基于核心素养的高中生物“酶”概念教学

吴瑜

[摘 要]培养学生生物学学科核心素养是生物学课程的价值追求，也是课程预期的教学目标。文章以高中生物“酶”的概念教学为例，通过引导学生深入了解酶、理解酶的作用和本质、参与实验设计、关注生活中的“酶”，培养学生生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学学科核心素养。

[关键词]核心素养;酶;概念教学

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）11-0097-03

高中生物学课程改革实现了从以“双基”为导向到以生物科学素养为导向、以探究式教学为特点的转变。高中生物学课程标准强调培养与提升学生的生物学学科核心素养。核心素养是学生在接受相应学段教育的过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，也是学生在真实情境中能够分析具体情况、提出问题、解决问题、交流结果以及表达结果的综合品质。生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面。

《普通高中生物学课程标准（实验）》明确生物学教学的知识目标是“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识，知道生物科学和技术的主要发展方向和成就”等，同时倡导“学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念”，强调了概念在生物学课程中的重要性。因此，帮助学生正确理解和掌握生物学概念是高中生物学概念教学的基本要求。高中生物学概念教学是培养学生生物学学科核心素养的途径之一。为此，教师应通过高中生物学概念教学，帮助学生在理解和掌握生物学概念的过程中形成生命观念，发展科学思维，提升科学探究能力，培养社会责任感。

“酶”这一概念出现在人教版必修1第5章第1节“降低化学反应活化能的酶”中，是包含在核心概念“细胞的生活需要物质和能量”中的一个重要次位概念。通过“酶”的学习，学生应能了解酶的作用、本质和特性，并通过实验探究酶催化作用的高效性和专一性以及温度、pH等因素对酶活性的影响，理解酶在细胞内的物质和能量转变中的作用和地位。“酶”的概念既與“生命活动的主要承担者——蛋白质”密切相关，又与“微生物的培养与应用”“酶的研究与应用”等密不可分。因此，在核心素养背景下，教师应积极开展“酶”的概念教学，进而有效培养学生的生物学学科核心素养。

一、深入了解酶，构建生命观念

“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点。在“酶”的概念教学中，教师应引导学生深入了解酶，从而培养学生的生命观念。

高中生物学教材没有直接呈现“酶”的概念，而是给出“关于酶本质的探索”这一科学史资料，让学生通过对科学史资料的分析、归纳和整理，形成对酶本质的认识，理解酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。为了让学生牢固掌握酶的本质，教师可设置针对性问题引导学生进行探究，同时让学生自行设计鉴定唾液淀粉酶的化学本质的实验，从而帮助学生掌握酶的本质。

教师可联系日常生活提出问题：温度、pH是否会影响酶的活性？引导学生作出假设，并给学生提供必要的实验材料及用具，供学生开展实验。通过实验探究，学生掌握了温度、pH对酶活性的影响，知道了酶的催化作用具有高效性和专一性，了解了酶在细胞内的物质和能量转变中的地位和作用。

概念图是指将一组相关概念用线条和文字连接而成的图形，能直观形象地表示出概念之间的关联。它可以帮助学生梳理知识，建构完整的知识结构。在教学中，教师可给学生提供核心概念“酶”及其相关要素（来源、本质、作用、特性、影响因素等），指导学生利用概念图具体描述与酶相关的各个知识点，从而完整建构“酶”的知识结构。

选修1专题4“酶的研究与应用”对酶的概念进行了补充。因为传统酶技术存在不足，所以才出现了固定化酶技术。食品及化工产业大量使用酶参与生产，但是因为大多数酶是蛋白质，极易受到环境条件的影响而变性失活，且反应过程中酶与底物混合难以分离和重复利用，所以才有了固定化酶和固定化细胞的技术。学生只有形成酶的结构与功能观，才能理解与酶的应用有关的技术及操作原理。生物体内还有少数酶是RNA，又称“核酶”，其特性及作用不同于蛋白质类的酶，这进一步丰富了“酶”概念的内涵。教师在教学中要以具体的事实性知识为基础，帮助学生掌握重要概念（核心概念）和形成生命观念，使学生能关注社会议题、参与讨论及做出理性解释。

二、理解酶的作用和本质，培养科学思维

“科学思维”是指能够基于所掌握的生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律等的思维习惯和能力。在“酶”的概念教学中，教师可引导学生阅读教材中“关于酶本质的探索”这一科学史资料，了解科学家对酶本质的探索历程。通过学习，学生能够知道酿酒业中酵母菌可以把糖类发酵生成酒精和二氧化碳，并透过科学家的研究、争论、质疑，完善对酶的认识。

课堂上，教师可引导学生开展“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验并思考问题：过氧化氢在不同条件下的实验有何差异？常温条件与90℃比较、加入FeCl3 与加入肝脏研磨液比较，分别得出什么结论？出现差异的原因是什么？教师顺势引出实验设计的方法——控制变量法，并提问：如何区分自变量、因变量和无关变量？由此引出实验设计遵循的基本原则，让学生通过实验探究理解“酶可以降低反应活化能，能加快反应速度，与无机催化剂相比具有高效性”。教师在课堂上要善于引导学生分析和控制变量，促进学生积极思考，逐步培养学生的实验设计能力和科学思维，让学生结合酶的作用和本质归纳整理出酶的概念。另外，让学生对数据、图表、曲线等相关信息进行解读、分析、推理，也是很好的科学思维培养途径。如利用“温度对酶活性的影响”曲线，可引导学生分析曲线的上升、下降、拐点所表示的含义，让学生知道怎么确定酶的最适温度以及了解低温和高温对酶的影响的本质区别。实验设计是科学思维的高阶训练，教师可引导学生设计“探究小麦淀粉酶的最适温度”实验，引导学生思考如何确定实验的控制变量、以什么指标作为因变量、选用什么试剂检测、其他的无关变量如何控制、如何确定酶的最适温度，一步步完成实验方案的落实、完善，同时比较分析不同学生的实验方案，看看哪一种方案更科学、合理、可行。

高中生物学教学的主要任务是培养学生的科学思维，让学生在学习过程中不断提高归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等能力。只有具备科学思维的学生，才能够成为独立的、主动的学习者。

三、参与实验设计，培养科学探究能力

“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。

教材在“酶”的这一节中引入控制变量的实验原则和探究实验的设计思路。教师在对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验进行分析时，可引导学生区分各种实验变量，了解实验中实验组与对照组的设置及其意义，学会记录和分析实验现象，培养学生分析实验数据得出科学结论等的能力。教学“影响酶活性的条件”时，教师可给学生提供探究实践的机会，让学生自行设计实验方案探究影响酶的活性的因素，包括选择实验材料、记录实验现象、分析实验结果、得出实验结论等环节。教师从中优选一些实验方案供学生进行交流讨论，让学生逐步掌握科学研究的基本思路和方法，在具体实践中培养与他人合作的精神和科学规范进行实验操作的能力。教师还要引导学生对实验可能出现的多种结果进行讨论分析，总结实验成功的经验和失败的教训，同时训练学生归纳、推理、建模等科学思维。教师还可以引导学生参考“酶”的一系列实验的设计原理和方法探究相似的实验，从中强化训练实验对照、控制单一变量、处理无关变量、多次重复实验等方法。教师应允许学生的探究活动多元化，在探究活动出现问题时要给时间让学生思考、交流，教师再进行科学评价、总结。此外，提供一些现成的实验方案让学生进行评价、补充、完善，也是很好的科学探究能力训练途径。如让学生思考：实验中发现某种酶的活性随反应温度的上升而增加，是否可以确定酶的最适温度？为什么？如果要確定最适温度，该对实验进行怎样的补充设计？

又如，在教学“酶的研究与应用”时，给学生提供“探究普通洗衣粉与加酶洗衣粉洗涤效果的差别”“探究加酶洗衣粉的最适温度”等实验主题，让学生进行实验方案设计，思考如何控制自变量、对于因变量要观察哪些指标、加酶洗衣粉是否适合洗涤真丝类衣物、什么季节适合使用加酶洗衣粉等，并引导学生进行分析评价，对不完善的方案进行补充。

高中生物学实验教学是培养学生生物学学科核心素养的重要途径，让学生通过实验开展科学探究可促进学生主动参与课堂学习，有效发展学生的生物学学科核心素养。

四、关注生活中的“酶”，培养社会责任感

“社会责任”既是生物学学科核心素养的重要组成部分，又是中国学生发展核心素养的基本要点之一，其培养在教育教学中具有重要地位。生物学学科核心素养中，社会责任表现为学生相信科学、善待生命、对待环境友好等态度及价值观，反映学生解决问题的意识与能力。

教师要深入日常生活，挖掘生活中的生物学素材，准确把握教学内容与生活的联系，积极创设真实的和具有现实意义的教学情境，让教学紧密联系生活。“酶”和生物体的细胞代谢息息相关，也和人们的生活密不可分。教师可结合本节知识，让学生多了解身边与酶有关的药品、产品，并思考：“溶菌酶含片”“多酶片”等药片可以治疗什么疾病？溶菌酶为什么具有抗菌消炎的作用？“加酶牙膏”“嫩肉粉”与酶有什么关系？教师还可以和学生一起解读加酶洗衣粉的使用说明“（1）减少浸泡用水量;（2）适当延长浸泡时间;（3）用温水浸泡”，并引导学生思考为什么加酶洗衣粉的使用方法与普通洗衣粉有区别。借助具体有效的教学情境开展教学是培养学生学科核心素养的最好形式。

同时，教师还应引导学生关注酶与蛋白质，以及与光合作用、呼吸作用等新陈代谢的联系，形成“生命现象、生命活动规律都依赖相应的物质基础与结构基础”的认知，了解生物体需与周围环境进行物质能量的交换，因此需要适宜的生活环境，从而关注环境保护等社会议题;让学生关注生物学技术在生产生活中的应用，利用所掌握的生物学知识分析与解决有关的社会问题，培养学生学以致用、应对生活实践问题的学科素养;让学生辨别周围的伪科学和迷信行为，参与讨论并作出理性解释和判断，尝试解决生活中的问题，进一步培养学生的社会责任感。

综上所述，在高中生物学教学中，教师应以发展学生学科核心素养为课堂教学的总目标，结合教学内容采用多种教学方式、不同教学途径，培养学生的生命观念、科学思维、科学探究能力和社会责任感，使生物学学科核心素养真正落地。

[   参   考   文   献   ]

[1]  刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）解读[M].北京：高等教育出版社，2020.

[2]  朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书生物必修1 [M].北京：人民教育出版社，2003.

[3]  朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书生物必修1教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2014.

（责任编辑 黄春香）