基于生物学核心素养的高中生物实验教学

张凌霞

[摘   要]以“酶活性受温度影响”实验为例，探讨在实验教学中如何引导学生设计、论证、反思，及实验后编制“PPT实验报告”，以促进学生有效建构核心概念，提升学生的生物学核心素养。

[关键词]生物学核心素养;实验教学;高中生物;酶活性

[中图分类号]    G633.91        [文獻标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）20-0092-02

实验教学是高中生物教学的基本形式之一，其承载的功能不可忽视。实验与探究能力是高考考核目标与要求之一。一线教师也都会尽可能地创造条件让学生做实验，但效果却不尽如人意。主要原因如下：学生很少经历实验设计过程，多是根据课本（教辅）或教师给定的实验步骤按部就班地操作实验，很少对实验现象进行分析，尤其是很少分析实验结果与预期结果不一致的原因，很少基于实验结果分析形成具有逻辑关系的实验结论。学生在实验过程中，如果能经历实验探究过程，获得令人信服的证据，就能深刻理解生物学概念，实现概念的迁移与运用;同时领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能[1]。基于此，笔者以“酶活性受温度影响”实验为例，通过引导学生设计、论证、反思，并于实验后编制“PPT实验报告”，促进学生有效建构核心概念，从而提升学生的生物学核心素养。

一、问题引领，设计完善实验

在“酶活性受温度影响”实验的教学中，笔者首先提出问题：化学本质为蛋白质的酶，其活性受哪些条件影响？学生基于“蛋白质”一节的学习，很容易得出：温度是影响酶活性的重要因素;然后追问：“如何利用以下材料设计实验证明这一观点？”材料有：质量分数为2%的新制工业淀粉酶（最适温度为60～85℃）、唾液淀粉酶（学生自备）、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液（配置好后加热至淀粉完全溶解，冷却备用;另一种未经加热处理）、斐林试剂、碘液、水浴锅、试管、温度计、多孔反应板[2]。笔者通过问题串引领学生思考并设计实验，如应选择哪种淀粉酶作为实验材料？两种淀粉酶在常温下是否具有活性？根据所选的淀粉酶该如何设置温度梯度？如何检测实验结果？

在问题的引领下学生经历了“头脑风暴”，能明确淀粉酶在室温下是有活性的，淀粉溶液若先与淀粉酶混合，然后保温，则部分淀粉将被水解，故应先各自保温后再进行混合。用斐林试剂检测实验结果，就需改变实验控制的温度，因此，要用碘液对实验结果进行测试。当使用新的工业淀粉酶时，温度设定为0 ℃， 20 ℃， 40 ℃，60 ℃， 80 ℃， 100 ℃。这种温度梯度将有助于学生探究温度对酶活性的影响。

二、精心设计实验内容和时间，提高实验效率

“酶活性受温度影响”实验中，酶、淀粉的保温时间需要等5分钟，混合后还要保温5分钟，等待时间长，学生往往无所事事，实验效率低。为此，笔者精心设计实验内容和时间，在操作等待时进行理论教学，引导学生分析温度过高、过低时酶的结构的不同变化，及为什么不同酶的最适温度不同等。

在实验操作过程中，笔者要求实验小组分工合作做好操作、记录工作，学生可通过拍照、录像或记录实验数据（多个数据可用Excel表格记录，然后转化成柱形图或曲线图），客观地记录实验现象，避免学生去抄教材、教辅中的“标准答案”，培养学生实事求是的科学态度。

三、 注重对实验现象的分析与反思，促进学生深刻领悟知识

当实验现象真实地展现在学生面前时，学生会惊奇地发现，有些实验现象与预期的实验效果（或与教材、教辅展示的实验现象）有很大的不同。在好奇心的驱使下，学生会形成积极的学习态度，逐渐学会基于生物学事实和证据运用批判性思维、创造性思维等进行分析、探讨，从而领悟知识，建构核心概念。具体如表1所示。

四、编制“PPT实验报告”，提升科学思维

实验后编制“PPT实验报告”是个再加工、再梳理的过程。在这一过程中，学生提供原始记录，完成对实验的理性分析，用科学语言进行表达，促进学生对专业术语的理解和使用，提升学生的科学思维。

“PPT实验报告”包括原理、材料、步骤、结果、讨论五个部分。实验原理应由学生在实践的基础上体会出来;实验材料是学生根据笔者增设多种材料后所选择的;实验步骤是基于选择的材料，探索、设计出来的;实验结果是学生用录像、照片、数据或图表的形式展现并辅以简要的文字说明;实验讨论可以是所做实验的重点、难点和注意事项，也可以是误差分析、评价实验或实验改进等。

以下是“温度影响酶活性”实验中部分学生在“PPT实验报告”中提及的实验原理及实验讨论。

实验原理：不同温度下，酶的活性不同;唾液淀粉酶的最适温度为37 ℃，工业淀粉酶的最适温度为60～85 ℃。淀粉在淀粉酶的作用下水解，历经“淀粉→中间产物→麦芽糖”阶段，遇碘相应呈“蓝色→红褐色→棕黄色”。

实验讨论：①实验材料的选择直接影响实验结果，淀粉溶液最好选择加热处理过的，这样既可以增加可溶性淀粉的浓度，又不会在水浴过程中结块，确保不同温度水浴条件下淀粉溶液中溶解的直链淀粉的量基本相同。当然，加热时温度也不能过高，温度过高会破坏直链淀粉的螺旋结构，因此高温时淀粉遇碘不变蓝;温度降低后，直链淀粉分子才能与碘发生颜色反应。②可将该实验改为定量实验：每隔1 min从不同水浴条件下的试管中吸取2滴溶液滴于多孔反应板上，稍等冷却后滴1滴碘液，记录颜色不变蓝所需的时间，以检测不同酶在不同温度下的活性[3]。③实验正值冬季，气温低、风大，水浴锅的水温不一定能达到其设定的温度，给实验带来不小误差。④实验操作要十分严谨，如取各种溶液的量应按预设要求、水浴时间要把握好等，即要控制好实验的无关变量，否则对实验结果的影响将会很大。

总之，实验过程虽耗费学生较多的时间和精力，但能让学生对抽象的生物学知识有更深刻的理解，符合高中生物课程“少而精”的原则[1]。因此，教师要把握提出问题的时机和问题之间的逻辑关系;要鼓励学生收集信息，积极反思;要组织交流、评价，激发学生的学习热情，发展学生的生物学核心素养。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  潘金元，陈明林. “探究影响酶活性的条件”的定量实验[J] .生物学通报， 2014（9）：47-49.

（责任编辑   黄春香）