李 硕 邓晨晖 刘本举
（首都师范大学附属中学 北京 100048）
一次高中生物必修1第2章“物质鉴定”的实验课中，学生不慎将碘液滴在了学案上，结果打印纸呈现出了蓝色。学生对这一现象感到非常意外和疑惑——该现象是什么原因造成的？打印纸中是否含有淀粉？
授课教师也是第一次观察到此现象，并意识到这是利用学生的好奇心进行实验探究的良好契机，因此，在课后开放实验室，召集感兴趣的学生完成这个研究性学习活动，要求学生提出假设、设计并实施实验，最终得出结论，解释上述现象。本文以最完善、最典型的学生设计案例为例，提供可借鉴的研究性学习资源设计和实施方案。
学生经过分析、思考提出2种假设：1）碘液存在问题，呈现假阳性结果；
2）碘液没有问题，打印纸中含有淀粉。针对这2种假设，学生分别设计实验，进行实验验证。
2.1 验证碘液是否存在问题 学生认为如果碘液不适于淀粉鉴定有2种表现：遇到淀粉时不显蓝色，呈现假阴性结果；
遇到非淀粉类物质时呈现出蓝色，呈现假阳性结果。对应的解决办法是设置阳性对照和阴性对照。
尽管大多数学生尚未学习阳性对照、阴性对照这样的概念，但仍分析出第2种情况会造成打印纸含淀粉的假象，并给出了解决问题的实际方案：向明确不含淀粉的物质中滴加碘液，观察其颜色变化。学生选择向实验室常见的还原糖、蛋白质溶液中分别滴加碘液，没有出现变蓝的现象。初步判定碘液没有问题，否定了假设1。
2.2 验证打印纸中是否存在淀粉 打印纸遇碘液变蓝是否因为其中确实含有淀粉？这正是学生需要探究的第2个问题。很多学生在思考如何解决这个问题时遇到困难，他们的主要思路是提取出打印纸中的淀粉，或用其他检验淀粉的试剂进行检验，但利用现有的知识储备都很难做到。此时，教师给出了“做减法”的思路：能否设法去除纸张中的淀粉？如果去除了打印纸中的淀粉，再滴加碘液不出现蓝色，是否就证明打印纸中确实含有淀粉？
“做减法”通常需要借助于酶，学生在初中时也接触过淀粉酶的有关实验，很快联想到可利用淀粉酶处理打印纸。鉴于学生没有系统地学习过有关酶的知识，教师提醒学生：淀粉酶需要溶解在水中并保持一定的反应温度，应排除加水、加热等处理本身可能对打印纸产生的影响。
经过讨论，学生决定采用对照实验的方案：取2份等质量的打印纸，置于盛有蒸馏水的小烧杯中，其中一份加入适量淀粉酶，另一份不加酶作为对照。之后，将小烧杯置于淀粉酶最适温度水浴一段时间，取出打印纸滴加碘液，观察现象。学生也对实验结果进行了预测：对照组的打印纸滴加碘液后仍会变蓝，实验组的打印纸滴加碘液不变蓝。按照该方案进行实验后，结果与预期一致（图1）。通过上面一系列的探究实验，得出结论：打印纸含有淀粉。
图1 未经淀粉酶处理（左，变蓝）与经淀粉酶处理（右，不变蓝）的打印纸碎片滴加碘液后的颜色变化
课后，学生查阅了相关资料，发现在造纸过程中添加淀粉可提高纸制品的干强度，市售的打印纸中都含有一定量的淀粉[1]。但学生之前不了解这些情况，其前概念一般是“纸的主要成分是纤维素，不可能含有淀粉”或“淀粉是一种食物，不可能出现在纸中”。因此，当他们发现打印纸加碘变蓝后，就会产生认知冲突。如果此时布置作业，要求学生直接查阅资料确定打印纸等纸张中是否含有淀粉，就丧失了一次有效的探究机会。而通过启发、引导，学生经历提出问题、设计方案、进行实验的过程，在力图解决冲突时学习主动性极大提高[2]，同时更有效提升其思维能力和实验设计能力。
生物学是一门以实验为基础的自然科学，生物学概念的建立离不开实验。物质鉴定实验可帮助学生理解生物的物质性，并初步形成物质组成结构、结构决定功能的生命观念（结构与功能观）。本次“意外发现”引出的一系列探究，使操作极为简单的淀粉鉴定实验成为让学生深入思考下列问题的契机：物质鉴定的结果是否一定可信？如何验证其可信度？若实验现象与预期不符，该如何解释？只要深入挖掘，任何实验都能成为学生探究、学习、提升核心素养的突破口。经过本次探究，教师在课下进行了几次实验，在此对纸张与碘液的显色反应进行2点说明：1）由于打印纸中的淀粉含量较低，在碘液浓度较高时，本身的棕黄色会掩盖住显色反应的蓝色，使结果不明显。如果想观察到比较明显的现象，需要适当降低碘液浓度。2）尽管淀粉在造纸工艺中广泛应用，但并不是所有的纸制品中都含有淀粉，不同类型的纸淀粉含量也不相同。打印纸淀粉含量较高，现象较为明显；
滤纸则不含淀粉，不会呈现出蓝色（图2）。
图2 碘液滴加在2种典型的纸张上所呈现出的不同颜色
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