科学探究下的高中生物教学设计——以“酶的作用和本质”为例

简海霞 湖南科技大学 湖南湘潭 411201

核心素养是教学育人价值的集中体现，具体体现在学生通过各个学科学习从而形成的正确价值观念、必备品格以及关键能力。生物学科素养是由生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面发展核心素养。生物学教学中教师引导学生关注生活中生物学问题，并且针对某些生物学现象进行提问，设计实验，实施方案，最后进行讨论的科学探究过程。笔者本节课内容通过实验，多媒体以及学生扮演科学家的三个部分教学活动进行教学设计。

1 教材分析

人教版的高中生物学教材《分子与细胞》必修一第五章的第一节是“降低化学反应活化能的酶”。本节课的重点是酶的作用和本质，教学难点是活化能在酶的作用下降低的理解和控制变量法的运用。在初中接受消化酶为基础以及“生命活动承担者‘蛋白质’”一节也有酶的作用阐述，对酶的作用有所接触后，再展开酶的作用原理的介绍，知识呈现层层递进。酶的引入是从细胞开始，细胞无时不刻进行着化学反应，其中产生的有害物质要进行分解以及需要能量保证反应的正常进行，因而在学习细胞的基本结构和物质运输之后，引入酶的作用和本质以及酶的特性学习是起着承上启下作用，为后面细胞的能量和供应的学习打下基础。

2 教学目标

（1）能够解释生活中有关酶参与反应的实践事例。如：对加酶产品的使用的依据以及使用注意的事项的解释。

（2）在实验操作和观察中，能够掌握科学探究中控制变量法原则。课堂中的进行实验是学生学习生物学的简单而有效方法，将实验的引入可以培养学生的科学探究思维。

（3）能够自主的填写表格，画出图示来表达酶的作用机制的理性思维。在学生进行实验的操作和对象的观察后，对实验的原理产生兴趣，如果直接讲授实验原理，告诉学生发生实验现象的原因，学生会觉得知识抽象也易遗忘。

（4）合作学习中尝试担任科学家角色，感受科学探究历程中学习其精神。科学史重现方式，让学生体会科学家的思考与研究生命现象的历程，学会承担责任。

3 设计思路

实验课的开展一般在实验室，而在条件允许的情况，在课堂上进行实验有利于教师对实验教学又不耽误授课课时。多媒体的应用让学生对知识的呈现有着直观的认识，但是笔者发现在课堂中如果学生只是走马观花似的观看精美的多媒体课件，没有带着问题进行思考和总结，课堂效果不佳。实施改进措施让教师创设问题学生参与解决。最后对科学史的合理应用，是加深学生对科学探究过程理解。总之，学生对生对生物相关问题能够找到资料，设计方案，展开交流这个过程中不断地改进，培养学生的科学探究能力，提高了自身科学素养。

4 教学过程

4.1 联系生活，引入新课

生活当中，我们吃饭或吃馒头咀嚼，含在口腔中时间越长，就越感觉甜，这是在初中我们知道馒头变甜是因为唾液中含有唾液淀粉酶，使得葡萄糖分解为麦芽糖，因而尝起来便有甜甜的味道。那么唾液淀粉酶，为什么能将淀粉分解？它的本质是什么？教师引导学生思考。设计意图：联系生活实践即回顾初中内容，学生主动参与课堂，教师进一步提出相关的问题，引发学生积极思考从而产生探索新知的兴趣。

4.2 组织实验，科学探究

在课前让学生们查找过氧化氢相关的资料，提出改变不同的条件下分解过氧化氢的速率是怎样变化的？让学生们先做出假设，考虑实际情况下对设计相关的实验，这个过程学生对材料的获取以及实验条件控制进行思考，让学生参照课本以及其它资料进行实验方案的确定。

在课堂上的实验条件有限，学生讨论的结果让开水放在保温壶中，其它的器材如同书本列出步骤。实验前选出六个同学分为三组，实验共有四组，第一组不做任何处理，三组同学所做的是改变的变量，分别是第二组将试管放在90摄氏度水中水浴，第三组和第四组分别放入两滴的三氯化铁溶液，新鲜的肝脏研磨液。实验同时进行，学生们规范的完成实验步骤后，等待2-3min后走下讲台，一边将点燃的卫生香分别放在各组试管中，让同学们观察卫生香的燃烧情况，小组讨论。

教师在学生自主进行实验安排后，布置相关的作业任务完成PPT上的表格填写，在实验过程中进行以下提问：

（1）与1组相比，2组试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？

（2）在细胞生活坏境中，能够通过加热的方式来提高反应速率吗？

（3）3组和4组未经加热，也有大量气泡产生说明了什么？

（4）3组试管和4组试管相比较，哪支试管中的反应速率快？这说明了什么？

（5）实验遵循的原则是什么？

表1 实验现象记录

请学生思考和讨论后，小组组长总结答案后进行回答。设计意图：学生自主设计实验再将实验方案实施，完成科学探究的整个过程。将全班分为小组，请出小组中两位成员在讲台上做实验，学生会注意小组成员的实验，同时有利于教师辅助指导学生们规范操作，起到良好的展示作用。在课堂中，有实验的演示，让学生们直观的看到实验现象，从而对实验中出现的现象联系实验原理进行思考讨论。有些学生看到卫生香的迅速复燃会情不自禁的感到很惊奇，对没有复燃的试管会产生疑问，自主的探索原因。当实验完成后学生们自主的填写PPT的表格内容，在教师的引导下进行总结。填写表格是学生观察实验相关总结，进行提问培养科学探究思维。

4.3 动画播放，难点突破。

完成表格相关想象分析之后，可以得出酶具有催化作用，那么接下来通过2min的动画视频一起探讨催化作用原理是什么？教师首先介绍动画中活化能的概念。然后让学生仔细观察动画，动画中有常态分子，活跃分子，活化能作为挡板，开始在常态下，分子不能跳过动画挡板到达另外一端，再次展现的是加热、Fe3+以及过氧化氢酶的条件下，分子通过活化能挡板的情况。最后教师提问：加热为什么能提高H2O2的分解效率？学生可以看到分子加热时跳过挡板的是活跃分子。紧接着提问：加无机盐Fe3+以及过氧化氢酶是分子是以什么方式成功的跳过活化能挡板的，这两种物质哪种作用更显著？学生通过观看动画，回答问题。教师进一步要求学生以反应过程为横轴，能量为竖轴，在草稿纸上画出酶降低化学反应活化能图解，随机抽取两位同学在黑板上画出其示意图。

设计意图：在观看动画的直观演示和学生自主的绘制曲线示意图，教师的提问有效地解释酶能显著地降低化学反应的活化能机制，同时让学生分析信息获得与有效处理数据，为实现对图表信息转化与模型构建能力建立了基础。在不同条件下，化学反应不同的结果，使得学生对控制变量法进一步理解，学会解释酶降低化学反应的活化能生物现象的理性思维。

演讲完毕几位同学都下了讲台，教师总结酶的本质和来源，强调科学探索的过程是不断补充和完善的，这需要科学家们反复猜想，不畏困难去探索和实践。

设计意图：在这课程前，学生自主合作进行解说，培养学生社会担当能力，增强了团队精神。在教学中利用科学史历程有利于学生站在科学家的角度去思考问题，同时学会运用科学思维尝试解决生活实际问题，学习科学家对酶的本质孜孜不倦的探究精神，以及对成功路上的困难坚持不懈的努力可贵精神。

5 教学总结

本文在课堂教学中，首先教师组织学生进行课堂实验，依据实验现象，自主讨论分析回答表格内容。其次讲解原理通过动画的观看，学生自主绘图的形式得出结论。教师在组织教学中，联系生活实践引发学生思考，实验教学活动和科学家探究实验的经历，增加探究生命科学的兴趣，同时掌握科学探究的基本思路和方法运用于生活实践。