“玩轉(zhuǎn)花青素”一節(jié)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)課教學(xué)設(shè)計(jì)

林 琳劉 穎

（1北京中學(xué) 北京 100028 2北京市朝陽區(qū)教育研究中心 北京 100027）

在 《北京市初中科學(xué)類學(xué)科教學(xué)改進(jìn)意見》中，明確提出：“選擇綜合性主題，整合物理、化學(xué)、生物、地理等學(xué)科知識(shí)內(nèi)容和能力培養(yǎng)，采用觀察、實(shí)驗(yàn)、制作、參觀、調(diào)查等活動(dòng)方式，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)與生活的聯(lián)系，體驗(yàn)科學(xué)方法的應(yīng)用?！薄读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》也強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)，通過學(xué)科教學(xué)使學(xué)生具備參加社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐和個(gè)人決策所需的生物科學(xué)概念和科學(xué)探究能力［1］。因此，遵循初中階段生活學(xué)習(xí)規(guī)律，以生活中的問題為起點(diǎn)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，觀察記錄、拓展探究、總結(jié)規(guī)律，體驗(yàn)知識(shí)遷移應(yīng)用和實(shí)踐方法的創(chuàng)新是本節(jié)課設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和教學(xué)的主旨。

1 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析

本節(jié)課參考了《北京市初中開放性科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)項(xiàng)目手冊（初中2年級(jí)）》“生物學(xué)領(lǐng)域”中自制花青素“雞尾酒”一節(jié)的主題內(nèi)容［2］，通過“做中學(xué)”的方式探究花青素的基本性質(zhì)，并利用這些性質(zhì)創(chuàng)造性地解決實(shí)際生活中的問題，達(dá)到學(xué)以致用的目的，提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力。

學(xué)生基于前期的學(xué)習(xí)，對(duì)光合色素比較熟悉，本節(jié)課依然從光合色素入手，由葉片顏色引出花、果實(shí)、種子等器官豐富的色彩，從而自然過渡到花青素。

初二年級(jí)學(xué)生化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備不足，不清楚pH和酸堿度的概念，給后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶來困擾，因此，將這部分內(nèi)容確定為本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。為突破該難點(diǎn)，選取了生活中常見的白醋、小蘇打等材料幫助學(xué)生感性認(rèn)識(shí)酸堿度的概念，同時(shí)，為學(xué)生提供pH比色卡用于估測實(shí)驗(yàn)材料的酸堿度，結(jié)合以上2個(gè)方面為學(xué)生學(xué)習(xí)搭建必要的臺(tái)階。初二年級(jí)學(xué)生理性思維正處于發(fā)展階段，具備實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，動(dòng)手做的欲望依然強(qiáng)烈，思維活躍，適合“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)方式。

2 教學(xué)目標(biāo)的表述

1）知識(shí)目標(biāo)：說出花青素在細(xì)胞中的分布位置和易溶于水的特點(diǎn)；總結(jié)花青素在不同酸堿度下的顏色變化規(guī)律。

2）能力目標(biāo)：通過花青素的提取實(shí)驗(yàn)，熟悉常用器具的規(guī)范使用，提高實(shí)驗(yàn)操作能力；通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)花青素在不同酸堿度下的變色規(guī)律，提高觀察和總結(jié)能力；通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)辨別食品真?zhèn)?，提高自主探究能力?/p>

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：利用花青素性質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，鑒別食品真?zhèn)?，通過知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，認(rèn)可所學(xué)知識(shí)的價(jià)值；體會(huì)設(shè)計(jì)和探究的樂趣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣；通過親自檢測碳酸飲料的酸堿度，分析危害，養(yǎng)成健康生活的習(xí)慣和態(tài)度；通過鑒別紫米真?zhèn)?，提高參與食品安全問題的意識(shí)，激發(fā)社會(huì)責(zé)任感。

3 教學(xué)特點(diǎn)

創(chuàng)設(shè)問題情境，以層層遞進(jìn)的探究問題和學(xué)習(xí)活動(dòng)貫穿整節(jié)課的學(xué)習(xí)過程，以“做中學(xué)”的方式達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。具體探究問題和學(xué)習(xí)活動(dòng)如圖1所示。

圖1 探究問題和學(xué)習(xí)活動(dòng)

4 教學(xué)過程組織

4.1 課前準(zhǔn)備

1）實(shí)驗(yàn)器材：紫甘藍(lán)、紅李子、黑米、紫米、藍(lán)莓；白醋、檸檬水、雪碧、芬達(dá)、蒸餾水、清水、小蘇打溶液；pH試紙及比色卡、燒杯、玻璃棒、培養(yǎng)皿、酒精燈、滴瓶、刀片、火柴、圓形濾紙、紗布等。

2）技術(shù)準(zhǔn)備：多媒體課件，iPad，iPad投屏設(shè)備（也可用實(shí)物投影儀或者實(shí)物展示替代）。

4.2 課堂探究

4.2.1 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課 展示春花、秋葉、果實(shí)的繽紛色彩，帶領(lǐng)學(xué)生欣賞大自然的色彩之美，感受生命隨季節(jié)變化而變化的動(dòng)態(tài)過程，借機(jī)提出問題：花朵、葉片還有果實(shí)呈現(xiàn)出豐富的色彩與什么物質(zhì)有關(guān)？學(xué)生會(huì)提及色素，進(jìn)而聯(lián)想到葉綠素，但未提出花青素的概念，為后續(xù)引入主題做好準(zhǔn)備。

4.2.2 探究花青素的性質(zhì)1：水溶性

探究實(shí)驗(yàn)1：制取花青素。 教師出示洋蔥外表皮細(xì)胞紫色大液泡顯微觀察照片，提出花青素的概念，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比葉綠素和花青素在細(xì)胞中的位置關(guān)系，介紹花青素的特點(diǎn)：水溶性。利用花青素水溶性特點(diǎn)，組織學(xué)生2人一組，加熱煮沸提取花青素，每組材料自選，各不相同，有紫甘藍(lán)、紅李子、黑米、紫米、藍(lán)莓。教師提供實(shí)踐活動(dòng)任務(wù)單，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并做記錄（表1）。

4.2.3 探究花青素的性質(zhì)2：在酸性環(huán)境下呈現(xiàn)紅色，在堿性環(huán)境下呈現(xiàn)藍(lán)色

表1 實(shí)踐活動(dòng)1任務(wù)單

4.2.3.1 情境模擬：牽牛花變色現(xiàn)象 教師出示牽?；ㄔ绯亢椭形缱兩膱D片，通過演示實(shí)驗(yàn)?zāi)M該變色過程：將白醋和小蘇打溶液放在未貼標(biāo)簽的燒杯中，依次加入到同一杯花青素溶液中，利用iPad投屏，向全班展示模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生探究花青素變色的興趣和熱情。學(xué)生對(duì)于教師的演示實(shí)驗(yàn)非常感興趣，紛紛猜測加入的物質(zhì)是什么，并躍躍欲試。

4.2.3.2 探究實(shí)驗(yàn)2：制取花青素雞尾酒 用任務(wù)1中制取的花青素汁液，分別加入教師預(yù)先準(zhǔn)備好的白醋（pH=2.5），檸檬水（pH=4.5），蒸餾水（pH=7.0），清水（pH=7.5），小蘇打溶液（pH=8.0）中（幾種溶液的酸、堿性盡可能接近細(xì)胞內(nèi)真實(shí)情況），每次滴加1滴管，觀察溶液顏色變化（表2）。不同小組因?qū)嶒?yàn)材料的不同，取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不相同。各小組利用iPad拍照，投屏，向全班展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在各組展示過程中教師引導(dǎo)學(xué)生思考：什么原因?qū)е禄ㄇ嗨刈兩?？學(xué)生觀察所使用的實(shí)驗(yàn)材料，尤其是白醋、小蘇打溶液等，很容易聯(lián)想到酸、堿性的差異，能提出“溶液酸、堿性會(huì)影響花青素變色”的假設(shè)，激發(fā)下一步對(duì)溶液酸、堿性的探究。

表2 實(shí)踐活動(dòng)2任務(wù)單

4.2.3.3 探究實(shí)驗(yàn)3：推測和檢驗(yàn)溶液pH 先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)加入各種試劑后“雞尾酒”的顏色變化推測各種試劑的酸、堿性大小，再用pH試紙檢測驗(yàn)證，最后根據(jù)檢測結(jié)果按照pH由小到大的順序?qū)⑷蝿?wù)2中制作的雞尾酒進(jìn)行重新排序，重拍“雞尾酒”照片（表 3）。

表3 實(shí)踐活動(dòng)3任務(wù)單

將雞尾酒按溶液的pH順序排列，拍照，組織小組展示和觀察總結(jié)，得出花青素的性質(zhì)2：在偏酸性環(huán)境中呈紅色，偏堿性環(huán)境中呈藍(lán)色。在該環(huán)節(jié)，學(xué)生能較準(zhǔn)確地說出花青素在不同pH溶液中的顏色變化；能發(fā)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)材料提取的不同種類的花青素在同樣pH下的顏色差異（表4）。教師引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)材料分成酸性、中性和堿性三大類，全體學(xué)生能很快總結(jié)得出花青素在酸性環(huán)境下呈現(xiàn)紅色、在堿性環(huán)境下呈現(xiàn)藍(lán)色的性質(zhì)。需要注意的是，與其他幾組不同，藍(lán)莓果皮提取的花青素在堿性環(huán)境下變成了綠色而非藍(lán)色，可能是藍(lán)莓果皮中的花青素種類對(duì)溶液的pH值更敏感，在堿性環(huán)境下發(fā)生了降解，綠色可能是降解產(chǎn)物與花青素混合產(chǎn)生的顏色。

表4 不同材料提取的花青素在不同pH條件下的顏色變化

4.3 實(shí)踐應(yīng)用 利用花青素的性質(zhì)解決實(shí)際問題。教師提出問題：花青素的性質(zhì)在生活中有哪些應(yīng)用？

4.3.1 利用花青素做酸堿指示劑，檢測碳酸飲料的pH 學(xué)生容易想到利用花青素作酸堿指示劑。結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際，用于檢測芬達(dá)、雪碧等碳酸飲料的酸堿度（表5）。實(shí)驗(yàn)完成之后，組織學(xué)生交流檢測結(jié)果，分析碳酸飲料的危害，學(xué)以致用，指導(dǎo)健康生活。

表5 實(shí)踐活動(dòng)4任務(wù)單

4.3.2 利用花青素鑒別紫米的真假 教師給出更有挑戰(zhàn)性的任務(wù)——利用花青素的性質(zhì)鑒別富含花青素的食品真?zhèn)?，例如紫米。首先組織學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生分析了不同的問題情境，提出了不同的方法：如果待檢測紫米全部是造假的，直接遷移上面的實(shí)驗(yàn)方法，將紫米用水煮后提取花青素，然后滴加酸、堿溶液觀察是否變色；如果待檢測紫米是部分摻假，共提出4種方法：①各取1粒真紫米和待檢測紫米，分別加熱提取其中的花青素，然后分別滴加酸、堿溶液對(duì)比顏色變化及深淺差異；②取2份等量的真紫米和待檢測紫米，分別加熱提取其中的花青素，然后分別滴加酸、堿溶液對(duì)比顏色變化深淺差異；③取5粒待檢測紫米，分別滴加酸看是否變紅；④取5粒待檢測紫米，分別滴加堿液觀察是否變藍(lán)。

學(xué)生經(jīng)過簡單討論，排除了第1種和第2種方法，原因是操作困難，誤差大。對(duì)于第3種和第4種方法學(xué)生有爭議，未能達(dá)成一致意見。組織學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)這2種方法（表6）。

表6 實(shí)踐活動(dòng)5任務(wù)單

實(shí)驗(yàn)完成后，組織分享交流，學(xué)生在實(shí)際操作過程中，又增加了肉眼觀察分辨的方法，先看紫米顏色，顏色特別淺的是假的，因此將紫米初步分成真、假2份，然后再用酸、堿液初步鑒別真紫米中是否摻假，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肉眼判斷并不準(zhǔn)確；對(duì)于用酸檢驗(yàn)的方法，部分學(xué)生也有質(zhì)疑，展開了討論，如果假紫米是用紫色染料染色的，滴加酸只有色素溶解，呈現(xiàn)出的顏色和花青素遇酸呈現(xiàn)的紅色差異不明顯，不能準(zhǔn)確判斷是掉色還是變色。因此，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為選擇第4種方法，用堿檢驗(yàn)，變藍(lán)色，現(xiàn)象更可靠。本節(jié)課最后也有學(xué)生進(jìn)一步提出質(zhì)疑，認(rèn)為檢測方法不嚴(yán)謹(jǐn)，沒有設(shè)置染色假紫米的對(duì)照組，不能證明人工色素是否也會(huì)隨pH的改變而變色，進(jìn)而提出課后繼續(xù)研究的課題。

最后，教師組織學(xué)生回顧探討過程，從科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性的角度對(duì)比分析以上各種方法，提煉科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法擇優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)和原則。由此可見，學(xué)生在經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、實(shí)踐、反思總結(jié)的過程中經(jīng)歷了思維的提升過程，創(chuàng)造性思維和批判性思維得到鍛煉。

4.4 拓展提高 布置家庭作業(yè)：利用花青素的性質(zhì)，使用科學(xué)方法鑒別紅酒的真?zhèn)巍?/p>

5 總結(jié)

本節(jié)課圍繞“提高學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)和科學(xué)實(shí)踐能力”的主旨進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，突出學(xué)科知識(shí)與生活實(shí)踐的結(jié)合，所使用的實(shí)驗(yàn)材料全部來自日常生活，用常見的廚衛(wèi)用品就能獲得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，所探究的問題也是圍繞生活實(shí)際展開，問題的設(shè)計(jì)突出層次性，讓學(xué)生經(jīng)歷由簡單操作到不斷深入的探究過程，學(xué)生在實(shí)踐的過程中不斷探索，將動(dòng)手操作和動(dòng)腦思考很好地融合在一起，既掌握了知識(shí)內(nèi)容，又提高了動(dòng)手能力，思維水平也得到鍛煉和提升，最重要的是感受到學(xué)習(xí)的樂趣，能將知識(shí)學(xué)以致用，還在互相交流討論的過程中學(xué)會(huì)對(duì)比分析不同的方法，掌握科學(xué)方法的判斷標(biāo)準(zhǔn)，全面滲透對(duì)學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)的提升，落實(shí)了科學(xué)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。