基于核心素养的生物探究实验拓展式教学探索

张旭辉 史江宁

一、拓展式实验教学模式

基于核心素养的拓展式实验教学模式，是以培养学生的生物学核心素养为重心，以课本实验为基础，立足于高中教学实际和学生实际，充分挖掘和拓展课本实验，在实验材料、实验步骤、实验方法、实验结论、讨论交流等方面发挥学生的积极作用，激发学生的探究兴趣，培养和提升学生的生物学核心素养。

二、拓展式实验教学模式的实施

该教学模式在实施之前，教师首先要进行课前分析，了解教材、学生、学校实验室的实际情况，有针对性的设计优化的教学流程实施拓展式教学，从而达到提升学生生物学核心素养的目的。

（一）课前分析

1.教材分析

本实验是人教版必修1第5章第1节第二课时《酶的特性》中的内容，是在完成第一课时《酶的作用和本质》中“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验之后所设置的一个探究性实验。该实验在设置上注重对实验材料的选择、结果的预判和实验方案的设计。

2.学情分析

通过对《酶的作用和本质》的学习，学生对酶已有一定的认识，对自变量的设置、因变量的检测和无关变量的控制都有了一定的了解。同时，经过初中及高一前一阶段的实验训练，学生在化学药品的取用、仪器设备的使用以及实验操作等方面也有一定的基础。

3.实验条件分析

本实验材料简单、易得，对实验室设备要求不高，有恒温水浴锅即可顺利开展实验。

（二）拓展过程

1.材料拓展

基础材料：学生结合已有知识从教材中给出的众多备选材料中选择淀粉酶作为本次实验的主要材料。

拓展淀粉酶的获取途径：购买ɑ-淀粉酶或收集口腔中的唾液淀粉酶。

2.原理拓展

基础原理：淀粉酶活性的大小可通过单位时间内反应物淀粉的剩余量或产物麦芽糖和葡萄糖的生成量来反映。淀粉遇碘， 形成紫蓝色的复合物。

学生通过查阅资料进一步拓展了实验原理：淀粉酶水解淀粉是一个逐步进行的过程， 淀粉水解不同阶段的中间产物遇碘有不同的颜色反应， 最后才形成遇碘不显色的麦芽糖和葡萄糖。麦芽糖和葡萄糖这些还原糖可以用斐林试剂检测，但斐林试剂的使用会干扰该实验自变量的设置。因此，该实验选用碘液来检测淀粉的剩余量。然而，高温下碘会与水分子发生歧化反应：3 I2+ 3H2O ←→5H I+ H IO 3， 淀粉只与I2 形成紫蓝色复合物， 而不与I- 或IO -3 形成紫蓝色的复合物。

3.方法拓展

在该实验的探究过程中，学生以小组为单位，在教师引导下讨论设计不同的实验方案。下面列出学生自主设计的3种代表性方案：

步骤 1 2 3 4 5 6

方案甲 取3支试管编号A、B、C 各加入2ml可溶性淀粉溶液 再各加入1ml淀粉酶 摇匀后分别放入沸水、温水和冰水中保温5min 各滴3滴碘液，摇匀

方案乙 取3支试管编号A、B、C 各加入1ml淀粉酶 分别放入沸水、温水和冰水中保温5min 各加入2ml可溶性淀粉溶液 摇匀后维持各自温度5min 各滴3滴碘液，摇匀

方案丙 取3支试管编号A、B、C 各加2ml可溶性淀粉溶液并分别置于沸水、温水、冰水中保温处理 另取3支试管编号A、B、C 各加2ml淀粉酶并分别置于沸水、温水、冰水中保温处理 将A和A，B和B，C和C混合摇匀后维持各自温度5min 各滴3滴碘液，摇匀

学生对以上三种方案进行分析评价：方案甲的实验步骤缺乏科学性、严谨性。因为加入淀粉酶后再控制温度， 那么当淀粉酶一加入， 其中的淀粉酶马上催化淀粉水解， 就会产生实验误差， 对实验结果造成干扰，也就得不出温度对酶活性影响的正确实验结果。因此，方案乙、丙更科学严谨。对于方案乙、丙，同学们各执一词、争论不下，于是教师建议学生分组分别按照方案乙和方案丙进行实验，用结果说明问题。

4.结果拓展

学生分组分别按照方案乙和方案丙进行完实验后发现，大部分小组方案乙和方案丙的结果都与预期结果相符，都能说明温度可以影响酶的活性，在适宜温度下酶的活性较高。可见，对于该实验可行的实验方案并不是只有一个。

但是也有部分小组实验结果与预期不符：温水处理组加碘后颜色较深，而沸水处理组加碘后颜色近于无色。针对以上异常现象，教师引导学生结合实验原理以及自己的操作进行分析，学生很快找到可能的误差原因：

（1）温水处理组淀粉与淀粉酶混合后必须给予充分的反应时间，否则可能因为反应不彻底，淀粉及其中间产物均可与碘液产生颜色反应，导致最终检验结果误差。

（2）沸水处理组碘液加入后在高温下碘与水分子发生歧化反应：3 I2+ 3H2O ←→5H I+ H IO 3， 而淀粉只与I2 形成紫蓝色复合物，不与I- 或IO -3 形成紫蓝色的复合物。

为了验证上述分析的结果，学生进行了实验的改进：

（1）淀粉与淀粉酶还是按照2：1混合，但混合后給予充分的反应时间，至少五分钟；

（2）改变淀粉与淀粉酶的比例，按照1：1混合，混合后的反应时间可以缩短到两分钟；

（3）沸水处理组在试管冷却后再加入碘液。

学生按照改进后的实验方案进行操作，经过多次独立实验证实，结果明确，具有良好的重复性。

三、探究实验拓展式教学后的思考与建议

在探究实验中，是否只有那些与预期结果一致的实验才算是成功呢？是不是所有学生的实验结果必须完全一致，该实验设计才算完善呢？

在 “探究温度对酶活性的影响”的实验过程中，通过学生对实际实验过程中所出现的各种颜色及深浅变化的观察和分析，不仅可以帮助学生透彻理解酶活性的高低就是酶催化反应物发生反应的速度快慢这一基本原理的本质，而且能加深学生对生命活动的渐进性、多样性以及受到多种因素影响的认识，使学生理解酶的生物催化作用乃至新陈代谢活动，是一个逐步发生的渐进过程。而且学生通过自己设计实验，亲自动手寻找出现不同实验现象的原因，激发了学习的兴趣和主动性，逐步形成分析和解决问题、探索科学规律的能力，提升了生物学核心素养尤其是科学探究的素养。