“探究温度对酶活性影响”实验的半开放式教学设计

张 进

(江苏省郑集高级中学城区校区 221116)

1 教材分析

“探究温度对酶活性影响”是人教版高中生物学必修一第5章第1节中的内容。本节教学重点是探究温度对酶活性的影响。难点在于要求学生根据初中有关消化酶的知识以及加酶洗衣粉的生活体验，提出具有探究价值的问题、作出假设、选择材料、设计并实施实验。让学生在此过程中学会控制自变量、观察和记录因变量、设置对照组和重复实验，加深对酶的作用本质及特性的理解，同时提高语言表达能力、实验设计能力、分析推理能力，为教材后续内容的学习和探究性学习的开展打下良好的基础。笔者尝试在明确实验目的的前提下，引导学生提出探究问题、设计完善步骤、选择材料用具、实验实施等，实现半开放式的实验教学。

2 教学目标

2.1 知识目标 了解温度对酶活性的影响。

2.2 能力目标 培养和提高发现问题、提出假设、设计方案以及实施实验的能力。

2.3 情感态度与价值观目标 通过实验探究，促进关注有关酶研究最新发展及应用，培养科学精神和态度。

3 教学过程

3.1 创设教学情景，提出探究问题 教师出示某品牌加酶洗衣粉，让学生阅读使用说明及注意事项，启发学生思考：为什么加酶洗衣粉在使用时水温一般不超过60℃？引导学生做出推测：温度可能会影响酶的活性。教师进一步引导学生提出探究问题：使用加酶洗衣粉洗衣时最佳的温度是多少？

设计意图：这种对来自于生活中加酶洗衣粉的使用说明及注意事项的阅读，是激发学生科学探究兴趣的“催化剂”，它能调动学生的各种感官，回顾和关注生活中隐藏的“为什么”，培养学生细心观察、深入思考、科学求证的探究习惯。

3.2 依据已有知识，做出实验假设 学生在初中已经对消化酶的特点有所了解，结合生活中对冬天和夏天洗衣粉的去污效果的体验，教师鼓励学生依据酶的定义及教材第二章有关蛋白质的特性，大胆做出假设：因为绝大多数的酶(加酶洗衣粉中的酶)是蛋白质，高温和低温可能改变酶的分子结构，使酶失活从而影响酶的活性，在最适温度下酶的活性最高。这种假设是否正确，需要通过实验才能验证。

设计意图：学生产生的疑问是一种“自我挑战”，会催生学生利用已有的知识经验去解决“新问题”的欲望，生成实验假设(实验原理)，推动学生验证“假设”的真伪。

3.3 设计实验方案 教师组织小组讨论交流，通过设疑共同完善实验方案。

(1) 教师提示将要提供的实验材料、试剂和实验用具，小组讨论完成“探究温度对酶活性的影响”初步实验方案，展示如表1。

(2)小组间针对以上设计首先分析交流，教师引导学生提出问题和建议，共同修正方案。

疑问①：能否选用肝脏研磨液和过氧化氢溶液代替淀粉酶、淀粉溶液完成上述实验？

考虑到过氧化氢本身易分解，在60℃、100℃条件下的过氧化氢的分解速率不能代表此温度下的过氧化氢酶的活性，会导致错误结果，应舍弃。

疑问②：该方案中未将淀粉酶与淀粉溶液一同保温，在酶与底物混合时会不会破坏预设的温度？

可以另取3支试管并编号分别加入等量淀粉酶溶液，然后分别保温后与淀粉混合进行实验，这样就使酶和底物始终处在预设的温度下直至反应结束。

疑问③：实验结果最可能是1、3试管溶液为蓝色，高温和低温对酶的影响是一样的吗？如何证明？在加入碘液之前，1、2、3试管可以各预留一部分混合液，分别将预留的液体同时放入60℃水浴中保温后，重复碘液检测步骤，并将实验结果与第一次进行比较。

表1 初步实验方案

疑问④：能否用斐林试剂代替碘液进行检验？

用斐林试剂检测需要水浴加热，会改变预设的自变量(温度)，违反实验设计的单一变量原则。

教师鼓励学生以小组为单位，结合以上的讨论分析，补充修订完善实验方案，修订完善后的实验方案见表2：

表2 修订完善后的实验方案

设计意图：教师提供实验材料、用具和实验条件，鼓励学生设计实验方案，并通过设疑，与学生共同完善实验方案，充分发挥学生学习的主动性，培养学生的设计方案能力。

3.4 实施实验、分析现象、得出结论 教师指导学生分小组按方案进行实验，规范操作步骤，并要求学生记录实验现象和结果，并对数据进行分析整理，寻求直观的数据处理方法，得出结论。

设计意图：通过实验实施培养学生的动手操作能力、通过构建温度对酶活性影响的曲线数学模型培养学生数据处理能力、观察分析推理能力。

3.5 实验后的总结 在实验完成后，教师鼓励学生大胆提出自己的疑问和反思。本实验结果显示，60℃左右条件下淀粉酶活性较高，教师提出问题：60℃是淀粉酶的最适温度吗？不同种酶(如脂肪酶、蛋白酶等)、不同生物体内的淀粉酶最适温度都是相同的吗？另外，本实验更像是一个温度对酶活性影响的定性测定等问题，能否转变为温度对酶活性影响的定量测定呢？温度是否会影响碘液检测的效果？若会，应如何避免？教师鼓励学生深入思考、大胆发言，并从中提炼出值得研究的问题，应用科学探究方法继续研究。

设计意图：通过对实验过程和结果的思考和辨析，培养和提升学生的逻辑思维、批判性思维能力，拓宽学生对知识探索和研究的思路。

4 教学反思

传统的以教师为主导的实验课教学，学生学习往往比较被动，而以学生为主导的开放式教学，则常常难以在规定时间内完成教学目标。本节课以半开放式的教学设计，即教师给定蕴含本实验课的探究问题的教学情景，引导学生提出探究问题，并提供实验试剂、用具和条件，让学生来设计实验方案，教师再引导学生完善步骤，实验完成后引导学生发现新的问题，激发学生自主学习积极性、主动性、提高其生物学实验综合素质。这种教学设计具有便于实施、结果和实验成本可控、适宜于正常教学时间开展的优势[1]。