利用实验教学培养学生的科学素养

江东

摘 要 在利用唾液淀粉酶探究pH和温度对酶的活性影响的实验中出现了一些预期之外的实验现象。记录了学生根据实验现象提出问题、分析文献资料、讨论实验结果并重新设计方案再进行实验探究的历程，培养学生设计实验、进行实验的探究能力。

关键词 实验教学 探究能力 唾液淀粉酶 酶活性

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

文件编号： 1003 - 7586（2016）06 - 0049 - 03

生物科学是一门以实验为基础的自然科学，在教学中尤其注重学生探究能力的培养。人教版必修一“影响酶活性条件”的探究实验，是高中生物教学中重点探究实验之一。其教学目标是：① 根据探究的问题设计可行的实验方案；② 进行有关实验和探究，学会控制自变量，通过观察和检测因变量的变化，分析实验结果，归纳温度和pH对酶活性的影响规律；③ 学会大胆质疑，提高用证据进行辩论的能力。

能否“用淀粉酶探究pH对酶活性的影响”，引起了师生激烈的讨论。高中教学主流观点认为，不能利用淀粉酶探究pH对酶活性的影响，原因在于淀粉可能会发生酸解，斐林试剂的有效成分Cu（OH）2可能与酸反应而失去鉴定效果等。但讨论的焦点，并不在于淀粉酶是否受pH的影响，而在于如何科学地设计实验，探究pH对淀粉酶活性的影响。

高一学生在前期已开展了一些探究活动，初步具备了提出问题、作出假设、设计实验等进行探究活动的能力。在教师的引导下，开展“pH影响唾液淀粉酶活性”的探究活动，不仅能很好地培养学生的科学探究能力、提升学生的思维能力，而且有利于培养学生的质疑精神。

1 教材实验的组织和开展

“影响酶活性的条件”探究实验中，实验材料为质量分数为3%的可溶性淀粉和质量分数为5%的HCl和NaOH溶液，设置冰水、37℃水浴和沸水三种环境进行探究。实验结果见表1。

实验中出现了一些预期之外的实验现象，如利用碘液（KI-I2溶液，颜色为棕黄色）鉴定pH和温度对酶活性影响的实验，结果表明：在5%NaOH条件下，滴加一滴KI-I2溶液，结果为无色；在沸水中滴加碘液，反应也成无色，皆与预期结果蓝色不同，导致学生对实验结果产生了质疑。随后，教师鼓励学生用斐林试剂（蓝色）进行鉴定，结果显示5%NaOH溶液或沸水条件下酶促反应结果都呈蓝色，与预期结果相同，说明酶已经失活。但该实验又出现了与预期结果不同的新现象，即用质量分数为5%的HCl溶液处理的酶促反应结果为淡蓝色（近无色）。学生总结实验结论，认为：① 对于温度对唾液淀粉酶活性的影响实验，若采用碘液鉴定可能会出现误判，而采用斐林试剂鉴定则较为理想。② 采用碘液或斐林试剂单一试剂检测pH对淀粉酶活性的影响，皆会出现与预期结果不同的现象，无法正确评价pH对酶活性的影响。这是高中教学中认为不适合用淀粉酶探究pH对酶活性影响的重要原因之一。

2 鼓励学生质疑，进行深入探究

2.1 学生对实验现象的质疑与分析

为什么会出现与预期结果不同的实验现象呢？学生查找资料文献发现，碘可与NaOH发生反应，即3I2+6NaOH=5NaIO3+5NaI+3H2O，棕黄色的KI-I2溶液变为无色；高温条件下，I2与酶促反应液中的某些物质反应呈无色，失去了鉴定效果。斐林试剂有效成分Cu（OH）2与HCl反应产生CuCl2，也失去了鉴定意义。因此，在使用质量分数为5%的HCl/NaOH溶液探究pH对淀粉酶活性的影响的实验中，若只使用一种鉴定试剂，可能造成对实验结果的误判。

2.2 学生对pH影响酶活性实验的改进

上述出现的与预期不同的实验现象及对其的原因分析，引发学生的激烈讨论。采用HCl和NaOH溶液探究pH对唾液淀粉酶活性影响的实验结果发现，因高浓度的HCl与斐林试剂有效成分反应，使斐林试剂失去鉴定作用，而高浓度的NaOH与I2反应使I2失去鉴定作用。那么能否降低HCl和NaOH浓度，使其能使淀粉酶失活，而不影响KI-I2溶液或斐林试剂鉴定酶活性？学生探究了质量分数为5%的HCl和NaOH溶液的100倍稀释液对唾液淀粉酶活性的影响，实验结果见表2。

实验结果表明质量分数为0.05%的HCl/NaOH溶液皆可使唾液淀粉酶失活，而且采用KI-I2溶液或斐林试剂皆可有效地鉴定pH对淀粉酶活性的影响。其原理在于，较低浓度的HCl或NaOH只会消耗少量的斐林试剂有效成分Cu（OH）2或I2，不影响KI-I2溶液和斐林试剂对酶活性的鉴定。利用唾液淀粉酶探究温度对酶活性的影响实验表明，在沸水浴的酶促反应液中，直接滴加KI-I2溶液，混合后呈无色。经过讨论，学生在pH对淀粉酶活性影响实验的基础上，对温度探究淀粉酶活性的实验进行了改进，即在冰水、37℃水和沸水水浴中酶促反应5 min后，加入1 mL 质量分数为0.05%的NaOH溶液，利用NaOH中断酶促反应，在常温下进行KI-I2溶液的正常鉴定，或加入1ml斐林试剂后水浴加热鉴定，鉴定结果见表2。实验表明该方法可以用KI-I2溶液和斐林试剂鉴定温度对淀粉酶活性的影响。

3 教学反思

有计划、有效地组织好学习过程中的探究活动，有利于培养学生的探究能力。探究式学习既有利于学生很好地学习科学概念，也有利于学生领悟科学本质的学习方法。人教版教材中提出的“建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响”给高中教学带来了较大的困惑，这种影响甚至出现在高考试题中。如：2013江苏高考生物试卷第23题，参考答案中给出“用斐林试剂检测pH对唾液淀粉酶活性的影响是不可行的”；2012年高考全国理综卷第33题认为利用淀粉酶探究pH对淀粉酶活性的影响是可行的。在课堂教学中，教师鼓励学生根据教材提示，自主探究pH和温度对唾液淀粉酶活性影响实验的可行性，通过查找文献对实验中出现预期之外的实验现象科学解释原因，并根据实验结果对实验重新设计、探究、分析；经过解决问题、产生新问题、再解决新问题，层层递进，最终找到解决问题的方法，这充分体现了培养学生的科学探究素养的基本流程。

在实验教学中，学生的自主探究证明，pH影响唾液淀粉酶活性的实验中，降低5%的HCl和NaOH溶液浓度至0.05%，即可利用常量KI-I2溶液和斐林试剂正常探究pH对唾液淀粉酶活性的影响。温度对唾液淀粉酶活性的研究表明，利用KI-I2溶液鉴定沸水水浴中的淀粉酶活性，因实验现象为无色，可能会导致对实验的误判。学生在pH对酶活性影响实验的基础上，通过讨论并改进实验，即在探究温度对淀粉酶活性实验中，在酶促反应后利用0.05%盐酸或氢氧化钠使淀粉酶变性失活，中断反应，即可用KI-I2溶液或斐林试剂鉴定温度对酶活性的影响。实验过程中，教师通过引导学生自主搜索文献、讨论、设计并动手操作实验，挖掘出学生身上蕴藏的巨大潜力，同时也极大地促进了学生的学习热情，培养了学生的科学素养。这种模拟科学家工作的学习方式，既有利于学生很好地学习科学概念，也有利于领悟科学本质。