传统实验教学往往“孤军奋战”，即由单一学科教师授课，学生机械地模仿操作，忽视了对学生主动性和探究精神的培养
［1］。为了提高学生的自主学习能力和综合解决问题能力，笔者以“基于日常口感体验探究水果甜度与还原糖含量的关联性”实验教学为例，阐述跨学科模式下如何创新生物学实验教学设计。
1 实验教学背景
人教版（2019年版）高中生物学必修一有探究·实践活动“检测生物组织中的糖类”，而人教版高中化学选择性必修三的实践活动3有糖类的性质，在这两部分内容的学习中，学生都学习了鉴定还原糖的原理、方法和实验操作步骤。这一事实表明，实验教学存在内容上的重复。为了更好地发挥实验教学的作用，笔者改变教学结构，采取“个人自主探究-小组探究”相结合的学习方式，以及“化学-生物学教师双师授课”的模式，分3课时进行教学。
课前，学生基于日常生活体验对当季水果还原糖含量进行排序，再基于教材实验设计实验，以验证假说。课中，学生自主选择实验材料完成实验，根据实验现象分析结果并提出问题串；接着，学生对现有实验进行优化，尝试建构定量分析方法，借此对当季水果的还原糖含量进行相对定量分析。在此过程中，学生亲历“常规操作实验—优化实验—应用实验”的学习过程，教学效果较好。
2 实验教学创新点
2.1 双师课堂，跨学科教学
在高中生物学和化学实验中，都有还原糖检测/鉴定实验，其中，生物学实验侧重于生物组织中还原糖检测，而化学实验侧重于还原糖性质的鉴定，两者侧重点不同，采用双师模式的跨学科教学，可以让学生明白还原糖的性质、种类和反应原理，以便将其应用于实际样品的检测中，促使学生形成结构与功能统一的生命观念。在实验教学过程中，不同学科教师的加入，可以综合解决学生所遇到的问题，培养学生调用多学科知识解决问题的能力。
2.2 实验器材的创新应用
联系生活实际，选择吸色片、糖度检测仪并用于探究水果颜色对实验的影响；联系不同章节实验，选择移液器、细胞培养板并用于精准取样、分析实验结果；结合比色卡制备方式，选用Adobe Photoshop软件处理数据。将生活用品、多种实验器材应用于该实验，能够提升学生解决问题的能力，从而达到提高教学效果的目的。
3 教学过程设计
教学过程包括3个环节，对应课前、课中和课后，基于学生观察实验结果提出的问题推进实验教学进程，如
图1所示。该项目教学时长预计分为3课时，每课时40 min。
3.1 自主探究，提出问题
【问题1】凤梨、耙耙柑、苹果、火龙果、哈密瓜、西瓜、梨子、柠檬、橙子等当季水果含有还原糖吗？请你们对这些水果的还原糖含量进行排序。
基于日常生活体验，学生通常会认为口感的甜度与水果中的还原糖含量成正比，给出如下排序：哈密瓜>西瓜>耙耙柑>梨子>火龙果>苹果>橙子>柠檬。此时，教师展示论文数据
［2］，学生认识到自己的排序与论文数据不一致。在这一“矛盾”的驱使下，学生自主开展实验。学生观察实验结果，进而提出新的问题。
【问题2】依据实验原理，还原糖与斐林试剂反应后为砖红色沉淀，为何实验结果会出现黄、橙、橘红和绿色？
设计意图：通过实践探究，引导学生深入理解科学原理，并培养其批判性思维和实验能力；通过实验探究，帮助学生构建准确、全面的科学知识体系。
3.2 设计实验，完成探究
【问题3】实验结果出现多种颜色与哪些因素有关？
（1） 探究水果颜色对实验的影响。
【小组1模拟实验】取3支试管，向三者中分别加入等量且相同浓度的果糖溶液，再滴入2滴稀释的红色、黄色颜料，借此模拟不同的水果颜色。
【结果分析】观察3支试管中的溶液颜色可知，三者的溶液颜色差异不大，说明颜料颜色对实验结果影响不大。
【小组2联系生活】水果成分复杂，虽然模拟实验证实颜色对该实验结果影响不大，但学生结合生活实际，提出选择吸色片吸去色素，再使用糖度检测仪进行检测，确保溶液糖度一致，借此验证水果颜色是否影响实验结果。
【结果分析】分析实验结果可知，吸色片可以有效吸走色素，而吸色前后糖度并无差异，这说明吸色片在吸走色素的同时并不影响溶液中糖的含量；加入斐林试剂经水浴加热反应后，两支试管中的溶液颜色均为橘红色，并无明显差异，这说明水果颜色对实验结果无显著影响。
【问题4】小组1模拟实验中溶液不同颜色是否与还原糖的含量有关？
（2） 基于“小组2联系生活”，探究还原糖含量与终点反应颜色的关系。
【跨章节、跨学科运用知识】学生根据化学所学的果糖性质并采用生物学所学的菌液梯度稀释法，使用移液器制备不同浓度的果糖溶液，再向其中加入斐林试剂进行水浴反应。学生观察结果后得出结论：果糖浓度越高，颜色越深，说明溶液的颜色程度与还原糖含量有关。
【知识迁移】基于化学中使用pH试纸、亚硝酸盐试纸的经验，学生提出是否可以制备还原糖试纸，利用其对水果中还原糖含量进行半定量分析？结合问题，学生查阅文献得知，可以使用相机拍摄照片，采用计算机软件Adobe Photoshop在颜色面板中读取RGB值，据此制备试纸标准比色卡。学生自制比色卡检测结果如
图2所示。
为了验证比色卡制作的准确性，学生以橙汁作为材料，首先使用糖度仪测定橙汁的糖度为6.5%，然后加入斐林试剂进行水浴反应，将果汁与比色卡对比可知，其质量浓度在0.1~0.2 g/mL之间。而利用糖度检测仪检测0.1 g/mL和0.2 g/mL溶液的糖度分别为5.4%和10.7%。实验数据证明，橙汁糖度确实位于两个质量浓度值之间，说明比色卡制作成功。
学生利用制作的比色卡与各种水果反应后的溶液颜色进行比对，重新排序发现——苹果和梨子的还原糖含量大于西瓜和火龙果的还原糖含量。
设计意图：突出“以学生为中心”的教育理念，以学生提出的问题为载体，小组成员展开讨论，合作设计实验。通过一系列探究实验，学生思维会发生碰撞，不同学科知识、同一学科不同章节内容都得到调用。在此过程中，学生深入理解科学实验的设计原则、实施步骤以及数据分析方法，有助于提升跨学科思维能力和实践创新能力。
3.3 跨学科知识应用
【问题5】既然苹果的还原糖含量大于西瓜，为什么西瓜吃起来比苹果甜？
实验结果证实课前学生的假说存在问题。教师引导学生分析问题，有学生提出：水果中富含葡萄糖、蔗糖、果糖等，其中斐林试剂不与蔗糖发生反应，实验结果只能说明葡萄糖和果糖的含量，因此与实际的口感有差异。
学生查阅文献发现
［3］，水果中的主要糖类有葡萄糖、蔗糖和果糖，其甜度不一样，果糖＞蔗糖＞葡萄糖。果糖含量越高，水果吃起来就越甜，如西瓜的果糖含量高，属于低糖高甜类水果。苹果口感微酸，维生素C含量高于西瓜。当待测组织样液中含有维生素C时，用斐林试剂检测组织样液中的还原糖，维生素C会在一定程度上干扰检测结果
［4］。小组3经讨论后设计并验证实验，如
表1所示。
学生观察实验现象后发现：对比试管编号3、4可知，当溶液中有等量的维生素C时，反应后的溶液颜色一样，都为橘黄色，比果糖溶液反应后生成的砖红色偏黄；对比试管编号4、5发现，维生素C含量增加，反应后溶液颜色呈现黄绿色。由此得出结论：果汁中的维生素C影响实验结果，且维生素C含量越多，反应后颜色越偏绿。因此，柠檬汁反应后呈现墨绿色，是由于柠檬富含维生素C。
师（提问）：基于化学学习的维生素C的性质，有没有避免维生素C对实验影响的方法？
小组4成员经讨论后回答：维生素C可能与斐林试剂中的二价铜离子发生还原反应，消耗掉一部分铜离子，从而导致用于鉴定还原糖的铜离子量减少。
是否可以加大斐林试剂的浓度，以减少维生素C对实验的干扰？学生设计实验，其结果如
图3所示。
学生分析实验结果后得出结论，斐林试剂/维生素C浓度比越大，维生素C对实验的影响越小。因此，在鉴定苹果汁还原糖含量时，需要增加斐林试剂的用量。
设计意图：引导学生深入分析实验结果，促其综合运用多学科知识解决问题；进一步探讨水果甜度与还原糖含量之间的关系，培养学生的批判性思维和解决问题的能力，从而更全面地理解水果甜味的来源，提升科学探究的深度和广度。
4 实验总结
该实验在教材实验基础上进行创新，将以往验证性的定性实验提升为探究性的定量实验，将生物学实验教学转变为双师模式下跨学科实验教学。实验结束后，师生对此次实验进行总结，得出以下结论。
（1） 水果颜色对实验结果影响不大，若担心有影响，则可以采用吸色片吸去色素后再进行实验，或采用滴定实验鉴定。
（2） 不同的生物样品与斐林试剂反应会产生不同颜色，这主要是与生物样品中的还原糖含量有关。
（3） 小组合作探究、综合实践等活动，极大地调动了参与度低、不善言谈的学生的实验积极性。
5 教学反思
该项目以学生问题为载体，调动学生参与实验设计、实验实施的积极性。学生在实验过程中能够发现问题、设计实验、创新实验、解决问题。在实验结果应用方面，学生能将比色卡与生活实际相联系，体现了解决生活实际问题的能力。在活动中，通过生生互动、师生互动，学生初步掌握了科学探究的一般流程，其自我探究能力、团队协作能力、科学思维以及科学探究能力都得到了提升。该实验为高中生物学阶段的开篇实验，此次创新设计的成功必然对后续实验课程的开展产生积极的引导作用。
湖南省教育学会“十四五”教育科研课题“基于深度学习的高中生物学核心素养跨学科教育模式研究”(A-369)
2023年度湖南省社会科学成果评审委员会一般课题“推进湖南省中学STEAM教育的实践研究”(XSP2023JYC260)
第二届湖南省基础教育教学改革项目“基于深度学习的高中生物学‘模型中心’课堂范式的研究”(Z2024015)
京公网安备11010202008535号
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