滕遠(yuǎn)王

摘要 以“新鮮的豬肝與過(guò)氧化氫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”為情景主線，引用假說(shuō)演繹法，依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，假設(shè)其細(xì)胞內(nèi)有催化物質(zhì)，運(yùn)用對(duì)照實(shí)驗(yàn)探究其真?zhèn)?，分析結(jié)果得出結(jié)論，讓學(xué)生掌握嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究方法。利用小組討論、協(xié)同實(shí)驗(yàn)、跨越活動(dòng)、游戲通關(guān)和家庭小實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，讓學(xué)生理解酶的催化作用，認(rèn)識(shí)酶在細(xì)胞代謝中的重要意義，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞? 酶的作用假說(shuō)演繹法對(duì)照實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)高中生物學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號(hào)：1003-7586（2023）03-0039-04

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”選自人教版高中生物學(xué)教材《必修1·分子與細(xì)胞》第五章第一節(jié)，內(nèi)容包含酶的作用、本質(zhì)和特性等。該節(jié)內(nèi)容量較大，實(shí)驗(yàn)比較多，對(duì)學(xué)生來(lái)講難度大，因此分為3個(gè)課時(shí)進(jìn)行講解，其中第1課時(shí)是基于實(shí)驗(yàn)探究酶的作用。學(xué)生在初中已學(xué)過(guò)消化與吸收等，后續(xù)將深入學(xué)習(xí)細(xì)胞中呼吸作用和光合作用等重要代謝反應(yīng)，這些內(nèi)容均離不開(kāi)酶的作用。同時(shí)，本節(jié)課的重難點(diǎn)是控制實(shí)驗(yàn)變量的科學(xué)觀念的建立，也是滲透假說(shuō)演繹法的最佳實(shí)施位點(diǎn)，為后續(xù)學(xué)習(xí)孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)和摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)?；诖耍卷?xiàng)目的教學(xué)引用假說(shuō)演繹法作為整節(jié)課的設(shè)計(jì)主線（圖1），設(shè)置問(wèn)題串驅(qū)動(dòng)學(xué)生從現(xiàn)象到結(jié)論進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體驗(yàn)完整的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）引用假說(shuō)演繹法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到實(shí)驗(yàn)探究其真?zhèn)味贸鼋Y(jié)論的過(guò)程，體驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究流程，發(fā)展科學(xué)思維和探究能力。

（2）通過(guò)提出問(wèn)題、演繹推理、分組實(shí)驗(yàn)和跨越活動(dòng)等，發(fā)展高階思維目標(biāo)，提高合作互助的能力，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

（3）通過(guò)角色轉(zhuǎn)換、知識(shí)通關(guān)游戲和家庭小實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生在實(shí)踐中習(xí)得知識(shí)，提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1角色轉(zhuǎn)換，實(shí)驗(yàn)引入

教師展示皮膚擦傷的照片，引入日常生活中用醫(yī)用過(guò)氧化氫消毒液清洗傷口的情境。教師提問(wèn)：過(guò)氧化氫消毒液涂在皮膚傷口上會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？接著，教師拿出刀片和過(guò)氧化氫消毒液，提出運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行觀察，并提問(wèn)：能在人體上進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)嗎？根據(jù)學(xué)生的回答，教師強(qiáng)調(diào)選用實(shí)驗(yàn)材料要注意安全倫理問(wèn)題并提議用新鮮的豬肝作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行嘗試。教師現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)并在展示臺(tái)上投屏，教師先用注射器取過(guò)氧化氫消毒液直接滴在新鮮的豬肝表面，然后用刀片在豬肝表面劃幾刀用以表示嚴(yán)重受傷的情境，并同樣操作將過(guò)氧化氫消毒液滴到受傷的豬肝表面。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師請(qǐng)學(xué)生用語(yǔ)言描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：激起學(xué)生探究欲的情景引入是課堂成功的關(guān)鍵之一。通過(guò)豬肝與過(guò)氧化氫反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀察到劇烈現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，為后續(xù)的主動(dòng)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

3.2假說(shuō)演繹，實(shí)驗(yàn)探究

（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

根據(jù)劃傷的豬肝表面有大量的白色泡沫產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教師提出問(wèn)題串：①白沫產(chǎn)生的原因是什么？可能是什么氣體？②大量的氣泡說(shuō)明反應(yīng)快，常溫下過(guò)氧化氫會(huì)發(fā)生反應(yīng)嗎？醫(yī)用的過(guò)氧化氫消毒液的說(shuō)明書(shū)有效期是24個(gè)月，說(shuō)明了什么？③根據(jù)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出一個(gè)有實(shí)踐價(jià)值的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)探究重要的一環(huán)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)大量和氣泡的兩方面指標(biāo)進(jìn)行分析，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生提出有實(shí)踐價(jià)值的問(wèn)題，發(fā)展學(xué)生的觀察和思考能力。

（2）提出問(wèn)題并做出假設(shè)

學(xué)生提出相關(guān)問(wèn)題①豬肝受傷程度與過(guò)氧化氫的反應(yīng)速率有關(guān)嗎？②肝臟細(xì)胞能夠促進(jìn)過(guò)氧化氫反應(yīng)嗎？③肝臟細(xì)胞內(nèi)有加快過(guò)氧化氫反應(yīng)的物質(zhì)嗎？根據(jù)問(wèn)題，學(xué)生做出假設(shè)：豬肝細(xì)胞內(nèi)有加快過(guò)氧化氫反應(yīng)的物質(zhì)。有的學(xué)生則提出：豬肝細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有加快過(guò)氧化氫反應(yīng)的物質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要”。在教學(xué)過(guò)程中，“留白”能夠給予學(xué)生較充足的時(shí)間和機(jī)會(huì)提出個(gè)人觀點(diǎn)。教師引導(dǎo)學(xué)生在已有的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)背景下對(duì)提出的問(wèn)題作出假設(shè)，營(yíng)造一種學(xué)生有思考敢發(fā)言的“生態(tài)”課堂，能夠發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力、多維度看待問(wèn)題的能力和表達(dá)能力。

（3）演繹推理

教師引導(dǎo)設(shè)問(wèn)：在常溫下過(guò)氧化氫反應(yīng)緩慢，還有其它條件可以加快過(guò)氧化氫的反應(yīng)嗎？學(xué)生提出加熱和無(wú)機(jī)催化劑如二氧化錳。教師繼續(xù)提問(wèn)：如果將豬肝細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)與過(guò)氧化氫反應(yīng)比加熱、無(wú)機(jī)催化劑的現(xiàn)象更劇烈，能夠正是哪種假設(shè)？

設(shè)計(jì)意圖：演繹推理是在未知實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的情況下進(jìn)行的一種正反思維推測(cè)活動(dòng)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判思維能力。本環(huán)節(jié)教師幫助學(xué)生回憶初中已有的知識(shí)，設(shè)置加熱組和無(wú)機(jī)催化劑組，引導(dǎo)學(xué)生推理出過(guò)氧化氫酶的高效性。

（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

教師提問(wèn)：①如何使豬肝細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)釋放出來(lái)？②單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f(shuō)明該物質(zhì)加快了過(guò)氧化氫的反應(yīng)嗎？③探究肝臟研磨液、加熱、無(wú)機(jī)催化劑有催化作用需要什么實(shí)驗(yàn)材料呢？

根據(jù)學(xué)生的回答，教師提供體積分?jǐn)?shù)為3%的 H2O2溶液、90℃的熱水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的 FeCl3溶液、新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液、注射器、氣球、試管、滴管、衛(wèi)生香、打火機(jī)等實(shí)驗(yàn)材料，并提示學(xué)生：①注射器相當(dāng)于滴管和量筒，取過(guò)氧化氫溶液時(shí)快捷準(zhǔn)確；②氣球可以檢測(cè)產(chǎn)生氣體量的多少；③帶火星的衛(wèi)生香可以檢測(cè)產(chǎn)生氣體的種類(lèi)。

教師利用問(wèn)題串：①每組實(shí)驗(yàn)至少需要用幾支試管？②每支試管準(zhǔn)備用多少毫升的過(guò)氧化氫溶液？③肝臟研磨液和 FeCl3溶液準(zhǔn)備滴幾滴？劑量相同嗎？④實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是否需要注意試劑添加順序？⑤實(shí)驗(yàn)過(guò)程中準(zhǔn)備觀察什么？引導(dǎo)學(xué)生做出自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，小組合作展開(kāi)實(shí)驗(yàn)探究。教師觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程并及時(shí)指導(dǎo)，拍攝學(xué)生操作不規(guī)范的視頻或照片。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師展示學(xué)生操作不規(guī)范和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想的視頻或照片，如4號(hào)試管反應(yīng)物從瓶口溢出、4號(hào)試管無(wú)法復(fù)燃以及催化劑滴加到試管壁等，讓學(xué)生找一找問(wèn)題與原因。接著，教師讓學(xué)生代表展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表，再請(qǐng)其他學(xué)生一起補(bǔ)充修正。最后，播放實(shí)驗(yàn)效果好的視頻。

教師展示完善后的現(xiàn)象記錄表（表1），并提問(wèn)：為什么加過(guò)氧化氫溶液的溶度和劑量要相同呢？根據(jù)學(xué)生回答，教師用數(shù)學(xué)方程式Y(jié)=X+a進(jìn)行類(lèi)比，明確實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量的定義并引導(dǎo)學(xué)生找出本實(shí)驗(yàn)中的自變量、因變量與無(wú)關(guān)變量。接著，教師提問(wèn)：若將第1、2組的過(guò)氧化氫溶液劑量均改成3 mL，第1、4組還能對(duì)照嗎？為什么？引導(dǎo)學(xué)生明確對(duì)照實(shí)驗(yàn)需要滿足單一變量原則。接著，教師請(qǐng)學(xué)生分析第1、2組，第1、3組，第1、4組，第3、4組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照分別說(shuō)明什么？學(xué)生分析后，教師展示兩組數(shù)據(jù)：1滴 FeCl3溶液中 Fe3+數(shù)目是1滴肝臟研磨液中過(guò)氧化氫酶數(shù)目的25萬(wàn)倍，酶的催化效率是無(wú)機(jī)催化劑的107-1013倍。并提出問(wèn)題：從酶催化的分子機(jī)理角度分析為什么酶具有更高的催化效率呢？

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)置小組方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果分析等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。用注射器替代滴管和量筒取樣效果準(zhǔn)確快捷，用氣球可觀察到氣體產(chǎn)生的速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析能及時(shí)反饋學(xué)生的效果。教師用熟悉的數(shù)學(xué)方程變量思想類(lèi)比實(shí)驗(yàn)控制變量，再展示數(shù)據(jù)從定性到定量，使學(xué)生理解酶催化的高效性，養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣。

3.3跨越活動(dòng)，探究本質(zhì)

教師設(shè)置跨越游戲，用紙質(zhì)的擋板代表化學(xué)反應(yīng)需要的活化能。第一次，讓一位同學(xué)直接跨越，該同學(xué)不容易跳過(guò)去；第二次，請(qǐng)另外同學(xué)抱起該同學(xué)后，該同學(xué)可以跨越過(guò)擋板；第三次，將擋板降低一定的高度后，該同學(xué)可以單獨(dú)跨越過(guò)去；第四次，將擋板降低到很低，該同學(xué)輕松地跨越過(guò)去。游戲完成后，教師解釋跨越過(guò)去就表示發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)（圖2）。

接著，教師展示20℃時(shí)測(cè)定無(wú)催化劑、無(wú)機(jī)催化劑和過(guò)氧化氫酶條件下，過(guò)氧化氫分解的活化能分別是75 KJ/mol、54 KJ/mol、29 KJ/mol，并指出正是由于酶的催化作用，細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)才能在溫和條件下快速有序地進(jìn)行。最后，教師請(qǐng)學(xué)生找出細(xì)胞代謝的概念。

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)置跨越游戲讓學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)的原理，理解酶的催化機(jī)理，讓學(xué)生形成“正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫和條件下快速有序的進(jìn)行”的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)觀念。

3.4闖關(guān)游戲，鞏固新知

基于希沃白板平臺(tái)中的“課堂活動(dòng)”模板設(shè)計(jì)了知識(shí)闖關(guān)游戲，設(shè)置8道判斷題：①酶能為反應(yīng)物提供能量（×）②酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能（√）③在實(shí)驗(yàn)中人為改變的變量叫因變量（×）④無(wú)關(guān)變量表示對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)影響的變量（×）⑤活化能是指反應(yīng)物分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)所需要的能量（√）⑥空白對(duì)照組的設(shè)置排除了自變量的影響（×）⑦酶在生物體外沒(méi)有催化活性（×）⑧在人體細(xì)胞內(nèi)可以通過(guò)加熱來(lái)提高細(xì)胞代謝的速率（×）。教師將全班分為兩組，各派一位選手，全組參與判斷，結(jié)束后一起分析錯(cuò)誤原因并及時(shí)修正。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)知識(shí)闖關(guān)游戲，教師在輕松有趣的環(huán)境中幫助學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣。教師能及時(shí)得到現(xiàn)場(chǎng)反饋并進(jìn)行修正，達(dá)到教與學(xué)互動(dòng)的效果。

3.5家庭實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐應(yīng)用

教師展示家庭小實(shí)驗(yàn)任務(wù)單：①探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉除污效果。②探究加酶洗衣粉在什么溫度條件下除污的效果最佳。教師提示：①加酶洗衣粉除污效果與污漬的種類(lèi)有關(guān)；②注意設(shè)置等溫度梯度。請(qǐng)學(xué)生做一做并提交實(shí)驗(yàn)小報(bào)告。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)課外拓展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生鞏固科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)中，教師曾嘗試用教材中“問(wèn)題探討”的斯帕蘭札尼實(shí)驗(yàn)、小番茄與過(guò)氧化氫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、雞蛋花和多酶片實(shí)驗(yàn)等導(dǎo)入，但均不能形成整體的探究。而現(xiàn)場(chǎng)用新鮮的肝臟與過(guò)氧化氫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情景，激發(fā)學(xué)生的探究欲，成為整節(jié)課的教學(xué)主線情景，讓學(xué)生在真實(shí)情景中探究科學(xué)的本源，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。教師通過(guò)小組討論、協(xié)同實(shí)驗(yàn)、跨越活動(dòng)、知識(shí)通關(guān)游戲和家庭拓展實(shí)驗(yàn)等一系列活動(dòng)，加深對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的能力。

針對(duì)“角色轉(zhuǎn)換”教學(xué)環(huán)節(jié)中，有學(xué)生提出的用云南白藥清洗傷口的問(wèn)題，教師及時(shí)補(bǔ)充對(duì)應(yīng)的生活常識(shí)。在“提出問(wèn)題”環(huán)節(jié)中，教師耐心的聽(tīng)取學(xué)生的問(wèn)題，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生深度思考，如引導(dǎo)學(xué)生思考受傷比沒(méi)受傷的豬肝要產(chǎn)生更多氣泡的原因。在“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案”環(huán)節(jié)中，針對(duì)“每組實(shí)驗(yàn)至少需要準(zhǔn)備幾支試管”的問(wèn)題，面對(duì)學(xué)生回答“需要增設(shè)加熱與無(wú)機(jī)催化劑組以及無(wú)機(jī)催化劑與加酶組的2支試管”時(shí)，教師不作正面回答，而在明確單一變量原則后再請(qǐng)?jiān)搶W(xué)生回答為什么不需要用后2支試管，從而在教師的“生態(tài)”課堂中使學(xué)生會(huì)思考敢發(fā)言。

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