指向深度學習的高中生物學“酶的特性”教學

[摘要] 深度學習作為落實生物學學科核心素養(yǎng)的重要方式，教學實踐中亟待讓其不斷沉潛。以人教版“酶的特性”一課為例，從創(chuàng)設情境，引導學生深度體驗;聚焦問題，引導學生深度思考;設計實驗，引導學生深度探究;進行實驗，解決實際問題四個維度促進學生展開真實、有效的深度學習。

[關鍵詞] 深度學習;探究;情境;問題;實驗教學

深度學習是學習者獲取與應用知識體系的一種學習方式。學習者深度理解知識后，精準地批判獲取的新知識，并將新知識融入自身的知識框架中，然后在思維空間中進行有效整合，建立新的知識架構，從而有效地解決實際問題。可以說，深度學習和淺層學習是兩個相對的概念，深度學習的過程實則以高階思維為主導，是更接近知識本質(zhì)和智慧內(nèi)核的學習方式。生物學教學中如何使學生從淺層學習步入深度學習呢？現(xiàn)以人教版高中生物學“酶的特性”一課為例，探討深度學習在高中生物學課堂中的做法。

一、創(chuàng)設情境，引導學生深度體驗

課堂開始，教師展示三則實例：

白米飯含在嘴里一段時間，會有甜味，那是因為唾液腺能分泌唾液淀粉酶，將淀粉分解為麥芽糖，可是塞進牙縫里的肉絲（主要成分蛋白質(zhì)）兩天后卻依然存在。

不同消化液的pH不一樣，唾液的pH為6.2～7.4，胃液的為0.9～1.5，小腸液的為7.6，這些部位的溫度都是差不多的，而當口腔中的唾液淀粉酶進入胃中以后，它不再具有催化淀粉分解的功能。同樣，胃液中的胃蛋白酶進入小腸后也不能發(fā)揮正常的催化功能。

切洋蔥時會不由自主地流下眼淚，那是因為洋蔥被切開時會釋放出蒜胺酸酶，這種酶會使氨基酸轉化成次磺酸。次磺酸分子重新排列后成為硫代丙醛氧化物被釋放到空氣中，這種化學物質(zhì)接觸到眼睛后，會刺激角膜上的游離神經(jīng)末梢，引發(fā)淚腺流出淚水。如果將洋蔥浸入熱水中3分鐘后再切，或將洋蔥放在冰箱保鮮室里幾小時后再切，就可以解決這個問題。

[設計意圖]這三則實例都來源于日常生活，因此它們有利于激活學生的先期知識，便于學生將要學的新知識與目前已有的認知建立聯(lián)系。此時學生的大腦皮層處于相對活躍狀態(tài)，非常有利于新知識的輸入與轉化。

二、聚焦問題，引導學生深度思考

針對上述三個實例，教師拋出以下三個問題：

為什么塞進牙縫里的肉絲兩天后依然存在？你能根據(jù)資料做出你的假設性解釋嗎？

唾液淀粉酶和胃蛋白酶分別進入胃和小腸后為什么都不能發(fā)揮正常的催化功能？你能根據(jù)資料做出你的假設性解釋嗎？

洋蔥為什么在熱水中浸泡3分鐘或冰箱冷藏幾小時可以解決辣眼睛的問題？你能根據(jù)資料做出你的假設性解釋嗎？

[設計意圖]問題的拋出進一步激發(fā)了學生的思維，學生馬上以4人為一組展開熱烈的討論。經(jīng)過討論，他們有了對上述問題的一些假設性解釋，如肉絲的主要成分是蛋白質(zhì)，口腔中只有唾液淀粉酶，它只能分解淀粉而不能分解蛋白質(zhì)，所以肉絲依然存在;胃和小腸的pH是不同的，而pH會影響酶的活性，所以唾液淀粉酶和胃蛋白酶分別進入胃和小腸后就不能發(fā)揮正常的催化功能;絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，溫度會影響酶的空間結構而影響到酶活性，所以洋蔥在熱水中浸泡3分鐘或冰箱冷藏幾小時，蒜氨酸酶活性下降了，就不會使人辣眼睛了。在此過程中，學生運用分析、比較、概括、綜合等思維方法，對問題進行辯證、批判性探討，提出了針對問題的假設性解釋，在不知不覺中實現(xiàn)了新知識的獲取和轉化，很好地發(fā)展了學生的高階思維。

三、設計實驗，引導學生深度探究

在各小組得出假設性解釋的基礎上，教師進一步引導，要通過實驗來驗證假設性解釋是否科學。待研究課題：淀粉酶能催化淀粉分解，不能催化蛋白質(zhì)分解;pH會影響酶的活性;溫度會影響酶的活性。

隨后，布置如下任務：（1）自主選擇其中一個課題，進行實驗方案討論;（2）結合所給的材料選擇要研究的課題所涉及的底物和酶，并完成表格填寫。

可供選擇的底物：3%的H2O2溶液、3%的可溶性淀粉溶液、3%的蛋白質(zhì)溶液、蛋白塊?？晒┻x擇的酶：H2O2酶、淀粉酶、蛋白酶?？晒┻x擇的檢測試劑：碘液、斐林試劑、雙縮脲試劑。

（3）進行實驗變量的分析，完成下表。

課題 自變量 因變量 無關變量

（4） 將實驗步驟以圖畫、表格或文字的形式呈現(xiàn)出來。

[設計意圖]學生先以小組為單位進行選題，然后展開討論，確定本課題應用的底物和酶，分析本課題中存在的自變量、因變量和無關變量，最后設計實驗。并且將自己組的設計成果在班級交流展示，其他組的成員對他們的實驗設計方案進行點評和修改。

經(jīng)過互動交流，發(fā)現(xiàn)學生三個實驗設計方案中主要存在以下幾個問題：（1）進行淀粉酶能催化淀粉分解，不能催化蛋白質(zhì)分解的課題研究時，學生大多選擇淀粉酶、淀粉和蛋白質(zhì)溶液來進行，并選擇用碘液檢測淀粉是否分解，用雙縮脲試劑檢測蛋白質(zhì)是否分解。但討論后發(fā)現(xiàn)雙縮脲試劑不能檢測蛋白質(zhì)是否被分解，因為淀粉酶本身也是蛋白質(zhì)，也會和雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應。所以應將蛋白質(zhì)溶液改為蛋白塊來做該實驗，通過觀察蛋白塊是否消失來判斷淀粉酶對蛋白質(zhì)的作用。（2）在進行溫度會影響酶活性的實驗設計時，學生大多是先將酶和底物混合，然后再放到不同溫度的水浴中保溫。經(jīng)討論，學生發(fā)現(xiàn)一旦酶和底物混合就會發(fā)生反應，這會影響實驗結果，所以正確的操作是先將兩種物質(zhì)分別放在同一溫度下保溫2 min再混合。（3）忽視了無關變量的處理，也沒有控制單一變量。（4）沒有設置對照實驗。最終，后兩個問題在學生的討論中得以解決。

在這樣的交流討論中，學生的辯證思維得到了進一步的發(fā)展和提升。正是在這樣的思維碰撞中，學生真切感受到了實驗設計時控制單一變量和設置對照實驗的重要性，并能應用這些知識去解決其他實際問題。

四、進行實驗，解決實際問題

經(jīng)過師生對三個課題實驗方案的研討和修改，最后形成了科學的、可操作的實驗方案確定版。此時教師宣布：“下面大家可以按照你們設計的實驗方案，親自動手做一做實驗，看看結果到底是怎樣的?！睂W生立馬投入到緊張的實驗中，操作有條不紊，同伴之間配合默契。

[設計意圖]通過實驗，一方面培養(yǎng)學生的動手能力，掌握生物學實驗操作的基本技能，另一方面培養(yǎng)學生的觀察能力、實事求是的科學精神和認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。同時通過實驗，讓學生真正感知到生物學實驗的魅力和價值所在。比如通過課題（1）的實驗現(xiàn)象觀察，學生發(fā)現(xiàn)淀粉酶確實只能分解淀粉而不能分解蛋白質(zhì)，從而得出酶具有專一性;通過課題（2）（3）的實驗現(xiàn)象觀察，學生發(fā)現(xiàn)pH和溫度確實都會影響到酶的活性。在此實驗基礎上，學生還會主動提出疑問：那么pH和溫度對酶活性到底有著怎樣的具體影響呢？激發(fā)學生進行pH和溫度對酶活性影響的定量實驗。這樣學生的求知欲被進一步激發(fā)，科學探究精神得到了進一步的提升。

整節(jié)課中，學生在真實情境中深度體驗，在深度思考中提出假設，在實驗設計中深度探究，最后通過實驗真正地解決問題。在這一探究實驗過程中，學生的高階思維得到了發(fā)展，并將主動獲取的新知識進行加工并融入自身的知識框架中，遷移到實踐中，以解決實際問題。與傳統(tǒng)生物學課堂相比，深度課堂教學的有效性大為提高，學生的生物學科核心素養(yǎng)也得到培育。

姚麗梅? ?江蘇省太倉高級中學。