“酶的特性”一节教学设计

王琼霞 刘晓昕 赵新桐

（1 北京教育学院石景山分院 北京 100043 2 中国人民大学附属中学石景山学校 北京 100042）

《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）中指出，生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观、必备品格与关键能力[1]。知识转化为素养的重要途径是情境，构建从真实情境中学习的认知路径是知识通向素养的必然要求[2]。将学科概念置于真实情境中，在问题与活动的驱动下，学生积极体验、主动构建概念，形成良好的认知结构，有利于实现在课堂中逐渐提升面向未来学习与生活所需核心素养的学科大目标。在“酶的特性”一节教学中，创设围绕多酶片的情境，启发学生设计实验探究酶的特性，引导学生思考分析多酶片结构，利用结构与功能观解释酶特性的机理，挖掘酶在生产、生活中的应用等，不仅完成概念的构建，而且达成强化生命观念、发展科学探究、提升科学思维、领悟社会责任的目标。

1 教材分析及设计思路

“酶的特性”位于人教版生物学教材《分子与细胞》第5 章第1 节“降低化学反应活化能的酶”第2 课时，内容包括酶具有高效性、酶具有专一性和酶的作用条件温和。课程标准要求说明酶活性受到环境因素的影响，并建议探究影响酶活性的因素。学生学习该部分内容不仅可进一步理解酶的作用与本质，还为学习细胞代谢等其他相关知识奠定基础。特别需要强调的是，其中涉及实验方案设计、实施及结果分析等过程和方法更是提升学生生物学核心素养的良好载体。

美国教学设计专家乔纳森认为，情境是利用一个熟悉的参照物，帮助学习者将一个要探究的概念与熟悉的经验相联系，引导其利用这些经验解释、说明、形成自己的科学知识。受人教版教材本节内容的课后阅读资料——“酶为生活添姿彩”中多酶片的启发，又考虑到学生初中已学习了“人体内的消化酶”等知识，通过查阅相关素材，按照符合学生认知规律的知识呈现方式对素材进行整合，创设本节课的教学情境——揭开多酶片的“层层面纱”，围绕该情境精心设计问题与活动，引导学生主动构建概念（表1），并在此过程中发展相应的学科核心素养。

表1 情境中的核心问题及其对应的活动及概念

2 教学目标

1）阐明酶具有专一性、高效性、其作用条件较温和。

2）概述酶空间结构与其专一性的关系，进一步树立结构与功能相适应的生命观念。

3）在实验设计中学会控制变量及设计对照实验等，提升科学探究能力，并发展分析、归纳与概括、推理等科学思维。

4）认同酶在生产实践中的重要作用，能用酶的特性解释生物学现象，领悟社会责任。

3 教学流程

将“酶的特性”这一重要概念细分，围绕多酶片的情境开展4 个相关活动，帮助学生按照认知规律和科学思维过程自主生成相关次位概念，落实核心素养。主要的教学流程如图1。

图1 教学流程示意图

4 教学过程

4.1 创设情境，激发兴趣 教师通过提示学生回忆消化酶可催化食物分解，提出有人在消化不良时服用多酶片以缓解症状的生活经验，并展示多酶片实物，引导学生依据个人经验或“多酶片”的名称判断其功效及成分，形成初步认识，为学习多酶片背后蕴藏的相关知识作好铺垫。

4.2 体验情境，构建概念

4.2.1 情境1：多酶片中含有多少种酶？ 教师引导学生根据食物的营养成分推测多酶片的成分，接着展示其成分——胰酶（包含胰淀粉酶、胰脂肪酶及蛋白酶）与胃蛋白酶，并提示学生思考多酶片中添加多种酶的原因。学生依据食物的主要成分为淀粉、脂肪及蛋白质，推理得出：催化淀粉分解需淀粉酶、催化脂肪分解需脂肪酶、催化蛋白质分解需蛋白酶，从而初步得出酶具有专一性的假设。

活动1：验证酶的专一性。教师组织学生从多酶片中选取相关的酶进行实验设计，学生基本都能提出“将同一种酶分别加入不同的底物中，观察底物是否被分解”的思路。以探究淀粉酶的专一性为例，考虑到淀粉与蛋白质、脂肪不属于同种物质，结构差异较大，故建议学生可用食物中常见的另一种糖类——蔗糖溶液替代蛋白质和脂肪。完善后的方案如下：分别将1 mL 淀粉酶溶液加入2 mL 淀粉溶液（1 号试管）和等量的蔗糖溶液（2 号试管）中，利用斐林试剂鉴定是否有还原糖生成。实验现象为：1 号试管出现砖红色沉淀，2 号试管无明显的颜色变化，由此证明了酶具有专一性。

将教材中的实验“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”巧妙置于多酶片的情境中，创设符合逻辑的教学环节，既强化理论需要实验证据支持的学科思想，又提高学生设计实验、实施方案及讨论等科学探究能力。

学生很容易对多酶片中添加2 种蛋白酶产生疑问，教师需带领学生分析原因，并补充资料，帮助学生理解2 种蛋白酶水解不同氨基酸之间形成的肽键（图2）。胰蛋白酶专一地水解赖氨酸或精氨酸羧基形成的肽键；胃蛋白酶水解芳香族或其他疏水氨基酸的羧基或氨基形成的肽键[3]。总结酶专一性的内涵，即一种酶只能催化一种或一类反应，并展示“锁钥学说”的图示，帮助学生明确酶专一性的分子机理，加深对结构与功能观的认识。

图2 消化道中几种蛋白酶的专一性[3]

4.2.2 情境2：多酶片中各种酶的含量分别是多少? 教师介绍多酶片中酶的含量约为0.313 g/片，其中，胰酶0.3 g/片、胃蛋白酶0.013 g/片，结合成人一顿饭摄入的食物总量约600 g，思考、分析后，学生可得出少量的酶即可催化大量食物的分解，领悟酶的高效性。教师提示学生回忆上节课“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，进一步加深对酶高效性的认识。

活动2：验证淀粉酶的高效性。借鉴“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验思路，教师补充淀粉可被硫酸溶液催化分解。学生设计并完善方案如下：分别将1 mL 浓度为20%硫酸溶液（1 号试管）和淀粉酶溶液（2 号试管）加入2 mL 淀粉溶液中，利用碘液检测淀粉的分解情况。根据图3（见插页2）的实验结果，得出酶具有高效性的结论。

对于酶具有高效性的机理，教师可结合“酶降低化学反应活化能”的示意图进行讲解，帮助学生直观理解机理。为更好地指导学生形成健康的生活方式，教师需指出虽然多酶片可高效催化食物分解，但适量饮食才是最可取的。

4.2.3 情境3：服用多酶片的注意事项是什么？ 教师引导学生思考服用多酶片时的注意事项，启发学生围绕温度及pH 值对淀粉酶活性影响进行实验探究。

活动3：探究温度对淀粉酶活性的影响。学生通过思考，设计实验方案：设置不同温度梯度（0～100℃），分别将1 mL 在不同温度下保温处理的淀粉酶溶液加入2 mL 对应温度处理的淀粉溶液中，利用碘液检验淀粉的分解情况。学生分析实验结果（图4，见插页2，注：1～6 号试管对应的温度分别为0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃），得出结论，即温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低。

在此基础上，教师展示淀粉酶活性（或酶促反应速率）受温度影响的曲线图，明晰酶的最适温度，并指出温度影响酶活性主要是对酶空间结构的影响，加深学生对结构与功能观的理解，在此基础上，引导学生得出多酶片不能用热水送服，并进一步启发学生得出低温更适宜保存多酶片等酶制剂。

活动4：探究pH 值对淀粉酶活性的影响。组织学生设计并实施探究pH 值对淀粉酶活性的影响的实验方案，结果见图5（见插页2，注：1～7 号试管分别对应的pH 值为4～10）。

教师展示淀粉酶活性受pH 值影响的曲线，启发学生说出“多酶片不能与酸性药物或食物同时服用”，讲述并展示几种酶的最适pH 值：胃蛋白酶为1.8、胰酶为7.0，为后续理解“多酶片不能碾碎后服用”作好知识铺垫。

将本节课的重要实验“影响酶活性的条件”置于“多酶片服用时的注意事项”的情境之中，可激发学生主动参与实验探究，利用生物学研究思路解释实际问题，提升科学探究与科学思维。

4.3 挖掘情境，反馈迁移 顺沿情境主线，教师引导学生结合多酶片的结构模式图（图6）分析药片进入消化道各段后各种酶释放的大致过程。组织学生讨论多酶片设计为4 层的原因。教师总结：一是为了使多酶片中的胃蛋白酶在胃内、胰酶在小肠中发挥催化相应食物成分分解的作用，并利用自制动画展示该过程；二是为了使多酶片中的胰酶未到达小肠时，其活性不会受到胃液pH值的影响。启发学生认识到多酶片进入小肠后，其中的胃蛋白酶的活性降低，甚至丧失，随后被胰蛋白酶催化分解，深刻理解服用注意事项中“多酶片不能碾碎后服用”的生物学原理，实现知识的有效反馈、迁移、拓展。

图6 多酶片结构模式图

4.4 整合概念，小结提升 通过对上述教学环节的回忆、思考，请学生构建“酶的特性”的概念图（图7），教师进行评价，帮助学生建立良好的认知结构。

图7 “酶的特性”的概念图

小结：机体内含有几千种酶，酶的高效性与专一性保证机体内的化学反应在温和的条件下，既高效又有条不紊、互不干扰地发生。帮助学生提升对酶重要性的进一步理解，促进其对酶的特性更深层次的思考。

4.5 迁移应用，拓展思维 引导学生思考加酶洗衣粉中各种酶的作用及使用时的注意事项等，达成对酶的特性的反馈，并提示学生课后查阅酶在生产、生活中应用的事例，制成小报展示、交流。

5 反思与展望

选择“多酶片的功效与服用注意事项”作为“酶的特性”一节的教学情境，并依据课程标准的要求、人教版新教材中的内容及学生认知逻辑，巧妙设计活动及问题，在情境中进行实验探究与思维活动，帮助学生主动构建酶特性的概念，并通过精心设计的活动及问题，有针对性地帮助学生落实学科核心素养，效果较好。

在实际教学过程中，教师应重视创设恰当的真实情境，既要理解情境在激发兴趣和深化思维等方面的重要价值；又要重视情境材料的取舍和呈现方式，有组织地开展具有学科特质的学习活动[4]。选择与创设能贯穿课堂教学的情境，可使课堂教学呈现真实性、吸引性、逻辑性及整体性，学生可真正参与构建概念的课堂学习过程，使学科核心素养在课堂实践中得到落实与提升。选择与创设适合的情境，除了要合理、合逻辑，还要与学生的生活实践及社会发展现状紧密联系，这些需要教师依据课程标准勇于创新、科学整合、多实践。