中、美生物学教材中与“酶”有关实验的整合和优化*

李素婷 余景耀

（1 广东佛山高明沧江中学 广东佛山 528000 2 广东江门教育研究院 广东江门 529000）

生物学实验是科学探究的重要活动之一，通过生物学实验可帮助学生理解和掌握生物学重要概念，形成科学态度与习惯，尤其是培养学生的观察能力、实验操作能力、科学探究能力和运用所学知识解决生物学实际问题的能力，进而提升学生的生物科学素养。本文以人教版必修1《分子与细胞》（以下简称“人教版”）和美国教材《生命的动力（上册）》（以下简称“美国教材”）中有关酶的实验进行对比研究，并在课堂中实践了实验的重组和优化，取得较好的课堂效果。希望能以该实验为例，为今后更多的实验设计、实验教学资源开发及实验拓展等提供参考。

1 中、美教材中有关酶的实验的比较（表1）

表1 中、美教材有关酶实验的比较［1-2］

在实际开展实验过程中，人教版的实验①用时短，约15 min，常由教师演示代替，或与其他实验合并开展。美国版的实验①用时约15 min，旨在通过学生熟悉的生活现象——酶促褐变，研究减缓酶促褐变的发生，初步设计实验探究影响酶活性的因素。这2 个实验都涉及对变量和对照原则的控制，所用材料可相互借鉴，自然过渡，有效整合为第1 课时。人教版的实验②、实验③与美国版的实验③虽然用材和问题的设置有差异，但都力求通过提出问题，让学生制定方案进行实验，体会探究的一般程序，学会科学研究的方法，探究影响酶活性的因素。可在第2 课时开展。

2 有关酶的实验重组优化后（第1 课时）的实验设计

2.1 教学目标 依据课程标准中的内容要求、学业要求及学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制定了如下的教学目标：

1）比较过氧化氢在不同条件下的分解，能说出过氧化氢酶的作用和意义，掌握实验设计的变量控制和对照原则。

2）验证茄子和土豆切片含有过氧化氢酶，能指出过氧化氢酶在生物体内普遍存在的事实，具有稳态与平衡观。

3）研究酶促褐变探究影响酶活性的因素，能发现现实生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施及对结果交流和讨论。

4）观看毒莲藕视频，能结合本节实验内容关注社会热点，提高社会责任感。

2.2 教学过程

2.2.1 创设情境，引入实验探究 细胞在代谢过程中会产生有害物质——过氧化氢，细胞含有过氧化氢酶能将过氧化氢及时分解为氧和水。实验1尝试在体外不同条件下探究过氧化氢的分解速率（表2）。

表2 “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验方案设计表［3］

设计意图：重视教材经典实验的价值，该实验操作简单，效果明显，融合了物理学、化学、生物学等学科知识。通过实验现象可帮助学生理解酶的作用机理，可通过两两对照加深理解 “对照原则”和“单一变量原则”，例如，试管1、4 对比证明酶具有催化作用，试管3、4 对比可证明酶具有高效性，试管4、5 对比证明酶具有专一性，试管1、4、6 对比可说明酶活性受温度影响，为第2 课时的授课埋下伏笔。

虽然该实验使用的猪肝研磨液味道浓，4 号试管也会因为水气多的原因个别出现卫生香难以复燃的情况，但笔者认为生物学课堂本应让学生感受身边不同的生物材料，允许实验的失败，因为学生会在失败中分析原因，通过重复实验操作积极思考，从而取得进步。

2.2.2 发散思维，深化生命观念 通过实验1 学生对实验所用猪肝研磨液含有丰富过氧化氢酶印象深刻，其他生物材料是否也含有过氧化氢酶？实验2：学生动手将实验材料（土豆、茄子）切成薄片，滴加适量过氧化氢溶液，观察是否有气泡产生；若有气泡产生，则说明存在过氧化氢酶。实验结果如图1所示。该验证实验简单，用时约5 min，可通过实验探究获得知识而不是仅来自于教材，学生通过生物材料产生的气泡，加深了对过氧化氢普遍存在的认识，反思过氧化氢酶普遍存在的意义，深化稳态与平衡观。

图1 土豆（左）和茄子（右）滴加过氧化氢后表面产生气泡

2.2.3 创设新情境，经历科学探究 实验2 所用材料切片后，颜色变褐发黑。创设新情境：茄子被切片后，其软组织暴露在空气中，发生氧化，氧化过程是化学反应。在有氧气的条件下，切片中的某种酶能加快该反应，使其产生变色发黑的物质，该现象称为酶促褐变。如何减缓酶促褐变的发生？让学生经历科学探究的一般过程，详细方案见表3。

表3 减缓酶促褐变发生的科学探究过程

该情境来源于生活，又作用于生活，学生非常感兴趣，实验能激发学生关注身边生物学现象，尝试用所学知识解决实际问题。此外，开展本实验还可让学生学会控制变量和对照原则，并初步探究影响酶活性的因素。

2.2.4 发展理性思维，激发社会责任感 通过本节实验能理解过氧化氢酶的意义，酶促褐变也是一种正常的现象。培养学生正确的物质观。播放“毒莲藕”新闻视频［4］：有些商家为了将容易褐变的生物材料以低成本、高售价、好卖相出售，会用重金属超标的工业柠檬酸进行泡制，以不法手段减缓酶促褐变，对食用者的身体健康造成影响。激发学生针对新闻事件作出理性解释和判断，关注食品安全，可主动向他人宣传酶促褐变的现象，提出合理的建议，崇尚健康的生活方式。

3 教学反思

开展本实验，应进行预实验选择合适的实验材料。笔者发现购买的苹果、土豆、莲藕切开暴露在空气很长时间都不会发生褐变。查阅资料发现，苹果褐变程度与品种有关，土豆和莲藕因被商家用酸处理很难出现褐变现象［5］，最终选择茄子。经过实验，从超市、市场等渠道购买的茄子都会很快发生褐变（图4）。

图4 不同材料褐变快慢对比

融合后的课堂以培养学生生物学学科核心素养为指导，源于教材又高于教材，充满浓浓的生活气息。3 个实验能自然过渡，衔接合理，层层递进，有效激发学生的探究欲，让学生体验应用实验技能解决实际问题的成就感。师生可有效互动，避免学生按着教材步骤“动手不动脑”的现象。