科學(xué)探究下的高中生物教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“酶的作用和本質(zhì)”為例

簡(jiǎn)海霞 湖南科技大學(xué) 湖南湘潭 411201

核心素養(yǎng)是教學(xué)育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，具體體現(xiàn)在學(xué)生通過各個(gè)學(xué)科學(xué)習(xí)從而形成的正確價(jià)值觀念、必備品格以及關(guān)鍵能力。生物學(xué)科素養(yǎng)是由生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等方面發(fā)展核心素養(yǎng)。生物學(xué)教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中生物學(xué)問題，并且針對(duì)某些生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行提問，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)施方案，最后進(jìn)行討論的科學(xué)探究過程。筆者本節(jié)課內(nèi)容通過實(shí)驗(yàn)，多媒體以及學(xué)生扮演科學(xué)家的三個(gè)部分教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 教材分析

人教版的高中生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》必修一第五章的第一節(jié)是“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”。本節(jié)課的重點(diǎn)是酶的作用和本質(zhì)，教學(xué)難點(diǎn)是活化能在酶的作用下降低的理解和控制變量法的運(yùn)用。在初中接受消化酶為基礎(chǔ)以及“生命活動(dòng)承擔(dān)者‘蛋白質(zhì)’”一節(jié)也有酶的作用闡述，對(duì)酶的作用有所接觸后，再展開酶的作用原理的介紹，知識(shí)呈現(xiàn)層層遞進(jìn)。酶的引入是從細(xì)胞開始，細(xì)胞無時(shí)不刻進(jìn)行著化學(xué)反應(yīng)，其中產(chǎn)生的有害物質(zhì)要進(jìn)行分解以及需要能量保證反應(yīng)的正常進(jìn)行，因而在學(xué)習(xí)細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)輸之后，引入酶的作用和本質(zhì)以及酶的特性學(xué)習(xí)是起著承上啟下作用，為后面細(xì)胞的能量和供應(yīng)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）能夠解釋生活中有關(guān)酶參與反應(yīng)的實(shí)踐事例。如：對(duì)加酶產(chǎn)品的使用的依據(jù)以及使用注意的事項(xiàng)的解釋。

（2）在實(shí)驗(yàn)操作和觀察中，能夠掌握科學(xué)探究中控制變量法原則。課堂中的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的簡(jiǎn)單而有效方法，將實(shí)驗(yàn)的引入可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維。

（3）能夠自主的填寫表格，畫出圖示來表達(dá)酶的作用機(jī)制的理性思維。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作和對(duì)象的觀察后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理產(chǎn)生興趣，如果直接講授實(shí)驗(yàn)原理，告訴學(xué)生發(fā)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因，學(xué)生會(huì)覺得知識(shí)抽象也易遺忘。

（4）合作學(xué)習(xí)中嘗試擔(dān)任科學(xué)家角色，感受科學(xué)探究歷程中學(xué)習(xí)其精神?？茖W(xué)史重現(xiàn)方式，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的思考與研究生命現(xiàn)象的歷程，學(xué)會(huì)承擔(dān)責(zé)任。

3 設(shè)計(jì)思路

實(shí)驗(yàn)課的開展一般在實(shí)驗(yàn)室，而在條件允許的情況，在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有利于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)又不耽誤授課課時(shí)。多媒體的應(yīng)用讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的呈現(xiàn)有著直觀的認(rèn)識(shí)，但是筆者發(fā)現(xiàn)在課堂中如果學(xué)生只是走馬觀花似的觀看精美的多媒體課件，沒有帶著問題進(jìn)行思考和總結(jié)，課堂效果不佳。實(shí)施改進(jìn)措施讓教師創(chuàng)設(shè)問題學(xué)生參與解決。最后對(duì)科學(xué)史的合理應(yīng)用，是加深學(xué)生對(duì)科學(xué)探究過程理解?？傊瑢W(xué)生對(duì)生對(duì)生物相關(guān)問題能夠找到資料，設(shè)計(jì)方案，展開交流這個(gè)過程中不斷地改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，提高了自身科學(xué)素養(yǎng)。

4 教學(xué)過程

4.1 聯(lián)系生活，引入新課

生活當(dāng)中，我們吃飯或吃饅頭咀嚼，含在口腔中時(shí)間越長(zhǎng)，就越感覺甜，這是在初中我們知道饅頭變甜是因?yàn)橥僖褐泻型僖旱矸勖?，使得葡萄糖分解為麥芽糖，因而嘗起來便有甜甜的味道。那么唾液淀粉酶，為什么能將淀粉分解？它的本質(zhì)是什么？教師引導(dǎo)學(xué)生思考。設(shè)計(jì)意圖：聯(lián)系生活實(shí)踐即回顧初中內(nèi)容，學(xué)生主動(dòng)參與課堂，教師進(jìn)一步提出相關(guān)的問題，引發(fā)學(xué)生積極思考從而產(chǎn)生探索新知的興趣。

4.2 組織實(shí)驗(yàn)，科學(xué)探究

在課前讓學(xué)生們查找過氧化氫相關(guān)的資料，提出改變不同的條件下分解過氧化氫的速率是怎樣變化的？讓學(xué)生們先做出假設(shè)，考慮實(shí)際情況下對(duì)設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)過程學(xué)生對(duì)材料的獲取以及實(shí)驗(yàn)條件控制進(jìn)行思考，讓學(xué)生參照課本以及其它資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的確定。

在課堂上的實(shí)驗(yàn)條件有限，學(xué)生討論的結(jié)果讓開水放在保溫壺中，其它的器材如同書本列出步驟。實(shí)驗(yàn)前選出六個(gè)同學(xué)分為三組，實(shí)驗(yàn)共有四組，第一組不做任何處理，三組同學(xué)所做的是改變的變量，分別是第二組將試管放在90攝氏度水中水浴，第三組和第四組分別放入兩滴的三氯化鐵溶液，新鮮的肝臟研磨液。實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生們規(guī)范的完成實(shí)驗(yàn)步驟后，等待2-3min后走下講臺(tái)，一邊將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香分別放在各組試管中，讓同學(xué)們觀察衛(wèi)生香的燃燒情況，小組討論。

教師在學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排后，布置相關(guān)的作業(yè)任務(wù)完成PPT上的表格填寫，在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行以下提問：

（1）與1組相比，2組試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明了什么？

（2）在細(xì)胞生活壞境中，能夠通過加熱的方式來提高反應(yīng)速率嗎？

（3）3組和4組未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生說明了什么？

（4）3組試管和4組試管相比較，哪支試管中的反應(yīng)速率快？這說明了什么？

（5）實(shí)驗(yàn)遵循的原則是什么？

表1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄

請(qǐng)學(xué)生思考和討論后，小組組長(zhǎng)總結(jié)答案后進(jìn)行回答。設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)再將實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施，完成科學(xué)探究的整個(gè)過程。將全班分為小組，請(qǐng)出小組中兩位成員在講臺(tái)上做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)注意小組成員的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)有利于教師輔助指導(dǎo)學(xué)生們規(guī)范操作，起到良好的展示作用。在課堂中，有實(shí)驗(yàn)的演示，讓學(xué)生們直觀的看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象聯(lián)系實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行思考討論。有些學(xué)生看到衛(wèi)生香的迅速?gòu)?fù)燃會(huì)情不自禁的感到很驚奇，對(duì)沒有復(fù)燃的試管會(huì)產(chǎn)生疑問，自主的探索原因。當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成后學(xué)生們自主的填寫PPT的表格內(nèi)容，在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行總結(jié)。填寫表格是學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)相關(guān)總結(jié)，進(jìn)行提問培養(yǎng)科學(xué)探究思維。

4.3 動(dòng)畫播放，難點(diǎn)突破。

完成表格相關(guān)想象分析之后，可以得出酶具有催化作用，那么接下來通過2min的動(dòng)畫視頻一起探討催化作用原理是什么？教師首先介紹動(dòng)畫中活化能的概念。然后讓學(xué)生仔細(xì)觀察動(dòng)畫，動(dòng)畫中有常態(tài)分子，活躍分子，活化能作為擋板，開始在常態(tài)下，分子不能跳過動(dòng)畫擋板到達(dá)另外一端，再次展現(xiàn)的是加熱、Fe3+以及過氧化氫酶的條件下，分子通過活化能擋板的情況。最后教師提問：加熱為什么能提高H2O2的分解效率？學(xué)生可以看到分子加熱時(shí)跳過擋板的是活躍分子。緊接著提問：加無機(jī)鹽Fe3+以及過氧化氫酶是分子是以什么方式成功的跳過活化能擋板的，這兩種物質(zhì)哪種作用更顯著？學(xué)生通過觀看動(dòng)畫，回答問題。教師進(jìn)一步要求學(xué)生以反應(yīng)過程為橫軸，能量為豎軸，在草稿紙上畫出酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能圖解，隨機(jī)抽取兩位同學(xué)在黑板上畫出其示意圖。

設(shè)計(jì)意圖：在觀看動(dòng)畫的直觀演示和學(xué)生自主的繪制曲線示意圖，教師的提問有效地解釋酶能顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能機(jī)制，同時(shí)讓學(xué)生分析信息獲得與有效處理數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)圖表信息轉(zhuǎn)化與模型構(gòu)建能力建立了基礎(chǔ)。在不同條件下，化學(xué)反應(yīng)不同的結(jié)果，使得學(xué)生對(duì)控制變量法進(jìn)一步理解，學(xué)會(huì)解釋酶降低化學(xué)反應(yīng)的活化能生物現(xiàn)象的理性思維。

演講完畢幾位同學(xué)都下了講臺(tái)，教師總結(jié)酶的本質(zhì)和來源，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探索的過程是不斷補(bǔ)充和完善的，這需要科學(xué)家們反復(fù)猜想，不畏困難去探索和實(shí)踐。

設(shè)計(jì)意圖：在這課程前，學(xué)生自主合作進(jìn)行解說，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)擔(dān)當(dāng)能力，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)精神。在教學(xué)中利用科學(xué)史歷程有利于學(xué)生站在科學(xué)家的角度去思考問題，同時(shí)學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)思維嘗試解決生活實(shí)際問題，學(xué)習(xí)科學(xué)家對(duì)酶的本質(zhì)孜孜不倦的探究精神，以及對(duì)成功路上的困難堅(jiān)持不懈的努力可貴精神。

5 教學(xué)總結(jié)

本文在課堂教學(xué)中，首先教師組織學(xué)生進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，自主討論分析回答表格內(nèi)容。其次講解原理通過動(dòng)畫的觀看，學(xué)生自主繪圖的形式得出結(jié)論。教師在組織教學(xué)中，聯(lián)系生活實(shí)踐引發(fā)學(xué)生思考，實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)和科學(xué)家探究實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷，增加探究生命科學(xué)的興趣，同時(shí)掌握科學(xué)探究的基本思路和方法運(yùn)用于生活實(shí)踐。