高中生物学课堂上如何开展科学方法教育

高中生物学是一门科学知识体系完善的学科。在高中生物学教学中，教师除了注重学生对知识的掌握和技能的训练，更应重视对学生进行科学方法的教育，使学生能够掌握科学研究的方法，培养其良好的科学思维和创新意识。本文以“酶的作用和本质”为例，从“创设情境，激发学生的探究兴趣；设计实验任务，小组合作探讨；学生展示交流；总结实验方法，渗透科学精神；拓展提高，培养学生的科学精神”五个方面阐述了高中生物学教学中开展科学方法教育的有效策略，旨在为一线教师在高中生物学教学中更好地开展科学方法教育提供参考。同时也希望能够激发学生学习生物学课程的兴趣，提高学生的综合素质，培养学生良好的科学素养。在教学过程中，高中生物学的科学方法教育可以概括为两个方面：一是高中生物学学习中特有的科学方法，这些方法主要用于一些实验，如同位素标记法、差速离心法分离细胞器等。二是科学研究方法，主要用于高中生物学学习的一般方法，可以解决高中生物学的大部分问题。本文主要研究高中生物学的一般科学方法。

一、分析教材内容，明确教学目标

（一）分析教材内容

教材是学生学习知识的重要来源，教师应该对教材内容进行分析。本课是高一必修一第五单元第一节的内容，这一部分的知识点主要包括：酶的概念和作用、酶的种类和来源、酶的化学本质、酶的作用机理、酶的特性、影响酶活性的因素，这一节的内容是后续学习的基础，可以为后面光合作用、呼吸作用的知识学习奠定坚实的基础。在学习过程中，教师还需要设计一定的实验探究活动，帮助学生在理解知识的基础上，明确科学方法的重要性。

（二）学情分析

经过前面章节内容的学习，学生已经初步认识了酶的催化作用，但是酶的特性、作用、本质还没有接触。经过初中的学习，高一学生已经具备了一些生物学学习的方法和基础，但是运用实验探究、生物学史料分析的科学分析方法还未进行深入学习。因此，在本课的设计中，教师需要运用科学方法去分析实验原理，帮助学生更加深刻地理解所学知识，进一步提高学生的观察能力和描述能力，积累实验操作的经验，培养学生的科学素养。

（三）教学目标

1.科学思维：通过对马铃薯完整组织和破损组织中的酶促褐变现象的比较，推理出酶的存在部位，并意识到科学的理论是在不断的探索和争论中发展前进的，帮助学生发展科学思维。通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，阐明大多数酶的化学本质是蛋白质的事实，认同科学是在不断探索和争论中前进的。

2.生命观念、科学探究：通过比较过氧化氢在常温、MnO2、过氧化氢酶催化条件下的分解速率及反应原理，能说明酶在细胞代谢中的作用、机理及催化效率。通过观察并分析实验现象，初步学会控制变量和设计对照实验。

3.结合所学知识和生活经验，通过小组合作学习、生活体验、探究实验、资料证据，建立酶的概念，并能运用概念对果蔬褐化现象提出缓解措施。培养学生的批判性思维、发散性思维、创造性思维；提高学生解决问题的能力；增强学生的合作精神，使其体会到合作的快乐。

（四）教学重难点

理解酶的作用和本质；探究实验中控制自变量、观测因变量、控制无关变量，设置对照组。

（五）总体设计教学思路

二、教学过程

（一）创设情境，激发学生的探究兴趣

兴趣是学生学习的动力。在生物学教学中，教师要善于创设问题情境，激发学生的探究兴趣。具体而言，对于一些抽象的问题，如果教师直接讲述，学生将难以理解；如果教师运用材料创设问题情境，让学生根据材料进行探究，就可以使学生更好地理解生物学知识。

教师活动：为了让学生更好地掌握酶的定义，教师可以为学生呈现两个马铃薯，一个是放置了一段时间的完整马铃薯，一个是切开后的马铃薯，让学生比较二者的褐变情况（PPT展示）。学生结合自己的生活经验，很容易发现切开后的马铃薯褐变更严重，再根据之前阅读课本得知，酶存在于细胞内。教师引导学生思考：酶的作用是什么？

（二）设计实验任务，小组合作探讨

【任务一】探究酶的作用

教师活动：针对教学目标，提出实验计划，并为学生说明对照实验中的比变量问题以及如何设置对照。依据实验计划是否可行，提出了初始实验方案中出现的问题，并给出解决方法：以褐藻酸钠为载体进行酶固定化。通过改进过氧化氢酶—海藻酸钙球对其进行探索性实验，通过观察实验，归纳总结实验的结果。

学生活动：学生在学习对照实验的基础上，完成以下学习任务单。

【任务二】比较酶与无机催化剂的催化效率

基于任务一中控制变量和设计对照实验的讲解，学生利用教师提供的实验材料和创新实验装置（图2）尝试设计探究实验，比较过氧化氢和MnO2的催化效率。在学生完成实验设计后，教师呈现自己设计的方案并播放演示视频，引导学生分析实验结果并得出实验结论：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

【设计思路】引导学生对问题进行思考，并体验科学家探索真理的过程，逐步培养学生的科学思维。

【任务三】分析酶的作用机理

教师活动：PPT展示化学反应过程中能量变化图（见图3），帮助学生理解活化能的概念，再提供无催化剂、有无机催化剂和有酶催化的条件下活化能的差异（图4），理解酶能降低化学反应活化能。

【设计思路】教师引导学生在实验过程中掌握实验的原理和方法，并能概括出科学方法在实验过程中的具体运用，从而帮助学生观察、记录、分析、归纳和总结实验现象，得出相应的实验结论，让学生的科学思维和科学素养能够在实验过程中生根发芽。

【任务四】教师引导学生思考，具有高效催化作用的酶究竟是什么物质？该如何证明？依据酶存在于细胞内，有些蛋白质具有催化功能，化学本质可能是蛋白质，可用双缩脲试剂进行鉴定。教师呈现双缩脲试剂与过氧化氢酶反应的实验结果（图5），观察到溶液变紫色，说明过氧化氢酶是蛋白质。教师继续追问，那酶都是蛋白质吗？仅根据过氧化氢酶是蛋白质，无法得出酶全是蛋白质的结论。对此，教师补充关于酶本质的探索历程，帮助学生理解大多数酶是蛋白质的事实。

【任务五】关于酶本质的探索

教师活动：根据教材上的资料，为学生创设具体的问题情境，让学生通过阅读教材中“关于酶本质的探索”，在了解资料后，紧接着提出问题：“科学家为什么会发现酶呢？你能根据资料提出猜想吗？并通过阅读教材分析这个猜想是否成立？你打算怎么进行实验验证？你认为科学家为什么会发现酶呢？”

学生活动：认真阅读教材内容，并回顾科学探索史，分析总结资料，并对科学家的观点进行比较学习，梳理每位科学家的实验思路，并对其进行比较学习，领悟科学家在发现过程中表现出来的精神，并完成表格（见表2）。

【设计思路】通过创设的问题情境，学生可以产生疑问与探究欲望。教师可以引导学生对这些问题进行思考与探究。这样既可以使学生更好地理解这些内容，又可以让学生体会到探究过程的重要意义。

【任务六】基于前面的学习，在学生对酶具备了一定的认知下，让学生提出缓解果蔬酶促褐变的措施，实现对“酶”概念的迁移，加深对概念内涵与外延的理解。

（三）学生展示交流

学生对实验过程和实验结论进行交流探讨。

组一代表：我们在设计实验方案时应该从以下五个方面开展：一是设置实验问题，即提出研究问题；二是提出假设，即对问题进行假设；三是制订计划，即根据提出的问题制订实验计划；四是设计实验方案，即根据实验计划设计实验方案；五是开展实验。

组二代表：我们组在做实验的过程中发现，通过对实验过程和实验结论进行分析可以得出：在科学研究中，观察是非常重要的一种方法。在观察过程中发现：在一个实验中，如果想要观察到某个现象发生后一段时间内的变化情况，最好的办法就是在第一次观察时就进行记录。观察不仅是为了获得对事物的认识和了解，还是为了获取知识、掌握规律。

【设计思路】在展示实验结果的过程中，教师引导学生对实验设计过程和实验过程进行分析和总结，让学生不仅能掌握相应的知识，还能感受到科学方法在具体实验过程中的运用，让学生能在学习过程中获得知识、能力和素养的提升，为学生的全面发展奠定坚实的基础。

（四）总结实验方法，渗透科学精神

在学生完成相关知识的学习后，教师要引导学生进行总结与反思。学生可以独立总结，也可以和其他同学一起完成。教师要引导学生将本节课所学的知识和方法运用到日常生活中，学以致用。另外，教师还可以在总结的基础上对本节课所学的知识进行拓展，从而使学生获得更好的发展。教师还可以和学生一起构建本节课的知识框架（见图6）。

在“酶的作用和本质”一节中，我们已经学习了酶的发现过程，还学习了探究实验的一般步骤，笔者也引导学生对本节课的科学精神进行了回顾总结：如设置实验问题、提出假设、制订计划、设计实验方案等。在这一步中包括了科学方法和实验操作，而学生在探究酶的发现过程中，又经历了科学研究的一般步骤。在科学研究的一般步骤中，主要有提出问题、假设、设计实验方案、探究实验等几个部分。教师可以让学生总结出每部分的重要性，如提出问题是一个非常重要的环节，可以激发学生思考问题、探究问题、解决问题的欲望。提出假设：假设是指在进行科学研究前，所做的一系列准备工作，它可以引导学生去发现问题和寻找解决问题的方案。设计实验方案是科学研究中非常重要的一个环节，它可以让学生了解科学研究过程中所需采取的具体方法和步骤。

【设计思路】教师可以让学生再次回顾探究实验的一般步骤和方法，并尝试运用这些方法去解决相关问题。教师可以让学生把探究实验过程中所用到的科学研究方法进行归纳与总结，从而加深学生对科学研究一般步骤和方法的理解。

（五）拓展提高，培养学生的科学精神

教师可以为学生设计课后作业，在巩固学生所学知识的同时，让学生将科学精神运用到实际过程中，并掌握科学方法。

三、总结

在高中生物学教学中，教师不仅要注重对学生知识技能的培养，还应该注重对学生科学方法的培养。通过探究活动，学生能够掌握科学研究的基本方法，形成良好的科学思维和创新意识，具备科学研究的基本素质。同时，探究活动能够提高学生的社会责任感和使命感，使学生能够把学到的科学知识用于实践，用来解决实际问题。高中生物学教师不仅要让学生掌握生物学知识和技能，还应培养其良好的科学素养。在实际教学中，教师可以通过创设问题情境、分析教材内容、引导自主探究、组织小组讨论、总结归纳规律、总结拓展提高等教学方法来培养学生良好的科学素养。

总之，在高中生物学教学中开展科学方法教育，是一项长期而艰巨的任务。教师在教学中要不断更新教育理念和观念，创新教学方法和策略。同时也希望广大生物学教师能够不断学习新知识、新理念、新方法，不断提升自身的专业素养和业务水平。只有这样才能在教学中发挥自己的聪明才智，为学生传授更多的知识技能，培养学生良好的科学素养和创新能力。

（作者单位：甘肃省榆中县第二中学）

编辑：赵文静