李 碩 鄧晨暉 劉本舉

（首都師范大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100048）

一次高中生物必修1第2章“物質(zhì)鑒定”的實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生不慎將碘液滴在了學(xué)案上，結(jié)果打印紙呈現(xiàn)出了藍(lán)色。學(xué)生對(duì)這一現(xiàn)象感到非常意外和疑惑——該現(xiàn)象是什么原因造成的？打印紙中是否含有淀粉？

授課教師也是第一次觀察到此現(xiàn)象，并意識(shí)到這是利用學(xué)生的好奇心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的良好契機(jī)，因此，在課后開放實(shí)驗(yàn)室，召集感興趣的學(xué)生完成這個(gè)研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，要求學(xué)生提出假設(shè)、設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，最終得出結(jié)論，解釋上述現(xiàn)象。本文以最完善、最典型的學(xué)生設(shè)計(jì)案例為例，提供可借鑒的研究性學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)和實(shí)施方案。

1 提出假設(shè)

學(xué)生經(jīng)過分析、思考提出2種假設(shè)：1）碘液存在問題，呈現(xiàn)假陽性結(jié)果；2）碘液沒有問題，打印紙中含有淀粉。針對(duì)這2種假設(shè)，學(xué)生分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究

2.1 驗(yàn)證碘液是否存在問題 學(xué)生認(rèn)為如果碘液不適于淀粉鑒定有2種表現(xiàn)：遇到淀粉時(shí)不顯藍(lán)色，呈現(xiàn)假陰性結(jié)果；遇到非淀粉類物質(zhì)時(shí)呈現(xiàn)出藍(lán)色，呈現(xiàn)假陽性結(jié)果。對(duì)應(yīng)的解決辦法是設(shè)置陽性對(duì)照和陰性對(duì)照。

盡管大多數(shù)學(xué)生尚未學(xué)習(xí)陽性對(duì)照、陰性對(duì)照這樣的概念，但仍分析出第2種情況會(huì)造成打印紙含淀粉的假象，并給出了解決問題的實(shí)際方案：向明確不含淀粉的物質(zhì)中滴加碘液，觀察其顏色變化。學(xué)生選擇向?qū)嶒?yàn)室常見的還原糖、蛋白質(zhì)溶液中分別滴加碘液，沒有出現(xiàn)變藍(lán)的現(xiàn)象。初步判定碘液沒有問題，否定了假設(shè)1。

2.2 驗(yàn)證打印紙中是否存在淀粉 打印紙遇碘液變藍(lán)是否因?yàn)槠渲写_實(shí)含有淀粉？這正是學(xué)生需要探究的第2個(gè)問題。很多學(xué)生在思考如何解決這個(gè)問題時(shí)遇到困難，他們的主要思路是提取出打印紙中的淀粉，或用其他檢驗(yàn)淀粉的試劑進(jìn)行檢驗(yàn)，但利用現(xiàn)有的知識(shí)儲(chǔ)備都很難做到。此時(shí)，教師給出了“做減法”的思路：能否設(shè)法去除紙張中的淀粉？如果去除了打印紙中的淀粉，再滴加碘液不出現(xiàn)藍(lán)色，是否就證明打印紙中確實(shí)含有淀粉？

“做減法”通常需要借助于酶，學(xué)生在初中時(shí)也接觸過淀粉酶的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，很快聯(lián)想到可利用淀粉酶處理打印紙。鑒于學(xué)生沒有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過有關(guān)酶的知識(shí)，教師提醒學(xué)生：淀粉酶需要溶解在水中并保持一定的反應(yīng)溫度，應(yīng)排除加水、加熱等處理本身可能對(duì)打印紙產(chǎn)生的影響。

經(jīng)過討論，學(xué)生決定采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方案：取2份等質(zhì)量的打印紙，置于盛有蒸餾水的小燒杯中，其中一份加入適量淀粉酶，另一份不加酶作為對(duì)照。之后，將小燒杯置于淀粉酶最適溫度水浴一段時(shí)間，取出打印紙滴加碘液，觀察現(xiàn)象。學(xué)生也對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測：對(duì)照組的打印紙滴加碘液后仍會(huì)變藍(lán)，實(shí)驗(yàn)組的打印紙滴加碘液不變藍(lán)。按照該方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，結(jié)果與預(yù)期一致（圖1）。通過上面一系列的探究實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：打印紙含有淀粉。

圖1 未經(jīng)淀粉酶處理（左，變藍(lán)）與經(jīng)淀粉酶處理（右，不變藍(lán)）的打印紙碎片滴加碘液后的顏色變化

3 本次探究實(shí)驗(yàn)的意義

課后，學(xué)生查閱了相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)在造紙過程中添加淀粉可提高紙制品的干強(qiáng)度，市售的打印紙中都含有一定量的淀粉[1]。但學(xué)生之前不了解這些情況，其前概念一般是“紙的主要成分是纖維素，不可能含有淀粉”或“淀粉是一種食物，不可能出現(xiàn)在紙中”。因此，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)打印紙加碘變藍(lán)后，就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突。如果此時(shí)布置作業(yè)，要求學(xué)生直接查閱資料確定打印紙等紙張中是否含有淀粉，就喪失了一次有效的探究機(jī)會(huì)。而通過啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生經(jīng)歷提出問題、設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程，在力圖解決沖突時(shí)學(xué)習(xí)主動(dòng)性極大提高[2]，同時(shí)更有效提升其思維能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，生物學(xué)概念的建立離不開實(shí)驗(yàn)。物質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)可幫助學(xué)生理解生物的物質(zhì)性，并初步形成物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀念（結(jié)構(gòu)與功能觀）。本次“意外發(fā)現(xiàn)”引出的一系列探究，使操作極為簡單的淀粉鑒定實(shí)驗(yàn)成為讓學(xué)生深入思考下列問題的契機(jī)：物質(zhì)鑒定的結(jié)果是否一定可信？如何驗(yàn)證其可信度？若實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期不符，該如何解釋？只要深入挖掘，任何實(shí)驗(yàn)都能成為學(xué)生探究、學(xué)習(xí)、提升核心素養(yǎng)的突破口。經(jīng)過本次探究，教師在課下進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)，在此對(duì)紙張與碘液的顯色反應(yīng)進(jìn)行2點(diǎn)說明：1）由于打印紙中的淀粉含量較低，在碘液濃度較高時(shí)，本身的棕黃色會(huì)掩蓋住顯色反應(yīng)的藍(lán)色，使結(jié)果不明顯。如果想觀察到比較明顯的現(xiàn)象，需要適當(dāng)降低碘液濃度。2）盡管淀粉在造紙工藝中廣泛應(yīng)用，但并不是所有的紙制品中都含有淀粉，不同類型的紙淀粉含量也不相同。打印紙淀粉含量較高，現(xiàn)象較為明顯；濾紙則不含淀粉，不會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色（圖2）。

圖2 碘液滴加在2種典型的紙張上所呈現(xiàn)出的不同顏色