“食物在口腔内的化学性消化”探究实验改进

黄 芳

(南京市栖霞区实验初级中学 江苏南京 210046)

“食物在口腔内的化学性消化”是苏教版《生物学·七年级·下册》第九章第二节“人体的消化与吸收”中的探究实验。该实验内容在《义务教育生物学课程标准(2022 版)》中隶属“人体生理与健康”主题。七年级的学生对于“消化”积累了一定的生活经验和知识基础,因此教师可以在咀嚼馒头的真实情境下带领学生走进实验。学生通过探究实验能够说出口腔中的唾液淀粉酶可以促进淀粉分解;学会从生活现象提出问题,进而通过科学探究初步形成基于证据和逻辑的思维习惯,做到独立思考与判断;关注消化作用对身体的影响,从而形成健康的饮食习惯,提升责任态度。但是依托教材推荐器材设计出的实验方案存在耗时长、操作不便等客观问题,对培养学生乐于探索生命的奥秘以及教师课堂教学的整体框架构建存在阻碍作用。本项目的教学尝试对实验进行了改进,不仅缩短了实验时间,取得了较好的实验效果;而且通过学生切身体验探究改进的过程,有助于学生掌握一定的科学思维习惯和能力,并增加对科学实验的兴趣。

1 教材中指导实验存在的问题

教材中“探究指导”推荐的器材有试管、烧杯、温度计、量筒、酒精灯、三脚架、石棉网、玻璃棒、馒头、面粉(制作淀粉糊)和碘液等。第一个问题是器材的选用。在推荐的器材中可以采集唾液的器材只能是试管或者烧杯。基于此前提,采集唾液的方法为口对着试管或者烧杯吐唾液。但此方法在实际课堂教学过程中,学生觉得不雅、不体面,甚至有点粗鲁和尴尬。即使学生勉强同意,将口闭合,收缩腮部肌肉努力分泌唾液的样子也会引其他学生哄笑。其次,唾液淀粉酶促进淀粉分解需要适宜的温度,教材推荐的酒精灯加热法存在水温不恒定,水温不好控制在37 ℃的问题。由于以上两个问题的存在,探究实验消耗的时间太长,对课堂教学整体进度和构建都存在阻碍作用,降低学生探索的兴趣。因此,经过多次探究实践,提出如下实验改进方案。

2 材料用具的改进

2.1 采集唾液的器具改进

本实验可以使用棉签替代试管或者烧杯作为采集唾液的器具。分泌唾液的舌下腺和下颌下腺的开口都位于舌下,学生可以直接将干净的棉签放入舌下采集唾液。这样操作不仅方便,而且视觉上给人体面、舒适的感受,学生乐于参与。同时,由于棉签作为一个“异物”刺激口腔,非条件反射作用下学生的唾液腺不自主地分泌唾液,较教材方案相比,大大地提高了采集唾液的效率。

2.2 改用棉花球固定棉签水浴加热

原教材实验方案用试管收集唾液和淀粉糊,因此学生可以直接用试管夹夹取试管进行水浴加热。鉴于现在采集唾液的器具变成了棉签,因此学生可以将棉花球固定棉签于试管中(图1)进行水浴加热。经过教师操作演示后,学生操作熟练。教师引导学生注意棉签的头部尽量不用碰到试管管壁。

图1 改进后的唾液采集器具

2.3 水浴加热器具的改进

在实际探究过程中,学生使用教材中推荐的酒精灯加热会导致烧杯内的水温不好控制,需要不时地补充冷水或者继续加热。同时,还出现学生对酒精灯外焰、内焰位置把控不准,加热过程中水浴温度忽高忽低从而导致实验失败。此外,酒精灯的使用也存在用火安全隐患问题。本实验的教学过程中,教师曾尝试使用实验室的恒温水浴锅替代酒精灯加热,但是存在实际困难。一般情况下,一个中学实验室配备的水浴锅只有1—2 台,每台水浴锅都需要连接电源,而实验室甚至是教室里都只有1—2 个插座。由于在实际操作中,水浴锅的搬取、电源有无的问题,教师综合考虑最终舍弃了这一做法。经过多次摸索,本改进实验最后决定选用实验室配备的保温壶作为水浴加热的器具。依据保温桶的保温原理,教师可以在课前准备温水,以备课上使用。为确保唾液淀粉酶在37 ℃发挥较好的作用,水浴温度需要高于37 ℃,经过多次重复实验以及查阅资料最终确定,课前保温壶中水的温度设置为45 ℃能够使实验在5 分钟内出现最好的实验效果。

3 探究步骤的改进

3.1 实验材料加入的先后顺序改进

基于教材原有的“探究指导”,实验组和对照组均是分别先加入淀粉糊,后加入采集好的唾液。本次实验的教学基于前面材料用具的改进,将滴加顺序调整为先加入采集好的唾液再加入淀粉糊。改进原因如下:选用了棉签采集唾液,不可能将取完淀粉糊的棉签再放入舌下收集唾液,因此调整为先取唾液,后加入淀粉糊。

3.2 实验材料用量改进

教材原有的“探究指导”中,1 号试管加入2 mL淀粉糊,再加入2 mL 唾液作为实验组,2 号试管同样先取2 mL 的淀粉糊,再加入2 mL 清水作为对照组。但是基于前面的改进,棉签的使用面积远远小于试管的面积,因此用量2 mL 均改为2 滴。基于以上操作增加了材料用量少导致实验失败的可能性,在本实验的实际教学过程中,教师通过多次尝试发现如果对照组滴加2 滴清水,不仅会稀释原本用量不多的淀粉糊,而且会出现因为操作不当,淀粉糊随着清水直接流走的现象。经过查阅资料,空白对照是条件对照的特殊情况,清水作为无关因素可以去除,因此教师对本实验做如下改进:1 号棉签放入舌下采集唾液之后滴加2 滴淀粉糊作为实验组,2 号棉签先不作任何处理之后滴加2 滴淀粉糊作为对照组。

3.3 实验材料滴加位置的改进

基于唾液淀粉酶和淀粉发生反应的面积减少的问题,为了更大程度地提高实验成功率,本实验的教学利用在棉签上做标记的方法固定滴加材料的位置(图2),实际操作演示视频如图3所示。实验过程中,学生在棉签的标记处滴加淀粉糊,水浴加热后仍然在做标记的位置滴加碘液。教师带领学生操作后,实验成功率大大提升。

图2 固定滴加材料位置的示意图

图3 实际操作演示视频

4 改进后的优点

(1)采集唾液的方法得体舒适,采集效率提高。(2)水浴温度控制得当,减少酒精灯使用时可能带来的安全隐患,操作方便;(3)减少实验材料的用量,减少浪费。(4)大大地缩短了实验的时间,提高实验教学的效率。(5)培养学生科学的思维习惯,增加学生乐于探索生命奥秘的兴趣。