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视频课题：第五届全国高中综合实践说课微课视频《见识饮料中的甜蜜—直接滴定法测量还原糖》北京
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国高中综合实践微课视频《见识饮料中的甜蜜——直接滴定法测量还原糖》北京市第二十五中学高中其他
见识饮料中的甜蜜——直接滴定法测量还原糖
北京市第二十五中学 刘佳
一、 使用教材
综合实践活动 自主选题 参考《GB 5009.7-2016 食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》
二、 实验器材、试剂
（一） 器材
天平、4个量筒（10ml）、4个滴管、1个烧杯（50ml）、1支酸式滴定管（25ml）、2支玻璃棒、 1个容量瓶（100ml）、1个锥形瓶（100ml）、滴定架、电热炉（500W）、石棉网、防爆珠、试管刷
（二） 试剂
硫酸铜、亚甲蓝、酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氰化钾、葡萄糖、盐酸、蒸馏水
1.试剂配制
碱性酒石酸铜甲液：称取15g硫酸铜及0.05g亚甲蓝，溶于水中并稀释至l000 ml。
碱性酒石酸铜乙液：称取50g酒石酸钾钠及75g氢氧化钠，溶于水中，再加入4g亚铁氰化钾，完全溶解后，用水稀释至1000 ml贮存于橡胶塞玻璃瓶内。
标定用盐酸溶液：量取盐酸50ml，加水50ml。
标定用葡萄糖标准溶液：准确称取l.0000g经过96±2℃干燥2h的纯葡萄糖，加水溶解后加入5 ml盐酸，并以水稀释至l000 ml。此溶液每毫升相当于1.0mg葡萄糖。
2.材料
水溶C100饮料等常见含糖饮料。
三、 实验创新要点、改进要点
参考北京农学院食品检测专业老师建议，考虑高中硬件条件、药品安全、实验时长，实验效果、兼顾科学性与生活性，进行创新实验探究。
根据学生课题探究需求，开发课本以外的实验，将定性实验延伸成定量实验，水到渠成的增加学生学习经历与体验，强调学生主体探究、教师过程指导的新学习模式。
依据高中实验条件进行实验改造，弃用还原糖测量的高锰酸钾滴定法，避免使用易制爆药品高锰酸钾。弃用工业生产所用的折光仪测量法。改良直接滴定法所用试剂，使用亚甲蓝、酒石酸钾钠和亚铁氰化钾，不使用刺激性强的冰乙酸、很少使用的乙酸锌，达到同样的科学实验要求，简化实验流程，使定量实验在正常教学课时要求下完成。
明确实验意义，落实教学的情感态度价值观目标，避免资源浪费，不进行高成本的社会科研检测，低成本、高效益的开发中学实验内容。
表1、 实验创新点
比对项目 高中课本 实验创新
教材 课本教材（人教社） 参考《GB 5009.7-2016 食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》
原理 生物组织溶液中的还原糖与斐林试剂发生化学反应，生产砖红色沉淀。证明溶液中含有还原糖。定性实验 二价铜全部被还原后，稍过量的还原糖把亚甲基蓝还原，溶液由蓝色变为无色，即为滴定终点。根据样液消耗量可计算还原糖含量。定量实验
材料 葡萄糖（梨汁）纯度高 日常生活学生常饮用的含糖饮料
目的 学习生物体的物质组成 关注生活来源，人体健康，研究性学习探究需求。
（一）关于实验材料的选择
器材和试剂都是高中可以找到、使用的。改进是不仅有硫酸铜和氢氧化钠，还添加了其他试剂，达到不仅是定性溶液中含有还原糖的结果，还可以实现学生所说的定量测量预期。
1．课题小组的同学前期进行“班级垃圾桶饮料瓶调查”发现，中学生常饮用的饮料品种多样，可以选择几个大的分类进行实验比较，如运动饮料，茶饮料，果汁饮料，碳酸饮料。待测液的选择充分体现了研究性学习的选题特点：关注生活，调动学生探究兴趣。
2．对于不同的材料需要进行前期处理，如茶饮料中的颜色，碳酸饮料中的二氧化碳，果汁饮料中的固形物，可用不同方法进行处理：
（1）茶饮料的样本经过更大倍数的稀释。
（2）碳酸饮料在水浴锅中微加热搅拌除去二氧化碳。
（3）固形物用干燥滤纸进行过滤，取滤液使用。
（二）实验原理的学习
本部分内容较为复杂，并不要求同学记忆，会分析、接受实验终点的现象判断就可以。就是要培养学生学会学习。
（三）关于碱性酒石酸铜溶液的标定
1．中学生对于溶液标定的意义还没有接触
2．可以进行讲解。可以利用“尺子”的概念
标定，就是精确测出某溶液的浓度,一般这种溶液在接下去的实验中要作为标准溶液。这就是测量还原糖含量的“尺子”。用葡萄糖标准溶液来标定碱性酒石酸铜溶液，方法是：吸取碱性酒石酸铜甲乙液各5.0 ml，置于150 ml锥形瓶中，加水10 ml，加入玻璃珠3粒。从滴定管滴加约9 ml葡萄糖标准溶液，控制在2min内加热至沸，趁热以每2秒l滴的速度继续滴加葡萄糖标准溶液，直至溶液蓝色刚好褪去为终点。记录消耗葡萄糖标准液的总体积，平行操作三份，取其平均，按下式C×V1，C：葡萄糖标准溶液的浓度，mg/ ml，V1：标定时消耗葡萄糖标准溶液的总体积ml，计算出10ml碱性酒石酸铜溶液相当于葡萄糖的质量，mg。标定的工作由老师带领部分同学实验准备时完成。
（四）实验结果现象的判断（实验原理）
高中生物有关于还原糖检测的实验，但只是定性实验，没有定量分析，所以只是根据氧化亚铜沉淀现象出现与否进行判断。本实验是定量实验，如果进行颜色深浅的比色，结果有较大的人为影响因素，所以改用颜色消退的现象进行终点结果的判断。
（五）实验条件的要求
1．高中的显色鉴定实验是50-65℃水浴2分钟，而定量实验要求的反应条件更为苛刻。滴定必须在沸腾条件下进行，其原因一是可以加快还原糖与二价铜离子的反应速度，二是亚甲蓝变色反应是可逆的。还原型亚甲蓝遇到空气中氧时，又会被氧化为氧化型。此外，氧化亚铜也极不稳定，易被空气中的氧所氧化。保持反应沸腾可防止空气进入，避免亚甲蓝和氧化亚铜被氧化而增加耗糖量。
2．因溶液沸腾温度较高，增加安全性，添加了防爆沸玻璃珠，并且强调小组合作，有人滴定，有人读数。
四、实验原理
将一定量的碱性酒石酸铜甲、乙液等量混合，立即生成天蓝色的氢氧化铜沉淀，这种沉淀很快与酒石酸钾钠反应，生成深蓝色的可溶性酒石酸钾钠铜络合物。在加热条件下，以亚甲蓝作为指示剂，用样液滴定，样液中的还原糖与酒石酸钾钠铜反应，生成红色的氧化亚铜沉淀，在碱性酒石酸铜乙液中加入了少量亚铁氰化钾，红色氧化亚铜与亚铁氰化钾生成可溶性的复盐，待二价铜全部被还原后，稍过量的还原糖把亚甲蓝还原，溶液由蓝色变为无色，即为滴定终点。根据样液消耗量可计算还原糖含量。利用思维导图的形式，总结如下：
图1、 实验原理思维导图
五、实验教学目标
（一）知识目标
1．能概述直接滴定法测量还原糖的原理与方法。
2．通过实验的过程和结果，能说出常见的饮料中的还原糖含量情况。
（二）能力目标
1．能独立完成直接滴定法测量还原糖的实验。
2．运用本实验中的操作技术，尝试探究解决相关问题的能力。
（三）情感目标
1．得出实验结果，享受成就感。
2．愿意合作，并且发现合作的重要性与乐趣。
3．乐于把所学知识联系、贯彻到实际健康生活的选择中。
4．发现能够通过多种方式解决生活问题，激发了再探究的愿望。
主要是情感目标，落实科学精神、学会学习、健康生活、实践创新四大核心素养的培养。
六、实验教学内容
（一）学生情况背景
学习了一定生物、化学知识，关注个人健康，但在生活消费中忽视细节，缺少对所学知识的应用。具备了一定动手实践的能力，愿意探究，愿意合作，但传统课堂教学这种机会并不多。
（二）学校硬件背景
考虑实验安全性和科学性，注重实验结果的呈现、实验时长的控制，完成还原糖的定量测量。
（三）教学内容
通过前期小组调查，同学们关注饮料中还原糖含量的问题。结合所学化合物显色反应实验，对实验探究还原糖在饮料中的含量有浓厚兴趣。教师引导学生利用大学专业知识背景，结合高中实验硬件条件，组装实验仪器、设计合理步骤并合作完成实验操作，对常见饮料中还原糖的含量进行测量，获得一手数据，交流实验结果，分析误差原因，填写实验报告，进行小组评价。
七、实验教学过程
图2、 教学过程
（一） 实验引入
图3、 学生展示文献法“NRV”概念
表2、 引入环节师生活动
学生活动 教师活动
1、发现问题，使用文献法解决了概念问题。提议大家关注生活细节，选择健康生活方式。
2、对实验探究充满兴趣。 1、组织一个小组进行班级调查汇报。
2、用文献法、访谈法、调查法等研学方法，从不同角度深入课题研究。
3、结合学科知识和学校实验条件，选择测量饮料中还原糖的含量。
首先，请前期提出实验想法的小组进行调查展示，用文献法解决实验中科学概念“NRV”概念的含义，很好的带动其他同学的行动。
教师鼓励、表扬同学们关注生活细节，提出还可以用文献法、访谈法、调查法等研学方法，从不同角度深入课题研究，选择健康生活方式。
然后根据学科知识和学校实验条件，明确课题——用直接滴定法测量饮料营养成分标签中的“碳水化合物”中的“还原糖”含量。
实践了创新素养的培养。
（二）实验设计
图4、 “实验原理”学习用PPT
首先分析定量测量的实验原理。用思维导图的形式化繁为简，培养学生学会学习。然后梳理出实验步骤。
图5、 “实验步骤”学习用PPT
学生绘制实验装备图并组装。
教师讲解滴定管的作用、防爆珠的作用、电炉使用安全。
加强学生信息提取、归纳、总结能力的训练。理解科学实验条理性的重要价值，做好实验操作准备。
（三）实验操作
图6、 学生实验操作
学生合作完成实验操作。内化实验原理，动手操作能力的培养，愿意小组合作。
某饮料2毫升，定容至100毫升容量瓶，倒入滴定管，排气，记录初始刻度。
酒石酸铜甲液和乙液各5毫升，加入10毫升蒸馏水，倒入锥形瓶，放防爆珠。
组装滴定设备。C石棉网，电炉，加热，滴定速度，管口位置防可逆反应，观察颜色从蓝至无色变化，小组合作，记录终点刻度。
教师巡视，解决问题。
（四）分享交流
图7、 结果计算公式
表3、 结果数据
项目 V2平均值（ml） X=还原糖%
果汁类饮料A 6.3 7.94
果汁类饮料B 6.8 7.35
果汁类饮料C 7.5 6.67
茶饮料 6.5 7.69
运动饮料 43.3 1.15
学生分享自己的实验数据，通过计算，得出结果，共有50名同学测量了5种常见饮料，每种饮料做了5次重复，测量出V2值，见上表，进行误差分析，两次独立测定结果的绝对差值不超过算术平均值的5%，数据符合要求。同时，同学们能够指出实验标定的重要意义，领会实验需要对比、重复的原则。填写实验报告（见附件1），分析可能造成实验误差的原因。比对饮料间的差异，关注结果带来的饮食习惯的变化。组长进行组员评价（见附件2）。体会科学精神需要严谨与完整，享受成就感。乐于把所学知识联系、贯彻到实际健康生活的选择中。
最后，介绍生产实际的延伸：折光仪和本实验不能解决的问题，如饮料中非还原糖蔗糖的情况。引起同学再探究的兴趣，推进课题的后续发展。
八、实验效果评价
（一）分析能力的提升
通过引导学生回忆高中实验操作，培养学生发现问题并指出解决问题的思路。根据老师提供的资料，对信息进行分析整合，提出合理的实验步骤建议。
（二）操作能力的提升
整个实验操作使同学认识到定量实验操作严谨性的必要，需要考虑的问题逐渐增多，使用的仪器，操作步骤更多，操作能力提升的空间很大。
（三）本实验现象明显，实现把所学知识联系、贯彻到实际健康生活的选择中，落实科学精神、学会学习、健康生活、实践创新四大核心素养的培养。
（四）学生发挥主体作用，教师发挥主导作用，确定实验方案，前期培养个别同学，实验过程中控制实验安全，组织学生进行实验评价，课题延伸，分析实验误差和不足，推进后续课题探究的进展。实现把所学知识联系、贯彻到实际健康生活的选择中，落实科学精神、学会学习、健康生活、实践创新四大核心素养的培养。
附件：1
实验报告
实验：直接滴定法测量还原糖
实验原理：将一定量的碱性酒石酸铜甲、乙液等量混合，立即生成天蓝色的氢氧化铜沉淀，这种沉淀很快与酒石酸钾钠反应，生成深蓝色的可溶性酒石酸钾钠铜络合物。在加热条件下，以亚甲蓝作为指示剂，用样液滴定，样液中的还原糖与酒石酸钾钠铜反应，生成红色的氧化亚铜沉淀，在碱性酒石酸铜乙液中加入了少量亚铁氰化钾，红色氧化亚铜与亚铁氰化钾生成可溶性的复盐，待二价铜全部被还原后，稍过量的还原糖把亚甲蓝还原，溶液由蓝色变为无色，即为滴定终点。根据样液消耗量可计算还原糖含量。
实验设备：学生组装、绘制
葡萄糖溶液（标定） 饮料A X的平均值： 饮料B •••
实验结果处理：计算公式（需要标定）
第一次
第二次
第三次
实验步骤：
1、滴定管中添加饮料（等量）：饮料2ml，定容至100ml烧杯中，放入滴定管（25ml）
2、三角瓶中放置斐林试剂（需要改进）：甲乙各5ml，加水10ml，2分钟内容煮沸
3、读数（需要改进：颜色消失的读数）
4、水浴条件，注意安全 防止可逆反应
附件：2
组长评价表：
班级： 姓名： 总分：
项目 等级 得分
积极回答老师、同伴提出的问题 A 20分 B15分 C10分 D5分
实验过程积极主动，参与度高 A 20分 B15分 C10分 D5分
愿意合作 A 20分 B15分 C10分 D5分
全程注意安全，操作熟练 A 20分 B15分 C10分 D5分
完成实验分配的任务，误差可控 A 20分 B15分 C10分 D5分
作者姓名：刘佳
单位名称：北京市第二十五中学
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视频来源：优质课网 www.youzhik.com
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