种方式进行探究，理解了细胞中的物质种类，不同生物细胞中物质含量的区别.细胞中的物质种类和含量都是在变化的，实现了知识结构的整体性和立体性构建，为其后续的学习莫定了良好的基础。