核心素養(yǎng)導(dǎo)向下情境創(chuàng)設(shè)的教學(xué)實(shí)踐
——以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”為例

張恒澤

(江蘇省鹽城市亭湖高級(jí)中學(xué) 鹽城 224005)

隨著江蘇新高考方案的實(shí)施，啟動(dòng)的新一輪課改提出了課堂教學(xué)要以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向。生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等構(gòu)成了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中指出：“讓學(xué)生身臨其境參與實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)踐活動(dòng)，幫助學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)的知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作、觀察、科學(xué)思維、表達(dá)等方面的能力”，并強(qiáng)調(diào)“參與生物科學(xué)技術(shù)有關(guān)的社會(huì)問題的討論和決策，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自然和社會(huì)的責(zé)任感，提高科學(xué)素養(yǎng)”[1]。教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)是情境教學(xué)的核心，有價(jià)值的教學(xué)情境是與學(xué)生的思維發(fā)展相適應(yīng)的，能夠挖掘和聯(lián)系學(xué)生的生活，在具體的情境中滲透核心素養(yǎng)促使學(xué)生的思維品質(zhì)和認(rèn)知能力得以提升，改變了以往對(duì)知識(shí)的“授受”模式，注重在具體的情境中通過實(shí)踐與思考主動(dòng)獲取知識(shí)后所能折射出的精神氣質(zhì)，最終使學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)的形成獲得質(zhì)的飛躍。筆者以人教版高中生物學(xué)教材中“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”一節(jié)為例，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，探討在具體情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)中如何去培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

1 借“核心概念”的陌生情境培養(yǎng)生命觀念

核心概念是具有遷移價(jià)值和持久價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法。生命觀念的形成就應(yīng)該讓學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念有較好的理解，以生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向?qū)诵母拍畹慕虒W(xué)不能僅停留在事實(shí)的呈現(xiàn)，應(yīng)該讓學(xué)生在自主探究中自我構(gòu)建和理解核心概念的內(nèi)涵。

“活化能”是酶催化中的核心概念，概念非常抽象，如果只憑教師空洞的講解，學(xué)生確實(shí)難以理解，不能掌握其本質(zhì)的含義，在酶催化具有高效性的實(shí)驗(yàn)中，筆者讓學(xué)生思考比較H2O2在加熱、催化劑條件下的分解，你認(rèn)為應(yīng)該要做幾組實(shí)驗(yàn)？出現(xiàn)兩組及以上組別的實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為試管如何區(qū)分？學(xué)生分組討論后每個(gè)小組取出三支干凈并且相同規(guī)格的試管，三支試管均放入2 mL的H2O2溶液，分別編號(hào)為1、 2、 3，1號(hào)試管先不做任何處理，2號(hào)試管加入2滴FeCl3溶液，3號(hào)試管加入2滴新鮮的肝臟研磨液，1號(hào)試管在常溫條件下釋放的氣泡不明顯，2號(hào)試管釋放氣泡數(shù)量較多，3號(hào)試管釋放大量的氣泡，教師提問： 為什么2號(hào)和3號(hào)試管釋放的氣泡比一號(hào)試管多？(因?yàn)榧恿舜呋瘎?教師追問： 為什么3號(hào)試管釋放的氣泡更多更明顯？(因?yàn)榧尤肓诵迈r的肝臟研磨液，研磨液中含有H2O2酶，說明有機(jī)催化劑酶的催化效果比無機(jī)催化劑效果顯著。)教師繼續(xù)追問： 原因是什么？酶催化的本質(zhì)是什么？學(xué)生討論熱烈，這時(shí)教師啟發(fā)學(xué)生把1號(hào)試管加熱試試，不同小組的學(xué)生都發(fā)現(xiàn)在加熱條件下1號(hào)試管也能釋放出氣泡，并且加熱的一定范圍內(nèi)溫度越高，釋放氣泡的速率相對(duì)越快，此時(shí)教師順勢(shì)提出疑問： 為什么2號(hào)和3號(hào)試管均沒有加熱反而釋放更多的氧氣呢？這時(shí)引入“活化能”的概念時(shí)機(jī)比較恰當(dāng)，剛剛不同的小組給1號(hào)試管加熱使得H2O2從常態(tài)變成容易分解的活躍的狀態(tài)所需的能量就叫“活化能”，學(xué)生開始議論起來，那用了催化劑實(shí)質(zhì)上就是降低了反應(yīng)的活化能，并且酶降低活化能的效果更顯著，進(jìn)而對(duì)“活細(xì)胞中每時(shí)每刻進(jìn)行的許多化學(xué)反應(yīng)都需要有酶催化”有了深層次理解。通過學(xué)生動(dòng)手、教師引導(dǎo)讓學(xué)生對(duì)“活化能”概念的理解更有層次感，對(duì)酶催化的本質(zhì)也有了進(jìn)一步的了解，能夠形成科學(xué)的物質(zhì)和能量觀，同時(shí)也讓學(xué)生感受用生命觀念去分析生物的統(tǒng)一性和多樣性，并能夠應(yīng)用解決實(shí)際問題，理性認(rèn)知生命活動(dòng)的規(guī)律。

2 借實(shí)際“實(shí)驗(yàn)操作”情境培養(yǎng)科學(xué)思維

科學(xué)思維是基于嚴(yán)密推理和事實(shí)以期達(dá)到相應(yīng)結(jié)論的方法，是一種高質(zhì)量的思維方式，需要思維者運(yùn)用理智標(biāo)準(zhǔn)、邏輯去權(quán)衡事實(shí)，提升思維品質(zhì)[2]。核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的課堂教學(xué)要求學(xué)生能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，在實(shí)驗(yàn)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維。

在探討酶催化具有專一性的過程中，選用的底物是淀粉溶液和蔗糖溶液，分別分裝于兩支試管中編號(hào)為1和2，各2 mL，再分別加入1 mL淀粉酶溶液到1和2兩支試管中，充分反應(yīng)一段時(shí)間后，教師提出用什么方法來鑒定淀粉溶液和蔗糖溶液是不是被水解了？理由是什么？這樣的問題創(chuàng)設(shè)能夠引發(fā)學(xué)生的思考，教師給予學(xué)生大膽發(fā)表個(gè)人見解的機(jī)會(huì)，有學(xué)生回答： 可以用斐林試劑，如果淀粉酶把淀粉水解了就有還原性糖生成，1號(hào)加入斐林試劑水浴加熱就該有磚紅色出現(xiàn)，2號(hào)試管則沒有明顯的顏色變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的確如此。也有學(xué)生回答： 用碘液，因?yàn)榈庖汉偷矸鄯磻?yīng)呈現(xiàn)藍(lán)色，如果淀粉被完全反應(yīng)了，1號(hào)試管則不變藍(lán)，2號(hào)試管也不變藍(lán)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和預(yù)想的一致，這時(shí)教師啟迪學(xué)生的思維，2號(hào)試管也不變藍(lán)能說明淀粉酶把蔗糖溶液催化了還是沒有把蔗糖溶液水解？學(xué)生在思考討論中求真，推選代表回答： 加入碘液根本無法知道究竟淀粉酶有沒有把蔗糖催化水解，所以本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不適宜用碘液檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)是最真實(shí)的情境，觀察會(huì)引發(fā)學(xué)生自發(fā)的思考，激發(fā)學(xué)生的思維，提出質(zhì)疑，這時(shí)就有學(xué)生提出能不能用不同的底物，用相同的酶來做實(shí)驗(yàn)？筆者這時(shí)直接把問題拋給學(xué)生，提醒學(xué)生可以自己動(dòng)手操作，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中有獲得感，通過對(duì)知識(shí)的遷移做深入的思考和體會(huì)，培養(yǎng)科學(xué)思維方法和思維習(xí)慣，注重解決實(shí)際問題的能力，具有更積極的意義。

3 借教材“資料分析”情境培養(yǎng)科學(xué)探究能力

組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，引導(dǎo)學(xué)生閱讀和分析教材中的“資料分析”可以把學(xué)生帶回當(dāng)時(shí)科學(xué)家研究的“真實(shí)情境”，對(duì)科學(xué)家在實(shí)踐過程中的探究精神和探究技能進(jìn)行領(lǐng)悟和挖掘；學(xué)習(xí)科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)過程中遇到新問題時(shí)所持有的觀點(diǎn)、應(yīng)變能力和解決問題的對(duì)策。

教材中通過文字和插圖描述了酶本質(zhì)探索的歷程，展示了科學(xué)家從日常生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)的新問題，通過探究實(shí)驗(yàn)以期去解釋和解決生活中的現(xiàn)象，同時(shí)教材還給學(xué)生呈現(xiàn)了5個(gè)討論題，為了能夠使學(xué)生更加有目的、有針對(duì)性地閱讀和分析討論教材提供的資料，筆者對(duì)討論題進(jìn)行了完善和補(bǔ)充，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整了討論的順序如下： ①在19世紀(jì)歐洲的釀酒業(yè)中，酒常常莫名其妙地變酸引起了科學(xué)家對(duì)什么問題進(jìn)行探究?②巴斯德和李比希的觀點(diǎn)各是什么?各有什么積極意義?有局限性嗎？③從巴斯德和李比希的研究的結(jié)論看，出發(fā)點(diǎn)分別主要是什么?巴斯德和李比希對(duì)酶的本質(zhì)出現(xiàn)爭(zhēng)論的根源是什么?哪位科學(xué)家平息這場(chǎng)爭(zhēng)論？這對(duì)以后研究酶的本質(zhì)起作用嗎?④畢希納的實(shí)驗(yàn)研究過程和得出的結(jié)論?你同意畢希納的研究成果與前人無關(guān)的觀點(diǎn)嗎?⑤科學(xué)家為什么不能證明酶是蛋白質(zhì)?如何證明薩姆納提取出來的脲酶的化學(xué)本質(zhì)是什么？會(huì)是蛋白質(zhì)嗎？為證明脲酶是蛋白質(zhì)，薩姆納用九年時(shí)間，因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)，你認(rèn)為薩姆納成功的原因是什么？⑥在較長一段時(shí)間內(nèi)，科學(xué)家都認(rèn)為酶是蛋白質(zhì)，請(qǐng)問科學(xué)家能夠得出這樣結(jié)論的依據(jù)是什么？⑦在什么時(shí)候哪兩位科學(xué)家否定了酶是蛋白質(zhì)的這個(gè)結(jié)論？⑧對(duì)酶的本質(zhì)的探索對(duì)你有何啟示？⑨請(qǐng)你嘗試給酶下一個(gè)相對(duì)完整的定義？學(xué)生在通過閱讀思考去探尋上述所提問題答案的過程中，體驗(yàn)從生活現(xiàn)象中提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)、分析現(xiàn)象和得出結(jié)論的科學(xué)探究一般思路，在具體的情境中體會(huì)科學(xué)研究過程的艱辛和不易，一個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)結(jié)果的證明需要一代甚至幾代人的堅(jiān)持不懈的努力。學(xué)生在閱讀和分析中對(duì)科學(xué)家探究的艱辛歷程印象深刻，提升了科學(xué)探究的能力。

4 借“媒體廣告”情境培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任

現(xiàn)在很多“廣告”內(nèi)容直指人們?nèi)粘Ｉ罱】抵械囊恍﹩栴}，教師平時(shí)注意在教學(xué)中運(yùn)用生物學(xué)的知識(shí)去認(rèn)識(shí)、理解、分析或解決一些常見的與生活和健康有關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心身邊的與生物學(xué)相關(guān)的事情，嘗試解決生產(chǎn)、生活的問題，能夠?qū)σ恍┏Ｒ姷膯栴}進(jìn)一步作出理性的解釋和判斷。通過選擇貼切的生活實(shí)例能夠引發(fā)學(xué)生的共鳴，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。

筆者課堂上給學(xué)生播放了一段截取的視頻廣告詞“肚子脹、消化不良請(qǐng)用xx牌多酶片”，然后把瓶裝的多酶片呈現(xiàn)給學(xué)生，順勢(shì)提出問題： 你認(rèn)為多酶片中主要含有哪些酶成分？學(xué)生在所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上通過小組合作討論，借助人教版教材83頁上“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”的課后閱讀材料，聯(lián)系生產(chǎn)生活中常見的問題，把學(xué)生已有的生物學(xué)知識(shí)與這些問題聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考和討論分析： ①你認(rèn)為肚子脹影響消化的內(nèi)因和外因分別是什么？②為什么會(huì)有消化不良？③與平時(shí)的飲食習(xí)慣有沒有關(guān)系？④與食物的干凈程度有沒有關(guān)系？⑤與氣候變化和穿衣習(xí)慣有沒有關(guān)系？⑥正常情況下我們應(yīng)該如何預(yù)防消化不良？⑦多食油炸食品對(duì)健康會(huì)有影響嗎？通過這些問題的討論和分析，讓學(xué)生感受到要善待自己，關(guān)愛健康，平時(shí)注意遠(yuǎn)離生冷食品，注意健康飲食的良好生活習(xí)慣。課后閱讀材料中，與生活和健康有關(guān)的內(nèi)容還有“留在牙縫里的實(shí)物殘?jiān)羌?xì)菌的美食，也是導(dǎo)致齲齒的禍根，含酶的牙膏可以分解細(xì)菌，使我們牙齒亮潔，口氣清新，關(guān)愛健康從保護(hù)牙齒開始”?！叭芫妇哂锌咕鬃饔茫軌蛉芙饧?xì)菌的細(xì)胞壁”“加酶洗衣粉比普通洗衣粉去污能力強(qiáng)，能把衣物清洗得更加干凈鮮亮，并且能夠保護(hù)環(huán)境”，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)、健康意識(shí)，在教學(xué)中教師鼓勵(lì)學(xué)生多關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)，養(yǎng)成理性的分析和判斷，具備應(yīng)有的社會(huì)責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)是關(guān)注社會(huì)發(fā)展和個(gè)人發(fā)展的關(guān)鍵能力及必備品格，旨在培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。教師要把核心素養(yǎng)教育理念貫穿于平時(shí)的教學(xué)實(shí)踐中，把核心素養(yǎng)與學(xué)科邏輯相融合，多創(chuàng)設(shè)新的探究性教學(xué)情景，努力使對(duì)核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)外顯化，使學(xué)生在面對(duì)個(gè)人事務(wù)和社會(huì)議題時(shí)作出合理的科學(xué)決策，彰顯出自身肩負(fù)的責(zé)任。