摘要 敘述了在淀粉檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中的意外現(xiàn)象，以及教師針對(duì)意外現(xiàn)象開展繼續(xù)探究的實(shí)驗(yàn)過程。

關(guān)鍵詞 直鏈淀粉 支鏈淀粉類淀粉淀粉一碘絡(luò)合物 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)Q-33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

弗萊明在實(shí)驗(yàn)室里獲得兩次意外的發(fā)現(xiàn)，一次因?yàn)楦忻鞍l(fā)現(xiàn)了溶菌酶，一次因?yàn)闆]清洗的培養(yǎng)皿發(fā)現(xiàn)了青霉素。高中生物實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性強(qiáng)，但是有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)意外的現(xiàn)象。比如在淀粉檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的意外現(xiàn)象，雖沒有獲得弗萊明那樣偉大的發(fā)現(xiàn)，卻讓教師和學(xué)生學(xué)習(xí)了更多的知識(shí)。

必修一分子與細(xì)胞實(shí)驗(yàn)：檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪、和蛋白質(zhì)。課前教師布置了一項(xiàng)作業(yè)，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，請(qǐng)學(xué)生回家尋找一種材料并預(yù)測(cè)其有機(jī)物的種類和含量，而后在實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后集體討論和比較各種實(shí)驗(yàn)材料的有機(jī)物的種類和含量。

實(shí)驗(yàn)時(shí)有一位學(xué)生說實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與教材中的敘述不相符，他所做的實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證糯米中是否含有淀粉。

實(shí)驗(yàn)原理：淀粉遇碘變藍(lán)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)不難，學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求操作，似乎不會(huì)出現(xiàn)意外，然而糯米組織樣液加碘產(chǎn)生的不是預(yù)期的藍(lán)色而是紫紅色，為什么不是藍(lán)色呢?是淀粉產(chǎn)生的顏色反應(yīng)嗎?

首先教師要求學(xué)生確定遇碘變成紫紅色是否是由淀粉引起的。

檢驗(yàn)是否由淀粉引起是利用酶的專一性：淀粉酶可以專一地催化淀粉水解。如果遇碘變成紫紅色是由淀粉引起，加入淀粉酶后隨淀粉的水解紫紅色會(huì)逐漸褪去。實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇最容易獲得的淀粉酶一唾液淀粉酶。檢測(cè)的結(jié)果是加入唾液淀粉酶后紫紅色褪去了，這就證明了糯米確實(shí)含有淀粉。而用馬鈴薯勻漿做實(shí)驗(yàn)是藍(lán)色。同樣是淀粉為什么與碘產(chǎn)生的顏色不同呢?這兩種材料所含有的淀粉有什么差異呢?

通過查閱資料得知原來天然淀粉一般含有兩種組分：直鏈淀粉和支鏈淀粉。某些谷物中如蠟質(zhì)玉米和糯米等幾乎只含有支鏈淀粉。直鏈淀粉遇碘形成深藍(lán)色淀粉一碘絡(luò)合物，支鏈淀粉遇碘呈紫色到紫紅色，所以說淀粉遇碘不一定就呈藍(lán)色。

師生還查到一個(gè)相關(guān)知識(shí)就是與碘反應(yīng)呈典型藍(lán)色的不一定就是淀粉，木葡聚糖廣泛地存在于羅望子(也稱酸豆)等豆科植物的種子中，這些多糖中很多種可與碘反應(yīng)呈現(xiàn)出藍(lán)色，并因此被稱為類淀粉，但是這些多糖和淀粉并無結(jié)構(gòu)上的關(guān)系。動(dòng)物多糖糖原結(jié)構(gòu)與支鏈淀粉類似與碘反應(yīng)呈現(xiàn)紫紅色或者紅色。

關(guān)于淀粉檢測(cè)實(shí)驗(yàn)還有一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)，有個(gè)學(xué)生演示了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。在一支潔凈的試管中加馬鈴薯勻漿，加碘液，呈現(xiàn)藍(lán)色。學(xué)生說再加幾滴0.1g／mLNaOH藍(lán)色會(huì)很快褪去，溶液會(huì)變成無色。學(xué)生問：為什么?什么物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)?

教師引導(dǎo)學(xué)生再做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，假如是碘參與反應(yīng)，可以再加入足夠的碘，將會(huì)再出現(xiàn)藍(lán)色。驗(yàn)證的結(jié)果是再次加入碘液后溶液重新變會(huì)藍(lán)色，這說明加入Na0H后碘發(fā)生反應(yīng)，所以顏色會(huì)褪去。

師生查資料得知原來鹵素與水可以發(fā)生歧化反應(yīng)，在酸性介質(zhì)中歧化反應(yīng)很難發(fā)生，而在堿性溶液中可以快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)式是：

3I₂+6NaOH=5NaI+NaIO₃+3H₂O。

通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)的意外現(xiàn)象，得出一個(gè)結(jié)論，淀粉遇碘變藍(lán)色或紫紅色，這里的碘是指碘單質(zhì)或者稱為碘分子，其他形式的碘與淀粉不呈現(xiàn)藍(lán)色。

最后有個(gè)學(xué)美術(shù)的學(xué)生建議說：“老師，糯米溶液和碘呈現(xiàn)紫紅色，土豆溶液和碘呈現(xiàn)藍(lán)色，可以用這兩種溶液在白紙上作畫，畫一開始是隱形的，然后用噴霧或者涂布的方式加碘液，這樣畫面就會(huì)呈現(xiàn)，如果再噴NaOH畫面又會(huì)消失，多么神奇?！?/p>

但做這個(gè)實(shí)驗(yàn)遇到一個(gè)難題，碘液和白紙本身就能形成藍(lán)色。為什么白紙會(huì)變藍(lán)呢?難道白紙中本來就有淀粉?

教師引導(dǎo)學(xué)生分組探究：第一小組的任務(wù)是尋找不含淀粉的白紙或者替代材料，并查找資料解答白紙中為什么含有淀粉；第二小組的任務(wù)是尋找合適的方法除去白紙中的淀粉；第三小組的任務(wù)是使淀粉一碘絡(luò)合物的顏色除去；第四小組的任務(wù)是思考如何應(yīng)用知識(shí)并進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作。

交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

小組一：在常見的紙(作業(yè)本、書、A4、16K、衛(wèi)生紙、面巾紙等)都含有淀粉，但是濾紙中淀粉含量非常少，還可以用白布為替代材料。

實(shí)驗(yàn)證明木材中不含有淀粉，學(xué)生查閱資料得知在造紙的過程中要加入淀粉。

淀粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用可以追溯到造紙技術(shù)發(fā)明的初期。當(dāng)時(shí)，其主要作用是提高書寫紙的強(qiáng)度和平滑度。在含有礦物填料的紙張中，淀粉是除水、纖維和填料之外的用量最大的原料。

淀粉在造紙中的各個(gè)階段的應(yīng)用情況：

(1)造紙的最初階段是打漿，人們根據(jù)紙張的不同要求在其內(nèi)加入填料、增強(qiáng)劑、柔軟劑等，增強(qiáng)劑種類很多。應(yīng)用最多的是變性淀粉。陰離子、陽離子和兩性變性淀粉均可在制漿中應(yīng)用，兩性淀粉在理論上是比較理想的產(chǎn)品，添加量為1.0％-2.5％。

(2)在紙或紙板的不同要求中，在抄紙過程可選擇表面施膠和層面增強(qiáng)，施膠劑的種類也很多，使用淀粉進(jìn)行表面施膠除可提高強(qiáng)度外，還可以減少紙面掉毛，掉粉現(xiàn)象，提高平滑度，使紙面更加細(xì)膩，改善印刷性。

(3)在涂布加工紙中粘膠劑是涂料制備中最重要的化學(xué)品之一，淀粉在粘膠劑中有不可取代的地位。淀粉在涂料中的應(yīng)用始于1900年蘇格蘭，到1930年才普遍推廣，淀粉在我國(guó)涂布紙中大量應(yīng)用大約是20世紀(jì)80年代。涂料中淀粉含量是6.0％-10.0％。 小組二：水解淀粉常用兩種方法，一是酶水解：用淀粉酶水解淀粉。水解淀粉時(shí)，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的淀粉酶溶液，溫度40-50攝氏度，水解20min。二是酸水解：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％鹽酸沸水浴4h以上(根據(jù)紙張的特點(diǎn)適當(dāng)延長(zhǎng)水解時(shí)間)。注意事項(xiàng)：白紙?jiān)谌芤褐薪輹r(shí)間太長(zhǎng)會(huì)變得容易損壞，所以在水解之前要將報(bào)紙固定在硬質(zhì)材料上，如塑料板、塑料瓶、木板、鐵板等，但酸水解時(shí)不能用鐵質(zhì)材料固定。還有酸水解的效果比酶水解效果好，原因可能是酶分子不容易與白紙中的淀粉分子接觸。

小組三：除去淀粉一碘絡(luò)合物的顏色方法主要有四種：①淀粉酶(專一性水解淀粉)；②NaOH(使碘分子發(fā)生歧化反應(yīng))；③加熱(使淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)改變)；④加入變性劑如尿素或濃的醇溶液(改變淀粉分子的空間結(jié)構(gòu))。

小組四的一位學(xué)生用碘液在白紙上寫字不小心打翻水杯將開水灑到白紙上，驚奇地發(fā)現(xiàn)用碘液寫的字褪去了，由此發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)便的方法除去字跡。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出在65℃以上時(shí)褪色較為明顯，開水中褪色最快。白紙上的字跡還可以用熨斗除去，且在熨的時(shí)候在白紙上加一層較濕的布，因?yàn)橛兴畷r(shí)字跡才能除干凈，但布太濕了白紙又不容易干，要根據(jù)白紙的質(zhì)量和字跡的深淺確定布的濕度。

附加組：任務(wù)是探究加熱使淀粉一碘溶液褪色的原因。由于在實(shí)驗(yàn)過程中偶遇加熱使淀粉一碘溶液褪色這一現(xiàn)象，臨時(shí)組建附加小組探究其原因。有學(xué)生聯(lián)想到預(yù)習(xí)“生物必修一第二章第二節(jié)生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”時(shí)看到這樣一個(gè)知識(shí)，第23頁(yè)與生活的聯(lián)系中說雞蛋煮熟后蛋白質(zhì)發(fā)生變性，原因是高溫使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)變的伸展。松散。淀粉和蛋白質(zhì)同樣是大分子，推測(cè)加熱使淀粉一碘溶液褪色原因是加熱破壞了淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)，而淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)又是淀粉一碘呈現(xiàn)一定顏色的重要條件。

學(xué)生先查閱蛋白質(zhì)變性的相關(guān)知識(shí)，蛋白質(zhì)在某些物理和化學(xué)因素作用下其特定的空間構(gòu)象被改變，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。引起蛋白質(zhì)變性的原因可分為物理和化學(xué)因素兩類。物理因素可以是加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波的作用等；化學(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、濃的醇溶液等。加熱、尿素、濃的醇溶液主要是破壞蛋白質(zhì)分子中的氫鍵。

如果開始做的推測(cè)是正確的，那么在淀粉一碘溶液中加入尿素或濃的醇溶液，淀粉的空間結(jié)構(gòu)也會(huì)被破壞，而使淀粉—碘溶液顏色褪去。因此學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明。尿素濃度為8mol／L即質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.48 g／mL。醇溶液用的是分析純乙醇和分析純甲醇。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是加入足夠量的尿素會(huì)使淀粉一碘溶液褪色。而且稀釋后，加碘可以重新產(chǎn)生顏色反應(yīng)，這說明尿素濃度大的時(shí)候可以使淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)改變，而濃度降低后淀粉的空間結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)。在淀粉溶液中加入濃的醇溶液，淀粉溶液會(huì)變得混濁，當(dāng)醇溶液足夠多時(shí)加碘不會(huì)形成藍(lán)色或紫紅色。在淀粉一碘溶液中加入足夠量的醇溶液會(huì)使溶液顏色褪去，這說明濃的醇溶液也能改變淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)。將淀粉在某些物理和化學(xué)因素作用下其特定的空間構(gòu)象被改變的現(xiàn)象稱為淀粉的變性(在此需要強(qiáng)調(diào)的是所說的淀粉的變性與變性淀粉沒有關(guān)系，僅指空間結(jié)構(gòu)改變)。當(dāng)變性因素除去后，變性后的淀粉分子又可以重新恢復(fù)到天然構(gòu)象，稱之為淀粉的復(fù)性。

從高等生物教材中得知，同樣作為大分子的蛋白質(zhì)和核酸在一定條件下都可以發(fā)生變性，而且變性因素除去后也都可以復(fù)性，不過有些蛋白質(zhì)變性后就很難復(fù)性了，如煮熟的雞蛋。

小組四：利用以上發(fā)現(xiàn)進(jìn)行知識(shí)應(yīng)用和藝術(shù)創(chuàng)作。

(1)用碘液制作水筆、墨水。

大多數(shù)白紙中都含有淀粉，用碘液制作的水筆和墨水在白紙上寫出的字應(yīng)該是藍(lán)色的。用碘液寫字的優(yōu)點(diǎn)：字跡很容易除去(用NaOH或者加熱)，用加熱的方式(熨斗或者開水)可以將白紙中的字完全除去，晾干后又是一張白紙，可以反復(fù)利用提高紙張的利用率，節(jié)約用紙，減少樹木砍伐，保護(hù)森林，減少造紙污染，保護(hù)環(huán)境。還希望有人能用碘液制作墨盒，那么打印用紙也可反復(fù)利用了。

(2)同樣的筆同樣的墨寫出不一樣的字。

預(yù)先處理三張濾紙或白布或酸水解后的白紙，一張用糯米溶液浸泡后晾干，一張用大米溶液浸泡后晾干，一張用兩支毛筆分別蘸糯米溶液和大米溶液在紙上畫相間的條帶，條帶的寬度1cmn左右也可以根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)不同寬度。每次蘸取少量溶液，多畫幾次。

用毛筆或者鋼筆蘸碘液在處理過的紙上寫字，第一張紙上的字跡是紫紅色的，第二張紙上的字跡是藍(lán)色的，第三張紙上的字跡是藍(lán)色和紫紅色相間的。用加熱的方式可以將字跡除去，三張紙可以重復(fù)利用并且用碘液再寫時(shí)字跡的顏色和第一次一致。

(3)字和畫消失與重現(xiàn)。

用毛筆或者鋼筆蘸糯米溶液或者大米溶液在濾紙或白布上寫字，用噴霧或涂布的方式加碘液字跡和畫會(huì)出現(xiàn)，加熱或加NaOH字跡和畫會(huì)消失，在加碘液字跡和畫又可以再次出現(xiàn)，可反復(fù)多次。

一位學(xué)生說如果用淀粉溶液寫信，看完信后就可以加熱將字隱藏起來，等要再看時(shí)加碘液就行了，就不怕別人偷看了。還有如果用這種神奇的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)人新課將深深吸引學(xué)生的注意力并感受科學(xué)知識(shí)的神奇。

最后教師總結(jié)這次探究實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的知識(shí)。

(1)淀粉遇碘變藍(lán)但并不是所有淀粉遇碘都變藍(lán)，支鏈淀粉遇碘變紫紅色。并不是所有遇碘變藍(lán)的都是淀粉，木葡聚糖與碘反應(yīng)呈現(xiàn)出藍(lán)色，并因此被稱為類淀粉，但是這些多糖和淀粉并無結(jié)構(gòu)上的關(guān)系。糖原遇碘變紅。

(2)淀粉酶可以專一性水解淀粉，酸也可以水解淀粉。

(3)堿性條件下碘分子發(fā)生歧化反應(yīng)，使淀粉一碘絡(luò)合物褪色。

(4)大多數(shù)白紙中都含有淀粉，但濾紙中含量較少。

(5)加熱和加入變性劑(尿素或濃的醇溶液可以使淀粉分子空間結(jié)構(gòu)改變)可以使淀粉—碘絡(luò)合物褪色。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)意外，對(duì)于正確處理實(shí)驗(yàn)中的意外，有以下建議。

(1)教師善于利用學(xué)生富有個(gè)性的思維方法，不僅使學(xué)生敢想、敢說、敢做，而且能拓寬其他學(xué)生的思路，豐富學(xué)生的思想。善于引導(dǎo)學(xué)生用置疑的眼光去評(píng)判學(xué)習(xí)內(nèi)容總會(huì)有一些有價(jià)值的問題。要善于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜測(cè)，通過猜測(cè)可以培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維能力。要善于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自由聯(lián)想和想象，想象力是科學(xué)研究中的實(shí)在因素。

(2)教師科學(xué)處理意外現(xiàn)象，有助于提高學(xué)生的探究精神。意外的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不加任何處理，回避實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，只讓學(xué)生記住正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，就失去了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義。在教學(xué)過程中，如果出現(xiàn)了預(yù)設(shè)外的實(shí)驗(yàn)問題，不需回避，科學(xué)處理更能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(3)教師培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，教師在實(shí)施新課程標(biāo)準(zhǔn)中更應(yīng)大膽轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。面對(duì)實(shí)驗(yàn)意外，在引導(dǎo)學(xué)生提出問題和進(jìn)行猜測(cè)的基礎(chǔ)上，教師要指導(dǎo)學(xué)生采用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)意外，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的能力。

(4)既然實(shí)驗(yàn)意外無法避免，那在遇到這種情況時(shí)，教師應(yīng)從容應(yīng)對(duì)，并在解決實(shí)驗(yàn)意外過程中，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、分析綜合能力和解決實(shí)際問題的能力l，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。這就要求教師必須有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力。