基于实验探究的“生物催化剂——酶”的教学设计

周伟明

(上海南汇中学 上海 201399)

1 教材分析

“生物体内的化学反应”是上海生命科学教材高中阶段第4章“生命的物质变化和能量转换”的第1节内容。主要介绍生物体内化学反应的类型和进行这些反应所需要的条件。这是接下来学习光合作用和呼吸作用以及转录翻译等生物体内重要化学反应的基础。本节主要分为三个部分内容： ①合成反应和分解反应： 主要介绍生物体内化学反应的两种类型，其中区别合成反应和分解反应对学生来讲是难点。②生物催化剂——酶： 主要介绍酶的定义、酶的物质属性和酶的作用特点和影响酶活性的因素，其中包含“探究酶的高效性”实验，可以认真设计，成为学生学习科学探究方法很好的载体。③生命活动的直接能源——ATP： 主要介绍ATP的结构简式，ATP与ADP的相互转化过程，有利于学生理解生命活动所需能量是如何及时供应的。

笔者安排用2课时完成本节的教学，本课时为第2课： 生物催化剂——酶。这时学生已经学习了生物体内化学反应所需条件之一——能量由ATP直接提供，接下来要学习生物体内化学反应所需的另一个条件——催化剂。主要包括酶的定义、酶的物质属性和酶的作用特点和影响酶活性的因素等，其中让学生经历“探究酶的高效性”实验过程，教师可以努力挖掘素材，巧妙设计问题，使之成为学生学习科学探究方法很好的载体。教材中有选做实验“探究影响酶活性的因素”，虽由于课时紧张，可不安排学生做，但可以创设情境，让学生学习和巩固实验设计的基本原则,并实施部分实验，观察现象。

2 教学目标

基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下教学目标：

(1) 通过实验认识酶的专一性特点，培养结构和功能相统一的生命观念。

(2) 亲历“探究酶的高效性”实验过程，提升对实验现象的分析能力，发展科学思维；亲历设计实验探究猪肝中过氧化氢酶的最适pH值的过程，学习实验设计的基本方法，提升科学探究能力。

(3) 通过本节课学习，让学生体会生物催化剂——酶的高效性，认识到生命体的精密神奇，从而进一步巩固珍惜生命、关爱生命的基本态度。经历实验和实验设计过程，使学生感悟严谨的科学态度；了解酶在降解污染物、保护环境方面的作用，培养保护环境的社会责任。

3 教学过程

3.1 导入 教师先让学生回忆已学的化学知识： 很多化学反应是需要条件的，有哪些条件？(高温、高压、通电、催化剂等。)这时教师追问： 在生物体内的反应能不能加压、加温、通电？所以生物体内的化学反应需要加什么条件？学生容易想到需要催化剂，引出本节课的主题： 生物催化剂——酶。

设计意图： 从学生已有知识出发，建立最近发展区，激发学生学习兴趣，导入新课。

3.2 探究酶特性的实验 提问过渡： 生物体内的化学反应需要酶的催化，酶是什么？给出酶的定义： 酶是活细胞产生的一类具有催化能力的生物大分子(其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA)。酶有什么特性呢？教师先介绍H2O2能分解成H2O和O2，然后让学生完成教材上实验4.1。实验步骤1： 在1至6号试管中各加入5 mL 3%H2O2；步骤2： 再在1至6号管分别加入1 mL蒸馏水、1 mL新鲜猪肝匀浆、1 mL FeCl3、 1 mL熟猪肝匀浆、1 mL已高温处理过的FeCl3、 1 mL新鲜唾液；步骤3： 观察并比较各试管产生的气泡量。

实施实验后，让学生对实验现象进行分析，根据学生分析表达情况，教师可以设计问题引导： ①1号试管的作用是什么？(作为对照，请学生回答没有催化剂的情况下，3%H2O2是否分解，分解的速度怎样？)②1、 2、 3号试管比较说明什么？(酶的催化效率显著高于FeCl3的催化效率。)③1、 2、 4号试管比较说明什么？(高温处理过，恢复室温，使酶失去活性。)④3与5号试管比较说明什么？(高温处理过，恢复室温，FeCl3的催化效率不受影响。)⑤1、 2、 6号试管比较说明什么？(唾液中的唾液淀粉酶不能催化H2O2的分解，说明一种酶催化一种底物，酶具有专一性特点。)

通过以上分析，学生得出结论： 酶具有高效性和专一性特点。

设计意图： 让学生经历实施实验，并对实验结果进行分析，得出酶具有高效性特点的过程，不仅有效建构了生物学概念，而且巩固了学生实验技术和对实验现象分析的基本方法，提升了科学探究能力。也为后期自主实验顺利开展提供了技术保障。

3.3 影响酶活性的因素 设问过渡： 哪些因素会影响酶的催化效率呢？(研究发现影响酶的催化效率的最主要因素是温度、pH值。)教师提问： 设计一个实验证明： pH值会影响猪肝中过氧化氢酶的活性？

实验设计之前，先复习巩固实验设计的基本原则： 对照原则、单一变量原则等。此时，教师可以引导学生进行设计，例如： 提示在两个小烧杯中分别配置(1 mL新鲜猪肝匀浆+1 mL蒸馏水)和(1 mL新鲜猪肝匀浆+1 mL5%NaOH)；取两支试管分别标记，并各加入5 mL 3%H2O2；接下来，在两支试管中分别加入1 mL新鲜猪肝匀浆+蒸馏水混合液，以及1 mL新鲜猪肝匀浆+5%NaOH混合液；最后，观察并比较两支试管中产生的气泡量等。当对学生设计的实验步骤逐一进行把关后，提示学生预测实验结果并让学生解释原因，而后督促学生开展实验，根据实验结果分析。学生较容易得出pH值会影响猪肝中过氧化氢酶的活性。

设计意图： 通过创设情境，让学生在教师引导下经历实验设计，不仅可以避免学生在设计中走弯路，节省了课堂时间，而且可以让学生巩固实验设计的基本原则，体会设计实验的过程，进而提升科学思维能力。也为接下来的独立设计实验做准备。

3.4 设计实验探究猪肝中过氧化氢酶的最适pH值 经历了上述学习，可向学生提供必需的实验材料，放手让学生设计和探究猪肝中过氧化氢酶的最适pH值。提供材料包括： 高浓度的HCl和NaOH溶液、pH试纸、3%的H2O2、新鲜猪肝匀浆、足量蒸馏水、试管、烧杯，等。完成设计后让学生向大家来介绍自己设计的实验方案。

设计意图： 让学生经历实验设计、实验实施的过程，培养自主思维和探究能力。

4 教学反思

笔者根据本节课教学内容的特点设计了三个层层递进的探究实验，即已设计好的实验、教师指导下设计实验，及自行设计并实施的实验，分别使学生学会“整理科学事实的方法”“获取科学事实的方法”和“自主探究科学事实的方法”。通过亲历实验探究过程，感悟了生命观念，培养了科学思维和科学探究能力。

从教学效果看，通过教师的问题引导，总体上学生能较好完成实验现象分析，达到教学的预期目标。但对于实验设计，笔者发现，大部分学生能较好地复习和巩固实验设计的基本原则，仍有少量学生相对跟不上节奏，这提示教师在今后的教学过程中注重这方面能力的培养；另外，本节课的设计虽然留出了较多的学生思考时间，但学生自由表达的时间却不够多，因此后期教学中要加强该环节的设计。