“酶的作用和本质”一节的探究式教学设计

谢荣恒　李小玲

摘 要 叙述了采取探究式教学方式，引导学生开展实验、观察、阅读、思考与讨论，使学生独立探索，自行发现并掌握相应原理和结论，从而培养学生的多种能力。

关键词 酶 探究式 教学设计

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 教材分析

“酶的作用和本质”是人教版高中生物“分子与细胞”中第五章第一节“降低化学反应活化能的酶”的内容。能量是保证生命活动进行的必要条件，细胞需要通过代谢活动获得能量。细胞代谢是细胞内全部化学反应的总称，是细胞获得所需能量和物质的基础。生物化学反应之所以能在常温常压下进行，这是因为酶发挥了重要作用。因此，酶是细胞代谢必不可少的物质。学习酶的作用和本质，有助于理解井然有序的细胞代谢过程，有助于理解细胞呼吸和光合作用等。

学生在前面几章已经学习了“组成细胞的分子”“细胞的基本结构”，了解了生命活动的主要承担者是蛋白质，细胞内各种细胞器能协调配合完成一系列生理活动。所以学生学习本节知识，既能加深对“蛋白质是生命活动的主要承担者”的理解，又能促进学生深入了解细胞内各种生命活动有序进行的原因，为学习“细胞的生命历程”“遗传物质的转录和翻译”“细胞的稳态”等，打下良好的基础。

本节内容的重点是酶的作用、控制变量的科学方法和酶的本质；难点是酶加快反应速率的原理。为了突出本节教学的重点，笔者采取探究式教学方式，即引导学生通过实验、观察、阅读、思考、讨论，独立探索，从而自行发现并掌握相应原理和结论。探究酶的作用采取分组、设置对照实验方法进行，让学生动手操作、动眼观察、动脑思考，得出酶有催化作用的结论，从而理解自变量和因变量的含义，说明控制变量的科学方法。探究酶的本质采取材料分析的方法，安排学生阅读、讨论，最后总结、归纳酶是蛋白质及其他有机物的定义。为突破本节内容的难点，教师安排学生观看，模拟物体通过“门坎”过程的动画。学生通过观察与思考，得出酶作用的原理即“降低化学反应活化能”的结论。

2 教学目标

2.1 知识目标

说出细胞代谢的概念；说明酶在细胞代谢中的作用和本质。

2.2 能力目标

通过有关的实验与探索，学会控制自变量、观察和检测因变量的变化，能够设置对照实验；通过自主学习，培养推理、比较、分析、归纳和概括等能力。

2.3 情感、态度与价值观目标

通过分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断观察、实验、探索和争论中发展的；通过小组讨论、合作与交流，培养探索精神和合作意识；促进形成崇尚科学、坚韧不拔的优秀品质。

3 教学过程

3.1 创设情景，导入新课

教师展示多酶片、生物酶牙膏、溶菌酶、加酶洗衣粉等图片，并提出问题：“图中的商品大家耳闻目睹或者使用过吗？”（学生回答略）

师：这些商品都离不开“酶”字，可见酶与人们的日常生活联系紧密。在生物体内，也有大量的酶存在，这些酶有什么作用？它的本质又是什么？（由此引入课题：酶的作用和本质）

3.2 酶在细胞代谢中的作用

3.2.1 引出细胞代谢的概念

师：何为细胞代谢？于细胞而言，能量的获得和利用都要通过化学反应。如绿色植物的叶肉细胞获得能量的方式——光合作用，包含一系列的化学反应。细胞中每时每刻进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。

3.2.2 开展“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验

教师讲述，提出问题：细胞代谢除了产生相应的能量和物质，也会产生一些毒副产品。如过氧化氢是一种强氧化剂，在人体内积累会造成DNA损伤，并且加速人体的衰老。幸运的是细胞内有过氧化氢酶，可以将过氧化氢及时分解为水和氧气。过氧化氢酶真能分解过氧化氢？它能否在体外发挥作用呢？与其他条件相比，其作用效果有无差异？由此引导学生分组进行实验：比较过氧化氢溶液（体积分数为3%）在常温、90℃高温、加入质量分数为3.5%的氯化铁溶液、加入质量分数为20%的新鲜猪肝研磨液（含过氧化氢酶）4种条件下的分解情况，并将实验结果填入表1。

学生分组实验完成后，各小组交流表格内容，并思考。然后，教师用课件展示实验结果，并引导学生归纳、概括出酶的作用是催化反应。

3.2.3 学习控制变量的科学方法

教师联系实际，促进学生理解相关概念：上述实验过程中，可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称为自变量，如上述实验中催化剂的种类（氯化铁溶液、肝脏研磨液）和温度。随着自变量的变化而变化的变量称为因变量，如实验中过氧化氢的分解速率。因变量都是通过一定的观测指标来衡量的，过氧化氢的分解速率用气泡产生速率来衡量。除自变量外，实验中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，称为无关变量，如实验中过氧化氢溶液的用量。要得出科学结论，必须控制好无关变量，上述实验中过氧化氢的量必须一样多。

师：俗话说，“有比较才有鉴别”。要得出科学结论，还需遵循对照原则。除一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫对照实验。上述实验中，只有催化剂是改变的，其余因素都没有变化。对照实验都必须设置对照组和实验组。如上述实验中的1号试管是对照组，2、3、4号试管是实验组。对照实验除了要观察的变量外，其他变量都应始终保持相同。

3.2.4 学习酶作用的原理

教师先引出活化能的概念，然后以一组动画为学生揭示奥秘：反应物分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。加热、氯化铁、过氧化氢酶都可以加快化学反应，但其原理不相同。

师：分子达到活跃状态就像经过一道“门坎”。在自然条件下，能达到活跃状态的分子很少，所以反应速率慢。加热能使反应物分子获得能量，分子跳得更高更快，部分能越过“门坎”。这意味着较多分子能达到活跃状态，故加热能使反应速率加快。氯化铁、过氧化氢酶则能降低“门坎”的高度，从而使能量较低的分子也能越过“门坎”，参与化学反应。过氧化氢酶降低“门坎”的幅度更大，参与化学反应的分子更多，速率更快。

教师引导学生分析、思考并得出结论：氯化铁、过氧化氢酶都未提供能量，它们加快反应速率的原理是“降低了化学反应活化能”。其中酶的效果更显著，催化效率更高。正因为有酶的作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。

3.3 学习酶的本质

教师提供资料，追溯历史：生物体内的化学反应都需要酶的参与。初中学习过人类的白化病是因为患者体内不能合成酪氨酸酶，从而导致皮肤中缺乏黑色素。人类对酶的探索是从什么时候开始的呢？这可以追溯到1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个有趣的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下。过一段时间后，把小笼子取出，发现肉块消失了。

教师引导学生思考以下问题：

（1） 把肉块放在金属笼内的目的是什么？（学生：排除胃壁收缩对肉块的物理性消化）

（2） 肉块为什么会消失呢？（学生：一定是发生了化学反应，使肉分解）

师：当时，斯帕兰扎尼并不清楚起消化作用的物质是什么，但他的工作却为人们研究提供了方向。后来，经过众多科学家多年的努力，人们对酶的本质才有了较全面的认识。酶究竟是什么物质呢？它的本质又是怎样被揭示出来的呢？

学生自主阅读教材P81～P82上“关于酶本质的探索”的内容，并完成学案（表2）。

教师安排学生讨论、交流学习成果，并要求给“酶”下定义：酶是具有催化能力的蛋白质或其他有机物。

3.4 课堂练习，检测反馈（略）

4 教学反思

采取探究式教学法教学，教师在整个教学过程中担当组织者和指导者，学生才是学习的主体。因此，学习主动积极的学生，始终处于一种亢奋与思维活跃的状态，充分激发了学习兴趣，能收到较好的教学效果。不过，要真正驾驭好课堂，并不是一件简单容易的事，这与教师的经验和提前预设有关。对于阅历不太丰富的教师来说，认真备课、提前预设显得尤为重要，这是上好本节课的关键。探究式教学以解决问题为中心，教学过程中开发学生的智力，挖掘学生的潜能，培养多种能力，包括探究能力、动手能力、观察能力、分析与综合能力、小组合作能力等，这将为学生的终身学习和工作奠定好的基础。此外，教学设计将开篇的“问题探讨”放在“酶的本质”内容里，这样会使学生更加明确科学是一个漫长发展的过程，同时也增强了该内容的系统性。教师在课尾，安排巩固练习，并当堂检测，不但加深了学生对本节知识的理解，更加巩固所学知识，而且还可以检验、反馈教学效果。