论证教学模式在高中生物学实验教学中的案例研究

吴惠平（漳州第一中学，福建漳州363000）

论证教学模式在高中生物学实验教学中的案例研究

吴惠平
（漳州第一中学，福建漳州363000）

以“探究温度对酶活性影响的实验”为例，引导学生以探究实验的结果作为证据提出主张，进行相互质疑，最后达到完善或认可的主张，使得学生由被动接受知识转变为主动建构知识，促进学生对科学概念的建构和深刻理解，有利于提高学生的探究能力和论证能力。

论证教学模式；探究实验；质疑；实验结果；主张

运用论证教学模式进行探究实验，将探究实验的开放性与论证教学的实证性相结合，促进学生归纳、梳理探究实验结果，并作为证据进行质疑或维护各自的主张，有利于达成科学探究与应用知识相结合的教学目的。现以人教版《高中生物》必修1中“探究温度对酶活性影响的实验”为例，探讨如何在高中生物学实验教学中运用论证教学模式。

一、论证教学模式概述

论证教学模式是将科学领域论证工作的方式引入课堂，使得学生经历类似科学家的论证过程，促进学生理解科学概念和科学本质，发展学生的思维能力。［1］根据论证教学模式的要求，高中生物学实验教学一般包括分析“实验结果”得出“主张”，以实验结果为“论据”解释支持“主张”，经过“质疑”后“完善或认可主张”（如图1）。［2］

图1 论证探究实验过程

二、论证教学模式的案例研究

（一）指导学生课前设计实验方案

“探究温度对酶活性影响的实验”涉及较多化学知识，包括实验试剂、检测试剂的化学性质对实验结果的影响，导致实验结果与预期结果有偏差甚至相违背。因此，实验课前，师生应做好充分的准备。要求学生从实验试剂、温度、pH等单一变量的控制、检测试剂的选择等方面查阅影响酶活性的相关资料，思考①选择什么试剂进行温度对酶活性的影响实验最合适？②如何严格保持实验中每组酶所处的温度始终是所设置的温度？③若选择好实验的底物和酶时，那么应选择什么作为检测试剂来检测反应速度的快慢？并完成实验方案的设计（如表1、表2）。

表1 第1组实验方案

表2 第2组实验方案

（二）探究实验与论证教学有机结合

学生整理、归纳实验探究的结果，梳理其中的逻辑关系，提出主张，并进行相互质疑。通过论证，修正实验设计。将获取的实验结果做为证据进一步论证，从而得出正确的主张。

1.以实验结果作为资料提出主张

根据课前设计的实验方案，学生4人一小组进行实验操作、观察与记录。

第1小组的实验设计如表1，实验结果是0℃、37℃、100℃的3支试管分别是浅砖红色、砖红色、浅砖红色。因此，第1小组提出“温度对酶活性有影响，低温和高温酶活性下降，但是都还有活性”的主张。

第2小组质疑第1小组“实验检测试剂”的问题：第1小组使用斐林试剂作为检测试剂，试管中的溶液必需加热到55℃才会有颜色变化，但是该实验的自变量是温度，加热到55℃的处理改变了原来控制的温度梯度，因此不能选择斐林试剂进行检测。第2小组的实验设计如表2，选择碘液作为检测试剂。实验结果是0℃、37℃、100℃试管的溶液分别是深蓝色、无色、无色。第2小组支持第一小组的“温度对酶活性有影响，低温时酶活性下降”的主张；同时提出超过最适温度时，随着温度的升高，温度对酶活性基本没影响。

2.教师提供资料，学生重新设计实验方案

第3小组学生质疑第2小组的主张：唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，蛋白质易变性，因此高温情况下酶应当没有活性。

教师提供资料：酶对温度变化极为敏感，天然态酶分子会经过一系列相对稳定的中间态U1、U2、U3等，最终过渡到变性状态，中间状态时仍具有部分活性，而且是可逆过程。［2］学生恍然大悟。进一步要求学生思考“如何修改实验方案，保证在整个实验过程中各组的温度一直保持不变？”

经过论证学习，学生重新设计实验方案（如表3）。

表3 修正后的实验方案

经过实验，所得的结果与第2小组的实验结果一样，即0℃、37℃、100℃试管的溶液分别是深蓝色、无色、无色。学生分析实验方案：5号淀粉试管和6号唾液淀粉酶试管皆在100℃保温5分钟，混合后继续保温5分钟，难道是唾液淀粉酶保温时间太短？

3.寻找证据，再次修正实验方案

学生阅读教师提供的资料：直链淀粉并不是直线型分子，而是借分子内氢键卷曲成螺旋状。直链淀粉遇碘显蓝色，碘与淀粉之间并不是形成化学键，而是I2钻入螺旋当中的空隙。I2与淀粉之间借助于范德华力联系在一起，形成深蓝色的淀粉-碘络合物。淀粉的螺旋结构并不是十分稳定，温度高使直链淀粉分子剧烈运动，形态发生变化，螺旋消失，以致蓝色的淀粉—碘络合物分解，溶液呈现无色。［3］思考“应如何检测高温组溶液是否含有淀粉？”

学生分析资料：高温条件下，滴加碘液，碘与淀粉无法形成蓝色的淀粉—碘络合物，所以溶液呈现无色。因此需修改检测方法，待高温组溶液冷却后再滴加碘液。学生实验后得出实验结果：高温组溶液冷却后滴加碘液，溶液变为深蓝色。

指导学生进一步分析“只要高温组有淀粉存在就说明酶没有活性吗？”学生分析：不能说明，还需设计对照试验，探究高温组的淀粉是否被水解。学生改进实验设计：再取两支试管，编号为7号、8号，在7、8号试管中分别加入3%淀粉溶液2ml和1ml的蒸馏水，在100℃的水浴锅中保温5分钟，之后将8号试管的水倒入7号试管中继续保温，5分钟后拿出并冷却，滴加碘液观察颜色变化，并与高温组进行比较。实验结果是高温组溶液的颜色与对照组的颜色一致。学生根据实验结果修正主张：高温下酶没有活性，而且该过程不可逆。

教师讲解：高温使酶没有活性是由于高温使酶的空间结构被破坏，酶的空间结构被破坏后，酶的空间结构不可能重新形成。高温处理，使得酶的空间结构发生改变，最终导致酶的功能丧失称为变性。

4.完善低温组实验，得出正确的主张

教师引导：高温时酶变性，该过程不可逆；那么低温条件下，酶活性下降，是否可逆？如何设计实验进一步验证？

学生实验后得出实验结果：直接将0℃的试管放于37℃的水浴锅保温一段时间并进行观察。试管溶液转变为无色。

学生分析实验结果，得出正确的主张：低温使酶活性下降，但随着温度升高酶活性上升，所以低温酶没变性失活。

在高中生物学实验教学中应用论证教学模式，学生以实验结果作为资料提出主张，或以实验结果作为论据质疑他组提出的主张，最后完善或认可的主张：温度对酶活性有影响。整个探究实验过程，学生经历了类似于科学家一样的论证过程，由被动接受知识转变为主动建构知识，有利于学生对科学概念的建构和深刻理解，培养学生的论证能力和探究能力。

［1］许桂芬.在论证式教学中如何引导质疑和辩驳——以“生物膜的流动镶嵌模型”为例［J］.生物学通报，2014（7）.

［2］李福琴.变性一定导致酶永久失活吗［J］.中学生物学，2015（2）.

［3］黄广慧.探究“影响酶活性”的两个“意外”［J］.生物学教学，2006（1）.

（责任编辑：陈欣）

2015年度漳州市基础教育课程教学研究立项课题“高中生物论证式教学模式的案例研究”（项目编号：ZPKTY15003）。