曹冬林

1 高中生物教學與科學本質(zhì)

高中生物實驗教學作為科學教育的一個重要組成部分，本身就蘊涵著基本要求，即在生物實驗教學中應體現(xiàn)科學的本質(zhì)?？茖W探究是指用以獲取知識、領(lǐng)悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動，包括觀察、提出問題，設(shè)計研究方案、獲得實驗證據(jù)、分析和解讀數(shù)據(jù)、提出答案、解釋和預測、把結(jié)果和結(jié)論告訴他人等。通過探究活動，學生可以真正理解生命科學的歷史和本質(zhì)，并將對生命科學的理解和科學探究的經(jīng)歷內(nèi)化為生物科學素養(yǎng)。

1.1 體現(xiàn)知識的發(fā)展性

新一輪課程改革綜合考慮學生的發(fā)展、社會的需要和學科的特點，因此更加強調(diào)知識的發(fā)展性。隨著進化生物學、分子生物學的發(fā)展，分子生物學的基本理論已經(jīng)成為對生命現(xiàn)象進行解釋的基礎(chǔ)。學習生物知識，不單是為了記住這些知識，而是為了開啟學生的心智，為了提高學生的生物科學素養(yǎng)，有利于學生的發(fā)展。

1.2 注重“科學性”與“主動性”

在生物學教學設(shè)計中，教師為了讓學生通過探究活動體驗科學探究的過程，需要注意以下事項：① “科學”的探究，例如觀察探究方案的科學嚴謹、觀察記錄的客觀準確等；② 學生的“主動”參與，學生應在“做”中學。

1.3 注重科學方法

教師在生物學教學中應重視學生進行科學探究過程的學習與體驗，既讓學生通過生物實驗了解科學知識形成的一般過程和基本方法，但同時又不能讓學生誤認為這就是生物學研究的惟一程式。因此，教師在生物學教學中既要注重科學方法教育，同時又不能將實驗探究的一般過程僵化為惟一模式。

1.4 重視對結(jié)果和數(shù)據(jù)的分析

目前，一些教師在生物學教學時比較重視實驗方案的設(shè)計及實施，卻往往輕視對實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)的分析。對實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)進行分析對體現(xiàn)科學的本質(zhì)是非常關(guān)鍵的。對結(jié)果和數(shù)據(jù)的分析是一個復雜的過程，需要與已有的知識和經(jīng)驗建立聯(lián)系。因此，在生物學教學過程中，如果學生離開了對結(jié)果和數(shù)據(jù)的分析，這樣的“探究者”不過是事實的搜集者、是半途而廢者。

1.5 體現(xiàn)生物學思想

作為科學教育一部分的高中生物學教育，既應該反映科學的共同本質(zhì)，也應該反映生物學獨特的思想、方法。例如，適度滲透觀察-比較法、假說-演繹法等生物學研究的重要方法；體現(xiàn)對某一生命現(xiàn)象可從近期原因和終極原因進行不同層次的探討；等等。

2 基于科學本質(zhì)的生物教學設(shè)計的分析——以“酶”的教學為例

著名的美國教學設(shè)計專家馬杰指出，教學設(shè)計依次由3個基本問題所組成。首先是“我要去哪里”，即根據(jù)考綱和學生學情制訂合適的教學目標；接著是“我如何去那里”，也就是根據(jù)教學目標分析教學內(nèi)容、選擇適當?shù)慕虒W策略；最后是“我怎么判斷我已到達了那里”，即教學評價。

“酶”是浙科版生物教科書《選修1·分子與細胞》第三章第三節(jié)，本節(jié)的教學重點是酶的作用，教學難點是酶的化學本質(zhì)。由于酶與生活貼近，實驗性強，為了突破難點，對本節(jié)內(nèi)容采用實驗教學，并進行基于科學本質(zhì)的教學設(shè)計，從“酶是什么物質(zhì)、酶有什么作用、酶在哪里”三個方面進行實驗教學設(shè)計。其中學習“酶是什么物質(zhì)”可以通過展示科學家的探究過程使學生體會科學知識的形成過程；學習“酶有什么作用”通過引導學生利用探究的基本方法進行實驗探究，體驗科學方法；學習“酶在哪里”通過分析資料進行思考分析，體驗科學思想的價值，最后運用科學概念引導學生通過實驗設(shè)計進行遷移學習，形成新的知識和方法，學以致用。

3 “酶”的教學設(shè)計

3.1 教學目標

知識目標：掌握酶本質(zhì)的概念，理解其內(nèi)涵和外延。

能力目標：通過實驗探究，熟悉科學探索的方法，提高觀察分析、合作交流、動手操作的能力。

情感、態(tài)度與價值觀目標：養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、交流合作等學習品質(zhì)，養(yǎng)成積極、樂觀的學習態(tài)度，體驗學習生物學的樂趣。

3.2 教學重難點

本節(jié)內(nèi)容的重點是酶的作用、本質(zhì)和特性；教學難點是酶的催化作用原理以及控制變量的方法。

3.3 課前準備

教師準備材料和設(shè)備訂購單，收集好相關(guān)信息資料和視頻，對學生進行分組。學生根據(jù)自己的興趣查閱與酶有關(guān)的資料，并預習相關(guān)內(nèi)容。

3.4 教學過程

本實驗教學的過程采用探究問題→實驗探究→探究評價的流程，如圖1所示。

教師提出問題：為什么削皮后的蘋果會變色？究竟是什么原因?qū)е逻@種變化？以此順利引入關(guān)于“酶是什么物質(zhì)”的實驗探究。

實驗探究、引導歸納：

探究1：酶是什么物質(zhì)？

教師通過多媒體展示酶的科學發(fā)現(xiàn)史部分材料，要求學生思考、討論下列資料分別說明了什么問題。

資料1：美國科學家薩母納爾獲得脲酶的結(jié)晶，并用多種方法證明脲酶是蛋白質(zhì)，因此榮獲1946年諾貝爾化學獎。

資料2：科學家又相繼獲得胃蛋白酶、胰蛋白酶等的結(jié)晶，并且這些酶都是蛋白質(zhì)。

資料3：美國科學家奧特曼通過實驗提出少數(shù)RNA也可以是酶的論斷。這一發(fā)現(xiàn)使他和切赫共同獲得1989年諾貝爾化學獎。

教師展示問題：現(xiàn)有唾液淀粉酶、過氧化氫酶、蛋白酶等多種酶，請設(shè)計實驗檢驗它們的化學本質(zhì)。

學生以小組為單位作出假設(shè)，討論出實驗方案，然后自主探究實驗，獲取數(shù)據(jù)或結(jié)果，對數(shù)據(jù)和結(jié)果進行分析并推導結(jié)論。教師指導設(shè)計、篩選方案，在教室內(nèi)進行巡回輔導，使學生的探究順利進行。

師生共同歸納，得出結(jié)論：酶是有機物；絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。

探究2：酶有什么作用？

教師運用課件展示如下信息材料：

材料1：H2O2在體外可被無機催化劑Fe3+分解為H2O和O2；在體內(nèi)可被H2O2酶分解為H2O和O2。

材料2：H2O2酶可從新鮮動物的肝臟或新鮮的馬鈴薯中獲得。

材料3：每滴FeCl3溶液中Fe3+數(shù)大約是肝臟研磨液中H2O2酶分子數(shù)的25萬倍。

教師提供實驗材料和用具（質(zhì)量分數(shù)為2%的H2O2溶液、動物肝臟研磨液、FeCl3溶液、蒸餾水、衛(wèi)生香、試管、試管架、恒溫水浴鍋等），并設(shè)置一系列實驗情境，要求學生通過小組合作完成實驗操作，讓學生在實驗中體驗知識的形成。

教師提出問題，引導學生討論分析：與1號試管相比，2號試管有什么不同現(xiàn)象？能通過加熱使細胞內(nèi)的反應提高反應速度嗎？3號和4號未經(jīng)加熱，也有氣泡產(chǎn)生，這說明什么？比較3號和4號，你能得出什么結(jié)論？4號試管的氣體產(chǎn)生量會大于1、2、3號試管嗎？若增加4號試管中肝臟研磨液的量，或增加H2O2溶液的量，產(chǎn)生的氣泡會增多嗎？催化結(jié)束后酶本身是否改變？

學生討論交流，得出結(jié)論：酶具有催化作用，與無機催化劑相比具有高效性。

師：通過上述實驗，我們知道了酶在化學反應中大顯身手，“酶”力無限。那么它究竟存在哪里呢？以此引出探究3。

探究3：酶在哪里？

教師提示：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，RNA是在細胞核中由DNA指導合成。

學生思考討論，得出結(jié)論：蛋白質(zhì)類酶在核糖體上合成，RNA類酶在細胞核中合成，酶是由活細胞產(chǎn)生的。

交流評價、形成知識：師生共同討論、歸納總結(jié)得出酶的概念：活細胞產(chǎn)生的具有生物催化作用的有機物。

反思升華、拓展實驗：教師提出問題：所有的酶都來自活細胞嗎？酶一定在細胞內(nèi)起催化作用嗎？學生分組討論。

教師利用課件展示畢希納實驗，引導學生分析得出結(jié)論：有的酶可以人工合成，比如加酶洗衣粉；酶作用的場所可以在細胞外。這樣從而引導學生對酶的概念進行有效的補充，理解概念的發(fā)展是動態(tài)的。

最后，要求學生進行實驗設(shè)計與探究：現(xiàn)有淀粉、葡萄糖、唾液淀粉酶、稀釋的雞蛋清4瓶溶液，但沒有標簽記錄，并提供碘液、本尼邊特試劑、雙縮脲試劑。如何把唾液淀粉酶溶液鑒定出來？

學生分組討論，設(shè)計實驗方案，學校開放實驗室，讓學生開展實驗探究。研究結(jié)束后，各學習小組進行成果展示、交流評價，達到學以致用。

設(shè)計反思：本節(jié)課以學生為主體，以探究任務為驅(qū)動，通過設(shè)計的一系列的實驗，經(jīng)過觀察、分析、歸納、總結(jié)的學習過程，在實驗設(shè)計中將推理性實驗與探究性實驗相結(jié)合，將探究性實驗與驗證性實驗相結(jié)合，對酶的知識進行由淺入深、從宏觀到微觀的學生，讓學生經(jīng)歷感知知識、生成知識、應用知識等過程，實現(xiàn)知識的自主建構(gòu)和深度理解，提高其生物學素養(yǎng)。教師在教學中為學生提供親身體驗“做研究”的機會，使學生通過實驗探究形成自己的知識體系，而不是全盤接受別人的觀點，從“聽和背”中解脫出來，實現(xiàn)“做中學”。

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