“玩转花青素”一节科学实践活动课教学设计

林 琳刘 颖

（1北京中学 北京 100028 2北京市朝阳区教育研究中心 北京 100027）

在 《北京市初中科学类学科教学改进意见》中，明确提出：“选择综合性主题，整合物理、化学、生物、地理等学科知识内容和能力培养，采用观察、实验、制作、参观、调查等活动方式，引导学生体验科学与生活的联系，体验科学方法的应用。”《义务教育生物学课程标准（2011年版）》也强调要培养学生生物科学素养，通过学科教学使学生具备参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力［1］。因此，遵循初中阶段生活学习规律，以生活中的问题为起点，引领学生进行实验活动，观察记录、拓展探究、总结规律，体验知识迁移应用和实践方法的创新是本节课设计的出发点和教学的主旨。

1 教学内容与学情分析

本节课参考了《北京市初中开放性科学实践活动项目手册（初中2年级）》“生物学领域”中自制花青素“鸡尾酒”一节的主题内容［2］，通过“做中学”的方式探究花青素的基本性质，并利用这些性质创造性地解决实际生活中的问题，达到学以致用的目的，提高学生的科学实践能力。

学生基于前期的学习，对光合色素比较熟悉，本节课依然从光合色素入手，由叶片颜色引出花、果实、种子等器官丰富的色彩，从而自然过渡到花青素。

初二年级学生化学知识储备不足，不清楚pH和酸碱度的概念，给后续的实验设计带来困扰，因此，将这部分内容确定为本节课的教学难点。为突破该难点，选取了生活中常见的白醋、小苏打等材料帮助学生感性认识酸碱度的概念，同时，为学生提供pH比色卡用于估测实验材料的酸碱度，结合以上2个方面为学生学习搭建必要的台阶。初二年级学生理性思维正处于发展阶段，具备实验设计的基础，动手做的欲望依然强烈，思维活跃，适合“做中学”的学习方式。

2 教学目标的表述

1）知识目标：说出花青素在细胞中的分布位置和易溶于水的特点；总结花青素在不同酸碱度下的颜色变化规律。

2）能力目标：通过花青素的提取实验，熟悉常用器具的规范使用，提高实验操作能力；通过观察实验现象，总结花青素在不同酸碱度下的变色规律，提高观察和总结能力；通过设计实验辨别食品真伪，提高自主探究能力。

3）情感态度与价值观目标：利用花青素性质设计实验，鉴别食品真伪，通过知识的实际应用，认可所学知识的价值；体会设计和探究的乐趣，培养学习科学的兴趣；通过亲自检测碳酸饮料的酸碱度，分析危害，养成健康生活的习惯和态度；通过鉴别紫米真伪，提高参与食品安全问题的意识，激发社会责任感。

3 教学特点

创设问题情境，以层层递进的探究问题和学习活动贯穿整节课的学习过程，以“做中学”的方式达成学习目标。具体探究问题和学习活动如图1所示。

图1 探究问题和学习活动

4 教学过程组织

4.1 课前准备

1）实验器材：紫甘蓝、红李子、黑米、紫米、蓝莓；白醋、柠檬水、雪碧、芬达、蒸馏水、清水、小苏打溶液；pH试纸及比色卡、烧杯、玻璃棒、培养皿、酒精灯、滴瓶、刀片、火柴、圆形滤纸、纱布等。

2）技术准备：多媒体课件，iPad，iPad投屏设备（也可用实物投影仪或者实物展示替代）。

4.2 课堂探究

4.2.1 创设情境，导入新课 展示春花、秋叶、果实的缤纷色彩，带领学生欣赏大自然的色彩之美，感受生命随季节变化而变化的动态过程，借机提出问题：花朵、叶片还有果实呈现出丰富的色彩与什么物质有关？学生会提及色素，进而联想到叶绿素，但未提出花青素的概念，为后续引入主题做好准备。

4.2.2 探究花青素的性质1：水溶性

探究实验1：制取花青素。 教师出示洋葱外表皮细胞紫色大液泡显微观察照片，提出花青素的概念，引导学生对比叶绿素和花青素在细胞中的位置关系，介绍花青素的特点：水溶性。利用花青素水溶性特点，组织学生2人一组，加热煮沸提取花青素，每组材料自选，各不相同，有紫甘蓝、红李子、黑米、紫米、蓝莓。教师提供实践活动任务单，学生进行实验并做记录（表1）。

4.2.3 探究花青素的性质2：在酸性环境下呈现红色，在碱性环境下呈现蓝色

表1 实践活动1任务单

4.2.3.1 情境模拟：牵牛花变色现象 教师出示牵牛花早晨和中午变色的图片，通过演示实验模拟该变色过程：将白醋和小苏打溶液放在未贴标签的烧杯中，依次加入到同一杯花青素溶液中，利用iPad投屏，向全班展示模拟实验现象，激发学生探究花青素变色的兴趣和热情。学生对于教师的演示实验非常感兴趣，纷纷猜测加入的物质是什么，并跃跃欲试。

4.2.3.2 探究实验2：制取花青素鸡尾酒 用任务1中制取的花青素汁液，分别加入教师预先准备好的白醋（pH=2.5），柠檬水（pH=4.5），蒸馏水（pH=7.0），清水（pH=7.5），小苏打溶液（pH=8.0）中（几种溶液的酸、碱性尽可能接近细胞内真实情况），每次滴加1滴管，观察溶液颜色变化（表2）。不同小组因实验材料的不同，取得的实验结果也不相同。各小组利用iPad拍照，投屏，向全班展示实验结果，在各组展示过程中教师引导学生思考：什么原因导致花青素变色？学生观察所使用的实验材料，尤其是白醋、小苏打溶液等，很容易联想到酸、碱性的差异，能提出“溶液酸、碱性会影响花青素变色”的假设，激发下一步对溶液酸、碱性的探究。

表2 实践活动2任务单

4.2.3.3 探究实验3：推测和检验溶液pH 先引导学生根据加入各种试剂后“鸡尾酒”的颜色变化推测各种试剂的酸、碱性大小，再用pH试纸检测验证，最后根据检测结果按照pH由小到大的顺序将任务2中制作的鸡尾酒进行重新排序，重拍“鸡尾酒”照片（表 3）。

表3 实践活动3任务单

将鸡尾酒按溶液的pH顺序排列，拍照，组织小组展示和观察总结，得出花青素的性质2：在偏酸性环境中呈红色，偏碱性环境中呈蓝色。在该环节，学生能较准确地说出花青素在不同pH溶液中的颜色变化；能发现不同实验材料提取的不同种类的花青素在同样pH下的颜色差异（表4）。教师引导学生将实验材料分成酸性、中性和碱性三大类，全体学生能很快总结得出花青素在酸性环境下呈现红色、在碱性环境下呈现蓝色的性质。需要注意的是，与其他几组不同，蓝莓果皮提取的花青素在碱性环境下变成了绿色而非蓝色，可能是蓝莓果皮中的花青素种类对溶液的pH值更敏感，在碱性环境下发生了降解，绿色可能是降解产物与花青素混合产生的颜色。

表4 不同材料提取的花青素在不同pH条件下的颜色变化

4.3 实践应用 利用花青素的性质解决实际问题。教师提出问题：花青素的性质在生活中有哪些应用？

4.3.1 利用花青素做酸碱指示剂，检测碳酸饮料的pH 学生容易想到利用花青素作酸碱指示剂。结合学生生活实际，用于检测芬达、雪碧等碳酸饮料的酸碱度（表5）。实验完成之后，组织学生交流检测结果，分析碳酸饮料的危害，学以致用，指导健康生活。

表5 实践活动4任务单

4.3.2 利用花青素鉴别紫米的真假 教师给出更有挑战性的任务——利用花青素的性质鉴别富含花青素的食品真伪，例如紫米。首先组织学生讨论实验方法，学生分析了不同的问题情境，提出了不同的方法：如果待检测紫米全部是造假的，直接迁移上面的实验方法，将紫米用水煮后提取花青素，然后滴加酸、碱溶液观察是否变色；如果待检测紫米是部分掺假，共提出4种方法：①各取1粒真紫米和待检测紫米，分别加热提取其中的花青素，然后分别滴加酸、碱溶液对比颜色变化及深浅差异；②取2份等量的真紫米和待检测紫米，分别加热提取其中的花青素，然后分别滴加酸、碱溶液对比颜色变化深浅差异；③取5粒待检测紫米，分别滴加酸看是否变红；④取5粒待检测紫米，分别滴加碱液观察是否变蓝。

学生经过简单讨论，排除了第1种和第2种方法，原因是操作困难，误差大。对于第3种和第4种方法学生有争议，未能达成一致意见。组织学生通过动手实验，检验这2种方法（表6）。

表6 实践活动5任务单

实验完成后，组织分享交流，学生在实际操作过程中，又增加了肉眼观察分辨的方法，先看紫米颜色，颜色特别浅的是假的，因此将紫米初步分成真、假2份，然后再用酸、碱液初步鉴别真紫米中是否掺假，结果发现肉眼判断并不准确；对于用酸检验的方法，部分学生也有质疑，展开了讨论，如果假紫米是用紫色染料染色的，滴加酸只有色素溶解，呈现出的颜色和花青素遇酸呈现的红色差异不明显，不能准确判断是掉色还是变色。因此，大多数学生认为选择第4种方法，用碱检验，变蓝色，现象更可靠。本节课最后也有学生进一步提出质疑，认为检测方法不严谨，没有设置染色假紫米的对照组，不能证明人工色素是否也会随pH的改变而变色，进而提出课后继续研究的课题。

最后，教师组织学生回顾探讨过程，从科学严谨性的角度对比分析以上各种方法，提炼科学实验方法择优的标准和原则。由此可见，学生在经历了实验方法设计、实践、反思总结的过程中经历了思维的提升过程，创造性思维和批判性思维得到锻炼。

4.4 拓展提高 布置家庭作业：利用花青素的性质，使用科学方法鉴别红酒的真伪。

5 总结

本节课围绕“提高学生生物学科素养和科学实践能力”的主旨进行教学设计，突出学科知识与生活实践的结合，所使用的实验材料全部来自日常生活，用常见的厨卫用品就能获得实验现象，所探究的问题也是围绕生活实际展开，问题的设计突出层次性，让学生经历由简单操作到不断深入的探究过程，学生在实践的过程中不断探索，将动手操作和动脑思考很好地融合在一起，既掌握了知识内容，又提高了动手能力，思维水平也得到锻炼和提升，最重要的是感受到学习的乐趣，能将知识学以致用，还在互相交流讨论的过程中学会对比分析不同的方法，掌握科学方法的判断标准，全面渗透对学生生物学科素养的提升，落实了科学实践能力的培养。