淺析“以實(shí)驗(yàn)為線索”的課堂教學(xué)初探

吳廣濤

摘要：以“胡蘿卜素的提取”實(shí)驗(yàn)為線索貫穿課堂教學(xué)，通過(guò)動(dòng)手、動(dòng)腦的探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程與方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。在教學(xué)中采用“實(shí)踐一問(wèn)題一再實(shí)踐一歸納總結(jié)一引申拓展一能力提升”的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)拓思維、主動(dòng)探究，讓學(xué)生體驗(yàn)多學(xué)科知識(shí)交融的魅力，體現(xiàn)了新課標(biāo)提出的“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”的理念，將學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)落到實(shí)處。

關(guān)鍵詞：胡蘿卜素 素實(shí)驗(yàn)教學(xué) 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：Q-33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

人教版高中生物教材《選修1·生物技術(shù)實(shí)踐》教材內(nèi)容往往與學(xué)生生活緊密相連，更關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)。“生物技術(shù)實(shí)踐”模塊重在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作和收集證據(jù)等科學(xué)探究的能力，增進(jìn)學(xué)生對(duì)生物技術(shù)應(yīng)用的了解。然而，由于選修1中很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容存在對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器要求較高、實(shí)驗(yàn)材料難獲取、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，使得大多數(shù)學(xué)校停留在“講實(shí)驗(yàn)”的層面。如何讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更高效融入課堂教學(xué)，下面以“胡蘿卜素的提取”為例，以實(shí)驗(yàn)為線索貫穿課堂教學(xué)淺談實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的可操作性及有效性，以期為實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課堂教學(xué)中的有效開(kāi)展提供參考依據(jù)。

1教學(xué)分析

1.1教材分析

“胡蘿卜素的提取”是《選修1·生物技術(shù)實(shí)踐》專題6課題2的內(nèi)容。課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是“研究從生物材料中提取某些特定成分”。教材中關(guān)于植物有效成分的提取方法介紹了蒸餾法、壓榨法和萃取法3種。本實(shí)驗(yàn)涉及的方法有萃取法和蒸餾法，胡蘿卜素的提取采用了萃取法，而在提取胡蘿卜素的過(guò)程中的濃縮步驟采用了蒸餾的方法。蒸餾法在課題1中已學(xué)習(xí)過(guò)，本課題更關(guān)注萃取技術(shù)的學(xué)習(xí)。學(xué)生通過(guò)對(duì)萃取技術(shù)的學(xué)習(xí)，可加深對(duì)植物有效成分的認(rèn)識(shí)。

1.2學(xué)情分析

學(xué)生通過(guò)化學(xué)課的學(xué)習(xí)，初步了解常見(jiàn)有機(jī)溶劑的基本性質(zhì)，也有了一定組裝和拆卸實(shí)驗(yàn)器材的能力。高中學(xué)生已具備一定的觀察、比較、分析及動(dòng)手操作能力，可較好地完成教師精心設(shè)置的任務(wù)及實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生在必修1“色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)學(xué)習(xí)了色素的分離方法，即紙層析法，為胡蘿卜素的鑒定打下基礎(chǔ)。

1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分析

本課題讓學(xué)生嘗試安裝萃取和蒸餾裝置來(lái)體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室條件下提取和濃縮胡蘿卜素，通過(guò)觀察、比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深對(duì)用萃取法提取植物有效成分的認(rèn)識(shí)，同時(shí)結(jié)合對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題的思考和討論，增進(jìn)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、流程真正的理解。

2教學(xué)目標(biāo)

①掌握提取胡蘿卜素的原理;熟練運(yùn)用紙層析法鑒定胡蘿卜素。

②提高多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的能力和素養(yǎng);提高動(dòng)手操作，將理論學(xué)習(xí)運(yùn)用于指導(dǎo)實(shí)踐。

③發(fā)展樂(lè)于動(dòng)手、樂(lè)于探究的科學(xué)探究精神;體驗(yàn)合作在科學(xué)研究中的重要性;體會(huì)科學(xué)探索過(guò)程的艱辛和樂(lè)趣。

3教學(xué)設(shè)計(jì)思路

教學(xué)設(shè)計(jì)的思路如圖1所示。首先，教師創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生回顧本實(shí)驗(yàn)裝置操作要領(lǐng)，組織學(xué)生動(dòng)手組裝實(shí)驗(yàn)裝置。接著，學(xué)生以小組合作為單位，以問(wèn)題為載體，以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為線索，展開(kāi)對(duì)知識(shí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)與思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行自主評(píng)價(jià)。最后，教師層層設(shè)問(wèn)，幫助學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維構(gòu)建知識(shí)體系，歸納總結(jié)，提升能力。教師的主要任務(wù)不是詳細(xì)講解，而是激發(fā)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，同時(shí)提供實(shí)驗(yàn)條件及必要的參考資料，指導(dǎo)學(xué)生組裝和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)多學(xué)科知識(shí)交融的魅力，將學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)落到實(shí)處。

4教學(xué)過(guò)程

4.1合作探究，邊實(shí)驗(yàn)邊思考

本課題教學(xué)的常規(guī)做法是教師先進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論教學(xué)，然后學(xué)生再到實(shí)驗(yàn)室去做實(shí)驗(yàn)。本次教學(xué)時(shí)，教師預(yù)先讓學(xué)生在課前預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，學(xué)生再直接到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，解決問(wèn)題。

4.1.1創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)興趣

教師展示新鮮胡蘿卜和某胡蘿卜素軟膠囊價(jià)格：胡蘿卜價(jià)格5元/kg，而胡蘿卜素軟膠囊的價(jià)格可高達(dá)1.5萬(wàn)元/kg。由此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，過(guò)渡到本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。

4.1.2課前準(zhǔn)備，提高效率

教師提前準(zhǔn)備好粉碎干燥的胡蘿卜粉末、提前萃取好的提取液、石油醚、萃取裝置的儀器（酒精燈、鐵架臺(tái)、水浴缸、圓底燒瓶、冷凝管、石棉網(wǎng)等）、蒸餾裝置的儀器（燒瓶、酒精燈、冷凝管、接液管、錐形瓶、溫度計(jì)、鐵架臺(tái)等）。

4.1.3分組實(shí)驗(yàn)，糾正操作

教師通過(guò)展示實(shí)驗(yàn)裝置，引導(dǎo)學(xué)生回顧知識(shí)，并給予實(shí)驗(yàn)操作指引。學(xué)生根據(jù)步驟提示進(jìn)行操作。教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)，匯總學(xué)生操作中的錯(cuò)誤和疑問(wèn)。

教師展開(kāi)操作的指引，使學(xué)生明確操作步驟。萃取步驟：燒瓶中加入粉碎干燥的胡蘿卜、萃取劑（石油醚100mL）一連接好裝置一水浴加熱萃取，觀察現(xiàn)象→一段時(shí)間后，收集提取液。蒸餾步驟：蒸餾瓶中加入提前準(zhǔn)備的提取液一連接好裝置一加熱蒸餾，觀察現(xiàn)象。

4.2以問(wèn)題串為支點(diǎn)，構(gòu)建知識(shí)體系

由于本實(shí)驗(yàn)需要加熱反應(yīng)一段時(shí)間。故教師可利用該時(shí)間引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建本課題的知識(shí)體系。教師進(jìn)行分層設(shè)問(wèn)，以問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，層層深入，幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維，有效完成理論知識(shí)的梳理，鞏固知識(shí)的落實(shí)。

①萃取裝置中，加熱的目的是什么？為什么選擇水浴加熱？

②萃取裝置中，冷凝管的作用是什么？哪一個(gè)是進(jìn)水口，哪一個(gè)是出水口？可以反接嗎？

③萃取到的提取液可以直接蒸餾嗎？

④蒸餾裝置為什么可以濃縮胡蘿卜素？進(jìn)入錐形瓶中是什么成分？留在圓底燒瓶中是什么成分？

⑤在植物芳香油（玫瑰精油）提取中也用到蒸餾裝置，蒸餾的目的是什么？

⑥胡蘿卜素含量的高低取決于萃取效率，影響萃取效率的因素有哪些？

⑦胡蘿卜素的鑒定中紙層析法的方法與色素分離中紙層析法進(jìn)行對(duì)比，兩者相同和不同之處在哪里？

⑧如何判斷胡蘿卜素提取是否成功？

⑨如果提取到的胡蘿卜素不純將出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？

4.3以小組為單位，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作自主評(píng)價(jià)

小組自主匯報(bào)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，師生共同解決問(wèn)題，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表（表1），完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告單。

5教學(xué)反思

5.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，靈活高效

本節(jié)內(nèi)容從學(xué)生熟悉的實(shí)例入手，利用相關(guān)圖片、實(shí)驗(yàn)裝置、動(dòng)手操作等直觀行為，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)，層層深入。本實(shí)驗(yàn)的步驟較多，涉及較多儀器和試劑，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)完成全部實(shí)驗(yàn)操作有一定的難度。因此，為了在課堂上突出萃取和濃縮這兩步關(guān)鍵步驟，教師在課前先做好實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備工作，如胡蘿卜的粉碎和干燥以及萃取好的提取液;在課堂上讓萃取和濃縮的加熱過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，既能觀察比較到兩過(guò)程的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又節(jié)約了課堂等待的時(shí)間，保證實(shí)驗(yàn)順利完成。

5.2實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)前，教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)操作的基本要求做了回顧，學(xué)生基本上能說(shuō)出實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，但在動(dòng)手操作環(huán)節(jié)，還是錯(cuò)誤百出。在萃取時(shí)，學(xué)生直接拿水浸泡胡蘿卜素粉末，過(guò)后知道錯(cuò)誤，又倒掉水，再加萃取劑;儀器的安裝上先固定燒杯再來(lái)調(diào)整酒精燈的位置;先點(diǎn)燃酒精燈才開(kāi)冷凝管的水管，等等?？梢?jiàn)，“背知識(shí)”和“用知識(shí)”是不可等同，會(huì)背不代表會(huì)用，而現(xiàn)代教育所倡導(dǎo)的“學(xué)以致用”不就是要讓學(xué)到的知識(shí)能靈活運(yùn)用嗎？脫離了運(yùn)用，知識(shí)的學(xué)習(xí)顯得蒼白無(wú)力，而生物學(xué)科作為一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的學(xué)科，更不能脫離實(shí)驗(yàn)。

動(dòng)手操作的魅力勝于言語(yǔ)，如單純靠課本知識(shí)理解萃取和濃縮的原理，只會(huì)讓學(xué)生停留在知識(shí)層面上。學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作，動(dòng)手體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，能通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)而加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解。例如，學(xué)生觀察冷凝回流動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，更能明白冷凝的目的和作用。通過(guò)接冷凝管的進(jìn)水口與出水口，有學(xué)生摸索出：下口進(jìn)，上口出;如果反接，水會(huì)直接流走，而不能浸滿冷凝管，使得冷凝管起不到冷凝作用。這些問(wèn)題如果僅靠言語(yǔ)來(lái)解決，學(xué)生的遺忘率會(huì)非常高，如果讓他們親自體驗(yàn)過(guò)，則印象深刻。

另外，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)選修1教材的79頁(yè)圖6-9胡蘿卜素的紙層析結(jié)果示意圖提出質(zhì)疑。對(duì)于用紙層析法鑒定胡蘿卜素，由于時(shí)間有限，課堂上學(xué)生體驗(yàn)不了胡蘿卜素的鑒定，只能留在課后完成。筆者在提取了胡蘿卜素后進(jìn)行了鑒定，在點(diǎn)樣的方法上嘗試了原點(diǎn)點(diǎn)樣和劃細(xì)線點(diǎn)樣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者分離出的色素帶都不是原點(diǎn)樣，而是細(xì)線狀，與教師呈現(xiàn)的圖示不符合。經(jīng)過(guò)和其他老師的討論，初步認(rèn)為原點(diǎn)點(diǎn)樣根據(jù)物質(zhì)的擴(kuò)散不應(yīng)該呈現(xiàn)原點(diǎn)，而應(yīng)該是細(xì)線狀才對(duì)。這也成為繼續(xù)探究的內(nèi)容。