追求创新使得生物学实验教学精彩纷呈

马丽　桂梓

《探究影响酶活性的因素》是人教版高中新课标生物必修一《分子与细胞》第五章第一节中的第一课时。第五章《细胞的能量供应和利用》主要阐述的就是细胞的新陈代谢进行及其条件。其中，生物酶以其高效、专一的特性使得细胞内的新陈代谢反应能在常温、常压下快速有序地进行，这对于保障细胞正常生命活动具有极其重要的意义。但是，酶的催化活性是会受到环境中多种因素影响的。因此，让学生了解和感受影响酶活性的因素非常重要，它不仅能让学生对酶有更全面的认识，还能帮助学生更好地理解为什么光合作用、细胞呼吸等生理过程会受到一些环境因素的影响，理解保障内环境稳定的重要性等多项重要内容。可以说，本节课的内容对于高中生物各个模块的关于“生物体生命活动的进行和能量的转变”等核心知识的学习都意义重大，具有承上启下的作用。

《探究影响酶活性的因素》是一节以实验教学为主的课，而在上一节《酶在细胞代谢中的作用》中，教材重点安排了学生做“比较H2O2在不同条件下分解速率”的实验。教材结合这个实验，要求学生学会区分自变量、因变量、无关变量，以及设置对照实验。在这个基础上，本节课可以让学生在实验室中进行分组实验，亲身获得酶的活性受温度、酸碱度等有关因素影响的实验证据，还可以通过定量化的探究实验，让学生认识酶活性的范围。

本文从以下四个片段对这节课进行赏析。

片段一：【导课】酶——我们的生活中无处不在

【片段展示1】本节课的导课是一段音乐轻快、画面活泼的视频：2012年米兰时装周水洗牛仔时装表演。通过老师对时装、服装设计、面料及其生物科技的介绍，同学们的目光很快被吸引，课堂气氛轻松欢快、引人入胜。

【教学赏析】视频观看完毕，教师简要介绍纤维素酶的作用原理：纤维素酶可以在一定pH和温度下，对牛仔布的纤维结构产生降解作用，并且除掉附于纤维表面的染料，使布面可以较温和地褪色、褪毛，洗后布料明显更加柔软、自然、色泽亮丽。时装表演，让学生们看到了牛仔布的发展历史，从传统的单调厚重的牛仔布，到现在色彩明亮、式样多变的水洗牛仔。通过水洗牛仔布的生产工艺介绍，引出酶在生活中的广泛应用，进而通过给出的学案资料引出酶的活性发挥需要一定条件。服装面料的处理和质感，自然引出本节题目《探究影响酶活性的因素》，顺利完成“发现问题” “提出问题”这一步骤，贴近生活，符合学生的生活认知。

片段二：【实验探究一】抓住核心——探究影响酶活性的因素

【片段展示2】本节课的主要目的是让学生亲身获得酶的活性受到温度、pH、浓盐、重金属离子、酒精等多种因素影响的实验证据。实验探究一在本节课中的作用是非常重要的，它不仅为实验探究二奠定了基础，同时它本身就是一个具有创新性的、高效率的实验。实验一共有7组，除蒸馏水处理的对照组之外，教师分别选择了高温、HCl（pH=2）、NaOH（pH=9）、10%NaCl、5%AgNO3以及95%的酒精处理等6组实验，其中pH、温度是课本中要求掌握的影响酶活性的因素，NaCl是人体内的常见物质，重金属、酒精是常见的导致蛋白质变性的因素。通过一个实验，就让学生亲身获得了影响酶活性的多种因素的实验证据，充分提高了课堂效率。

【教学赏析】

在实验探究中，学生真正成为学习的主体，他们自主学习，在这个过程中他们可能会有创新，也可能会发生错误，但实践操作过程会给他们发现错误的机会。因此，实验教学对提高学生的综合素质有非常重要的意义。

实验探究一在本节课中的主要作用是让学生亲身获得酶的活性受到多种因素影响的实验证据，也为接下来实验探究二中学生自主探究pH对酶活性的影响规律奠定了认知和能力基础。实验探究一的实验方案是由老师设置好，学生分组讨论后按要求进行操作的。之所以设置这样的教学程序，主要是基于以下考虑：一是学生只是在上一节“比较H2O2在不同条件下的分解速率的实验”中首次接触到实验变量及变量控制的问题，对对照实验的原理和原则的领会还不深刻，实验过程还不熟练；二是由于在实验课中，学生普遍存在对整个实验还没有形成总体的认识就开始实验的情况，而本实验要分7组进行，要用到的实验药品、器材较多，若对实验目的和过程没有明确的认识，很容易操作错误。所以，先通过分组讨论，明确实验的具体步骤、实验器材的使用次序和方法之后再动手实验，可以让每个学生都能理解实验目的、明了实验过程，有助于培养学生重视探究过程，而不只是结论的观念。

片段三：【实验创新一】科学选材——比较选材 合理处理实验材料

【片段展示3】教师选用新鲜的猪肝做实验材料，实验前先除去猪肝外包被的筋膜，然后迅速放入冷藏室冷藏（-10℃）三小时，实验前二十分钟取出，用打孔器打成长条状，实验时切成相等长度的猪肝条小段，用镊子夹取，放入试管中。

【教学赏析】本节课的实验材料是猪肝小块。其实，最初准备这节课时，所选定的材料是新鲜马铃薯，因为马铃薯含有过氧化氢酶，又便于切出大小均匀的小块，可能因为贮存和实验时间的原因，试用了好几个品种的马铃薯，实验效果都不理想。所以，只好改选用常用材料——猪肝，但像猪肝这样的软组织，很难切出均匀的小块；若将猪肝处理成猪肝糜、猪肝软组织研磨液或者稀释液，在取用时也会有少量粘附在取用小勺器械上，或者吸附在移液管内壁里，造成用量难以准确，产生误差。经过冷藏（-10℃）处理过的猪肝条，很容易用打孔器打出均匀的长条，再切成大小基本一致的小段，用量准确。冷藏处理过的猪肝条由于是低温保存，不不影响酶的活性发挥，实验效果与未经过冷藏处理基本一致。

片段四：【实验探究二】深度探究——pH对酶活性的影响规律

【片段展示4】在实验探究一已经可以确认pH会影响酶的活性的认知下，我们进一步探究pH对酶活性的影响规律。具体过程如下： 将新鲜的猪肝小块放入反应板的10个圆孔中，再分别加入HCl和NaOH调制成的pH1-pH10溶液，浸泡处理3分钟，取出后分别放入10支含5ml过氧化氢的试管中，观察相同单位时间内的试管反应，通过产生氧气的量推理分析得到以下结论：一是酶有其作用的最适pH，不同生物酶的最适pH不同；二是低于最适pH，酶活性随pH的升高而增强，高于最适pH，酶活性随pH的升高而降低；三是过酸或过碱会抑制酶的活性。

【教学赏析】实验探究二在实验探究一的实验材料和实验方法的基础上，由学生自主设计实验，通过定量化的探究，了解pH对酶活性的影响规律，这就对学生提出了更高层次的要求。实验观察要求分析找出猪肝中含有的过氧化氢酶的活性变化的pH条件，结果又以下五种情况：最适pH、低于最适pH、高于最适pH、过酸pH1和过碱pH10。实际上，本实验运用的过酸pH1至过碱pH10连续的梯度，是先通过探究，获得实验结果，再推理分析，得到结论的。这样实验设计科学，符合问题研究的逻辑关系。

片段五：【实验创新二】改造用具——去繁就简 科学设计实验用具

【片段展示5】为了更清晰地看到气泡上升的速度和数量，教师把20厘米的直尺刻度线延长到深色卡纸上，然后粘贴固定在试管架的后方。实验时，学生从试管架的前方，平视正在发生反应的试管，对应深色卡纸画好的刻度位置，就可以轻松地读出数值。学生在试管内加入H2O2后读取一次起始数值，在深色卡纸上标出起始液面高度；发生反应一定时间后再读取一次数值，标记终止液面高度，每支试管都照此处理（可以控制反应时间相同）。实验完成后，用直尺量出深色卡纸上每支试管起始液面和终止液面间的距离，记录数据，完成曲线图。另外，还可以直接把卡纸上的每根试管的初始点连成直线，当成横坐标，反应后读取的点也可以连成曲线图，依据实验所得曲线图趋势分析，学生能更直观地体会pH对酶活性的影响规律。

【教学赏析】实验探究二是一个定量分析实验，在酶的催化下， H2O2迅速分解产生的大量气泡，是无法通过计数个数来检测因变量的，所以，考虑用直尺测量相同时间内试管中产生气泡的高度来进行定量对比，对此，学生也能在启发之下回答出来。但在动手操作的过程中，发现简单的分别用直尺来测量气泡高度的方法也存在着很大的误差。比如，学生把直尺和试管摆在一起时，很难保持竖直；读数时，手持试管的高度也存在误差。读取的数据，在不同的实验组之间的对比，自然也就不够准确。以上对实验用具的创意设计，一是解放了学生的双手，不用同时拿着直尺和笔，记录也只要用长铅笔在卡纸上画点即可；二是观察的时候可以平视，减少了实验误差的产生；三是试管在试管架上平稳地进行反应，避免了手持的晃动给实验操作带来的危险。

实验装置的选择、设计和完善程度，是决定实验成败的关键。教师在实验材料的选择和制备上的创新，使得实验操作简单而准确。

结束语：追求创新，使得生物学实验教学精彩纷呈

本堂实验课设计的特点：一是设置层层递进的教学环节，提高课堂效率；二是制定创新高效的实验方案，逐步提升对学生的能力培养；三是选择科学有效的实验材料及改进完善实验装置，以保证实验的科学与严谨；四是开放自主的实验探究，充分体现学生的主体地位。

教学过程中，设计的实验探究一和实验探究二之间既独立又联系紧密。本节课的主体环节就是这两个实验探究，其中实验探究一是一个定性实验，实验探究二是一个定量实验，实验探究一和实验探究二所使用的实验原理、器材和方法是基本相同的，这样的设计方式不仅能充分挖掘实验的价值，还让整个教学过程具有连贯性，层层深入，逐步提升对学生的能力要求。

本节课充分发挥了学生的主体作用，有利于培养学生思考分析、观察动手、合作交流等多项能力，全面贯彻新的课程理念，对学生综合素质的提高具有非常重要的意义。