“食物在口腔內的化學性消化”探究實驗改進

黃 芳

(南京市棲霞區實驗初級中學 江蘇南京 210046)

“食物在口腔內的化學性消化”是蘇教版《生物學·七年級·下冊》第九章第二節“人體的消化與吸收”中的探究實驗。該實驗內容在《義務教育生物學課程標準(2022 版)》中隸屬“人體生理與健康”主題。七年級的學生對于“消化”積累了一定的生活經驗和知識基礎,因此教師可以在咀嚼饅頭的真實情境下帶領學生走進實驗。學生通過探究實驗能夠說出口腔中的唾液淀粉酶可以促進淀粉分解;學會從生活現象提出問題,進而通過科學探究初步形成基于證據和邏輯的思維習慣,做到獨立思考與判斷;關注消化作用對身體的影響,從而形成健康的飲食習慣,提升責任態度。但是依托教材推薦器材設計出的實驗方案存在耗時長、操作不便等客觀問題,對培養學生樂于探索生命的奧秘以及教師課堂教學的整體框架構建存在阻礙作用。本項目的教學嘗試對實驗進行了改進,不僅縮短了實驗時間,取得了較好的實驗效果;而且通過學生切身體驗探究改進的過程,有助于學生掌握一定的科學思維習慣和能力,并增加對科學實驗的興趣。

1 教材中指導實驗存在的問題

教材中“探究指導”推薦的器材有試管、燒杯、溫度計、量筒、酒精燈、三腳架、石棉網、玻璃棒、饅頭、面粉(制作淀粉糊)和碘液等。第一個問題是器材的選用。在推薦的器材中可以采集唾液的器材只能是試管或者燒杯。基于此前提,采集唾液的方法為口對著試管或者燒杯吐唾液。但此方法在實際課堂教學過程中,學生覺得不雅、不體面,甚至有點粗魯和尷尬。即使學生勉強同意,將口閉合,收縮腮部肌肉努力分泌唾液的樣子也會引其他學生哄笑。其次,唾液淀粉酶促進淀粉分解需要適宜的溫度,教材推薦的酒精燈加熱法存在水溫不恒定,水溫不好控制在37 ℃的問題。由于以上兩個問題的存在,探究實驗消耗的時間太長,對課堂教學整體進度和構建都存在阻礙作用,降低學生探索的興趣。因此,經過多次探究實踐,提出如下實驗改進方案。

2 材料用具的改進

2.1 采集唾液的器具改進

本實驗可以使用棉簽替代試管或者燒杯作為采集唾液的器具。分泌唾液的舌下腺和下頜下腺的開口都位于舌下,學生可以直接將干凈的棉簽放入舌下采集唾液。這樣操作不僅方便,而且視覺上給人體面、舒適的感受,學生樂于參與。同時,由于棉簽作為一個“異物”刺激口腔,非條件反射作用下學生的唾液腺不自主地分泌唾液,較教材方案相比,大大地提高了采集唾液的效率。

2.2 改用棉花球固定棉簽水浴加熱

原教材實驗方案用試管收集唾液和淀粉糊,因此學生可以直接用試管夾夾取試管進行水浴加熱。鑒于現在采集唾液的器具變成了棉簽,因此學生可以將棉花球固定棉簽于試管中(圖1)進行水浴加熱。經過教師操作演示后,學生操作熟練。教師引導學生注意棉簽的頭部盡量不用碰到試管管壁。

圖1 改進后的唾液采集器具

2.3 水浴加熱器具的改進

在實際探究過程中,學生使用教材中推薦的酒精燈加熱會導致燒杯內的水溫不好控制,需要不時地補充冷水或者繼續加熱。同時,還出現學生對酒精燈外焰、內焰位置把控不準,加熱過程中水浴溫度忽高忽低從而導致實驗失敗。此外,酒精燈的使用也存在用火安全隱患問題。本實驗的教學過程中,教師曾嘗試使用實驗室的恒溫水浴鍋替代酒精燈加熱,但是存在實際困難。一般情況下,一個中學實驗室配備的水浴鍋只有1—2 臺,每臺水浴鍋都需要連接電源,而實驗室甚至是教室里都只有1—2 個插座。由于在實際操作中,水浴鍋的搬取、電源有無的問題,教師綜合考慮最終舍棄了這一做法。經過多次摸索,本改進實驗最后決定選用實驗室配備的保溫壺作為水浴加熱的器具。依據保溫桶的保溫原理,教師可以在課前準備溫水,以備課上使用。為確保唾液淀粉酶在37 ℃發揮較好的作用,水浴溫度需要高于37 ℃,經過多次重復實驗以及查閱資料最終確定,課前保溫壺中水的溫度設置為45 ℃能夠使實驗在5 分鐘內出現最好的實驗效果。

3 探究步驟的改進

3.1 實驗材料加入的先后順序改進

基于教材原有的“探究指導”,實驗組和對照組均是分別先加入淀粉糊,后加入采集好的唾液。本次實驗的教學基于前面材料用具的改進,將滴加順序調整為先加入采集好的唾液再加入淀粉糊。改進原因如下:選用了棉簽采集唾液,不可能將取完淀粉糊的棉簽再放入舌下收集唾液,因此調整為先取唾液,后加入淀粉糊。

3.2 實驗材料用量改進

教材原有的“探究指導”中,1 號試管加入2 mL淀粉糊,再加入2 mL 唾液作為實驗組,2 號試管同樣先取2 mL 的淀粉糊,再加入2 mL 清水作為對照組。但是基于前面的改進,棉簽的使用面積遠遠小于試管的面積,因此用量2 mL 均改為2 滴。基于以上操作增加了材料用量少導致實驗失敗的可能性,在本實驗的實際教學過程中,教師通過多次嘗試發現如果對照組滴加2 滴清水,不僅會稀釋原本用量不多的淀粉糊,而且會出現因為操作不當,淀粉糊隨著清水直接流走的現象。經過查閱資料,空白對照是條件對照的特殊情況,清水作為無關因素可以去除,因此教師對本實驗做如下改進:1 號棉簽放入舌下采集唾液之后滴加2 滴淀粉糊作為實驗組,2 號棉簽先不作任何處理之后滴加2 滴淀粉糊作為對照組。

3.3 實驗材料滴加位置的改進

基于唾液淀粉酶和淀粉發生反應的面積減少的問題,為了更大程度地提高實驗成功率,本實驗的教學利用在棉簽上做標記的方法固定滴加材料的位置(圖2),實際操作演示視頻如圖3所示。實驗過程中,學生在棉簽的標記處滴加淀粉糊,水浴加熱后仍然在做標記的位置滴加碘液。教師帶領學生操作后,實驗成功率大大提升。

圖2 固定滴加材料位置的示意圖

圖3 實際操作演示視頻

4 改進后的優點

(1)采集唾液的方法得體舒適,采集效率提高。(2)水浴溫度控制得當,減少酒精燈使用時可能帶來的安全隱患,操作方便;(3)減少實驗材料的用量,減少浪費。(4)大大地縮短了實驗的時間,提高實驗教學的效率。(5)培養學生科學的思維習慣,增加學生樂于探索生命奧秘的興趣。