导“酶”的“实验犯错”

陆奇 孙晶晶 张焕红

美国著名的教育心理学家桑代克的“试误说”认为学习的过程是一种渐进的尝试错误的过程。在这个过程中，无关的错误的反应逐渐减少，而正确的反应最终形成。

“酶与酶促反应”是苏教版高中生物学教材《必修1·分子与细胞》第四章第一节的内容，本节内容在高中课标中要求是说明酶在代谢中的作用。教学目标之一是进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组等。为了达到以上目标，笔者利用桑代克的“试误说”作为理论依据，通过“设计活动让学生出错一教师设问引发认知冲突一学生修正结论和方案”作为教学方法，围绕“酶的作用和特性”内容展开教学，让学生在获取知识的同时，增强其科学实验的设计、实施和评价能力。

1 利用“实验设计错误”引导学生探究酶的作用和高效性

掌握实验设计相关原理是本节课重要的教学目标，但是相关原理比较抽象，学生理解掌握有一定的难度。教师讲解H202分解的化学反应式和反应条件，介绍H202酶相关知识，提供相应的实验材料，引导学生设计“验证酶具有催化作用”的实验。表1是学生常见的设计错误。

教师以此进行设问：①本实验能否能说明酶能够起到催化作用？②新设置的对照实验加入的药品应注意什么？③本实验的自变量、因变量和无关变量分别是什么？④对照组和实验组的设计应遵循什么原则？

学生根据自己的设计，对照教师的设问，产生认知冲突，认识到要验证酶具有催化作用，必须与不加酶的实验进行对照。设置对照实验时要注意加入的H202溶液浓度和量要与实验组相同，并且要加入等量的无酵母菌的培养液，保证反应体积一致，两组实验反应条件也应该相同。根据以上讨论，学生可以总结并理解实验的自变量、因变量和无关变量，实验设计时的对照原则、单一变量原则也深入人心。在此基础上，教师可顺势组織学生设计实验验证酶具有高效性。

2 利用“实验材料选择错误”引导学生探究酶的专一性

探究酶是否具有专一性时，教师可提供下列实验材料：蔗糖溶液、淀粉溶液、蒸馏水、蔗糖酶溶液、淀粉酶溶液、斐林试剂、碘液等试剂。学生可选择合适的药品设计实验。

学生通过试误后，会选择两种底物和一种酶作为实验试剂或者两种酶和一种底物作为实验试剂。但在选择鉴定试剂的时候，学生往往会不加思索地选择斐林试剂或碘液中的任意一种。这时，教师可以利用学生鉴定试剂的选择错误进行追问：选择碘液能否鉴定出糖被相应的酶分解了？很快，学生会修正错误：碘液能鉴定淀粉是否被酶水解，而不能鉴定蔗糖是否被酶水解，所以应该选择斐林试剂进行检测。实施实验后，教师总结酶的专一性的含义、原理以及意义，使学生产生深刻的印象。

3 利用“操作顺序错误”引导学生探究酶的作用条件温和

探究pH对酶活性的影响时，教师提供下列实验材料：H202溶液、新鲜的酵母菌溶液、蒸馏水、NaOFI溶液、盐酸溶液让学生设汁实验。表2是课堂上三位学生的实验设计。

教师组织学生讨论后，认为学生甲的设计只能探究酸、碱和酶对H202分解的影响，并不能探究pH对酶活性的影响。若学生乙按照他自己的方案进行实验，实验中他就会认识到不能先将底物和酶混合。在实施学生丙的实验方案时，发现三组实验都有大量气泡产生，教师组织学生讨论原因：可能是盐酸和Na0H溶液配置浓度过低，也可能是先加入H202溶液和盐酸溶液或NaOH溶液后酸碱的浓度被稀释了。然后，学生改进实验方案：①增加盐酸和NaOH溶液的浓度进行实验;②调整溶液加入的顺序，即第1组试管依次加入新鲜的酵母菌溶液、盐酸溶液和H202溶液;第2组试管依次加入新鲜的酵母菌溶液、NaOH溶液和H202溶液;第3组试管依次加入新鲜的酵母菌溶液、蒸馏水和H202溶液。

探究温度对酶活性的影响时，教师提供下列实验材料：H202溶液、新鲜的酵母菌溶液、冰水混合物、煮沸并冷却的酵母菌溶液，组织设计实验。学生设计实验见表3。

在学生实施实验时，往往会将冰水浴的酵母菌培养液直接滴入未冰浴的H202溶液中，却发现有大量气泡产生，与实验预期不符，学生就会产生认知冲突。此时，教师可以因势利导地让学生讨论，若学生不能自行纠错，可利用下列设问引导学生：①将少量零度下的新鲜酵母菌溶液滴入H202溶液后，酶促反应是否是在零度进行？②如何改进实验？对操作失误的分析可以让学生意识到：探究温度对酶活性的影响时应先将底物和酶溶液分别控温，然后再混合进行酶促反应。

4 总结与反思

通过教学设计充分让学生“试误”，引发学生的认知冲突，让学生对酶相关的知识和实验产生“同化”和“顺应”，并训练学生的批判性思维。在教学过程中，教师应鼓励学生“试误”。学生出现错误时，教师应因势利导，沉着冷静地通过设问帮助出错学生进行分析和修正，并作出积极的评价。