基于科学本质的“酶”的教学设计

曹冬林

1 高中生物教学与科学本质

高中生物实验教学作为科学教育的一个重要组成部分，本身就蕴涵着基本要求，即在生物实验教学中应体现科学的本质。科学探究是指用以获取知识、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动，包括观察、提出问题，设计研究方案、获得实验证据、分析和解读数据、提出答案、解释和预测、把结果和结论告诉他人等。通过探究活动，学生可以真正理解生命科学的历史和本质，并将对生命科学的理解和科学探究的经历内化为生物科学素养。

1.1 体现知识的发展性

新一轮课程改革综合考虑学生的发展、社会的需要和学科的特点，因此更加强调知识的发展性。随着进化生物学、分子生物学的发展，分子生物学的基本理论已经成为对生命现象进行解释的基础。学习生物知识，不单是为了记住这些知识，而是为了开启学生的心智，为了提高学生的生物科学素养，有利于学生的发展。

1.2 注重“科学性”与“主动性”

在生物学教学设计中，教师为了让学生通过探究活动体验科学探究的过程，需要注意以下事项：① “科学”的探究，例如观察探究方案的科学严谨、观察记录的客观准确等；② 学生的“主动”参与，学生应在“做”中学。

1.3 注重科学方法

教师在生物学教学中应重视学生进行科学探究过程的学习与体验，既让学生通过生物实验了解科学知识形成的一般过程和基本方法，但同时又不能让学生误认为这就是生物学研究的惟一程式。因此，教师在生物学教学中既要注重科学方法教育，同时又不能将实验探究的一般过程僵化为惟一模式。

1.4 重视对结果和数据的分析

目前，一些教师在生物学教学时比较重视实验方案的设计及实施，却往往轻视对实验结果和数据的分析。对实验结果和数据进行分析对体现科学的本质是非常关键的。对结果和数据的分析是一个复杂的过程，需要与已有的知识和经验建立联系。因此，在生物学教学过程中，如果学生离开了对结果和数据的分析，这样的“探究者”不过是事实的搜集者、是半途而废者。

1.5 体现生物学思想

作为科学教育一部分的高中生物学教育，既应该反映科学的共同本质，也应该反映生物学独特的思想、方法。例如，适度渗透观察-比较法、假说-演绎法等生物学研究的重要方法；体现对某一生命现象可从近期原因和终极原因进行不同层次的探讨；等等。

2 基于科学本质的生物教学设计的分析——以“酶”的教学为例

著名的美国教学设计专家马杰指出，教学设计依次由3个基本问题所组成。首先是“我要去哪里”，即根据考纲和学生学情制订合适的教学目标；接着是“我如何去那里”，也就是根据教学目标分析教学内容、选择适当的教学策略；最后是“我怎么判断我已到达了那里”，即教学评价。

“酶”是浙科版生物教科书《选修1·分子与细胞》第三章第三节，本节的教学重点是酶的作用，教学难点是酶的化学本质。由于酶与生活贴近，实验性强，为了突破难点，对本节内容采用实验教学，并进行基于科学本质的教学设计，从“酶是什么物质、酶有什么作用、酶在哪里”三个方面进行实验教学设计。其中学习“酶是什么物质”可以通过展示科学家的探究过程使学生体会科学知识的形成过程；学习“酶有什么作用”通过引导学生利用探究的基本方法进行实验探究，体验科学方法；学习“酶在哪里”通过分析资料进行思考分析，体验科学思想的价值，最后运用科学概念引导学生通过实验设计进行迁移学习，形成新的知识和方法，学以致用。

3 “酶”的教学设计

3.1 教学目标

知识目标：掌握酶本质的概念，理解其内涵和外延。

能力目标：通过实验探究，熟悉科学探索的方法，提高观察分析、合作交流、动手操作的能力。

情感、态度与价值观目标：养成敢于质疑、交流合作等学习品质，养成积极、乐观的学习态度，体验学习生物学的乐趣。

3.2 教学重难点

本节内容的重点是酶的作用、本质和特性；教学难点是酶的催化作用原理以及控制变量的方法。

3.3 课前准备

教师准备材料和设备订购单，收集好相关信息资料和视频，对学生进行分组。学生根据自己的兴趣查阅与酶有关的资料，并预习相关内容。

3.4 教学过程

本实验教学的过程采用探究问题→实验探究→探究评价的流程，如图1所示。

教师提出问题：为什么削皮后的苹果会变色？究竟是什么原因导致这种变化？以此顺利引入关于“酶是什么物质”的实验探究。

实验探究、引导归纳：

探究1：酶是什么物质？

教师通过多媒体展示酶的科学发现史部分材料，要求学生思考、讨论下列资料分别说明了什么问题。

资料1：美国科学家萨母纳尔获得脲酶的结晶，并用多种方法证明脲酶是蛋白质，因此荣获1946年诺贝尔化学奖。

资料2：科学家又相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等的结晶，并且这些酶都是蛋白质。

资料3：美国科学家奥特曼通过实验提出少数RNA也可以是酶的论断。这一发现使他和切赫共同获得1989年诺贝尔化学奖。

教师展示问题：现有唾液淀粉酶、过氧化氢酶、蛋白酶等多种酶，请设计实验检验它们的化学本质。

学生以小组为单位作出假设，讨论出实验方案，然后自主探究实验，获取数据或结果，对数据和结果进行分析并推导结论。教师指导设计、筛选方案，在教室内进行巡回辅导，使学生的探究顺利进行。

师生共同归纳，得出结论：酶是有机物；绝大多数是蛋白质，少数是RNA。

探究2：酶有什么作用？

教师运用课件展示如下信息材料：

材料1：H2O2在体外可被无机催化剂Fe3+分解为H2O和O2；在体内可被H2O2酶分解为H2O和O2。

材料2：H2O2酶可从新鲜动物的肝脏或新鲜的马铃薯中获得。

材料3：每滴FeCl3溶液中Fe3+数大约是肝脏研磨液中H2O2酶分子数的25万倍。

教师提供实验材料和用具（质量分数为2%的H2O2溶液、动物肝脏研磨液、FeCl3溶液、蒸馏水、卫生香、试管、试管架、恒温水浴锅等），并设置一系列实验情境，要求学生通过小组合作完成实验操作，让学生在实验中体验知识的形成。

教师提出问题，引导学生讨论分析：与1号试管相比，2号试管有什么不同现象？能通过加热使细胞内的反应提高反应速度吗？3号和4号未经加热，也有气泡产生，这说明什么？比较3号和4号，你能得出什么结论？4号试管的气体产生量会大于1、2、3号试管吗？若增加4号试管中肝脏研磨液的量，或增加H2O2溶液的量，产生的气泡会增多吗？催化结束后酶本身是否改变？

学生讨论交流，得出结论：酶具有催化作用，与无机催化剂相比具有高效性。

师：通过上述实验，我们知道了酶在化学反应中大显身手，“酶”力无限。那么它究竟存在哪里呢？以此引出探究3。

探究3：酶在哪里？

教师提示：绝大多数酶是蛋白质，RNA是在细胞核中由DNA指导合成。

学生思考讨论，得出结论：蛋白质类酶在核糖体上合成，RNA类酶在细胞核中合成，酶是由活细胞产生的。

交流评价、形成知识：师生共同讨论、归纳总结得出酶的概念：活细胞产生的具有生物催化作用的有机物。

反思升华、拓展实验：教师提出问题：所有的酶都来自活细胞吗？酶一定在细胞内起催化作用吗？学生分组讨论。

教师利用课件展示毕希纳实验，引导学生分析得出结论：有的酶可以人工合成，比如加酶洗衣粉；酶作用的场所可以在细胞外。这样从而引导学生对酶的概念进行有效的补充，理解概念的发展是动态的。

最后，要求学生进行实验设计与探究：现有淀粉、葡萄糖、唾液淀粉酶、稀释的鸡蛋清4瓶溶液，但没有标签记录，并提供碘液、本尼边特试剂、双缩脲试剂。如何把唾液淀粉酶溶液鉴定出来？

学生分组讨论，设计实验方案，学校开放实验室，让学生开展实验探究。研究结束后，各学习小组进行成果展示、交流评价，达到学以致用。

设计反思：本节课以学生为主体，以探究任务为驱动，通过设计的一系列的实验，经过观察、分析、归纳、总结的学习过程，在实验设计中将推理性实验与探究性实验相结合，将探究性实验与验证性实验相结合，对酶的知识进行由浅入深、从宏观到微观的学生，让学生经历感知知识、生成知识、应用知识等过程，实现知识的自主建构和深度理解，提高其生物学素养。教师在教学中为学生提供亲身体验“做研究”的机会，使学生通过实验探究形成自己的知识体系，而不是全盘接受别人的观点，从“听和背”中解脱出来，实现“做中学”。

参考文献：

[1] 吴相钰，刘恩山.分子与细胞[M].杭州：浙江科学技术出版社，2005：60-70.

[2] 韦仕发.实验探究教育法在“新陈代谢与酶”一节中的应用[J].生物学教学，200631（6）：33-35.

[3] 谭永平.基于科学的本质对中学生物教育的几点思考[J].生物学通报，200338（8）：30-32.

[4] 张吕.以实验为载体进行酶一节的概念教学[J].生物学教学，2016，41（2）：34-35.