追求創(chuàng)新使得生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)精彩紛呈

馬麗　桂梓

《探究影響酶活性的因素》是人教版高中新課標(biāo)生物必修一《分子與細(xì)胞》第五章第一節(jié)中的第一課時(shí)。第五章《細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用》主要闡述的就是細(xì)胞的新陳代謝進(jìn)行及其條件。其中，生物酶以其高效、專(zhuān)一的特性使得細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝反應(yīng)能在常溫、常壓下快速有序地進(jìn)行，這對(duì)于保障細(xì)胞正常生命活動(dòng)具有極其重要的意義。但是，酶的催化活性是會(huì)受到環(huán)境中多種因素影響的。因此，讓學(xué)生了解和感受影響酶活性的因素非常重要，它不僅能讓學(xué)生對(duì)酶有更全面的認(rèn)識(shí)，還能幫助學(xué)生更好地理解為什么光合作用、細(xì)胞呼吸等生理過(guò)程會(huì)受到一些環(huán)境因素的影響，理解保障內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要性等多項(xiàng)重要內(nèi)容。可以說(shuō)，本節(jié)課的內(nèi)容對(duì)于高中生物各個(gè)模塊的關(guān)于“生物體生命活動(dòng)的進(jìn)行和能量的轉(zhuǎn)變”等核心知識(shí)的學(xué)習(xí)都意義重大，具有承上啟下的作用。

《探究影響酶活性的因素》是一節(jié)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主的課，而在上一節(jié)《酶在細(xì)胞代謝中的作用》中，教材重點(diǎn)安排了學(xué)生做“比較H2O2在不同條件下分解速率”的實(shí)驗(yàn)。教材結(jié)合這個(gè)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生學(xué)會(huì)區(qū)分自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量，以及設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，本節(jié)課可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，親身獲得酶的活性受溫度、酸堿度等有關(guān)因素影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，還可以通過(guò)定量化的探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)酶活性的范圍。

本文從以下四個(gè)片段對(duì)這節(jié)課進(jìn)行賞析。

片段一：【導(dǎo)課】酶——我們的生活中無(wú)處不在

【片段展示1】本節(jié)課的導(dǎo)課是一段音樂(lè)輕快、畫(huà)面活潑的視頻：2012年米蘭時(shí)裝周水洗牛仔時(shí)裝表演。通過(guò)老師對(duì)時(shí)裝、服裝設(shè)計(jì)、面料及其生物科技的介紹，同學(xué)們的目光很快被吸引，課堂氣氛輕松歡快、引人入勝。

【教學(xué)賞析】視頻觀看完畢，教師簡(jiǎn)要介紹纖維素酶的作用原理：纖維素酶可以在一定pH和溫度下，對(duì)牛仔布的纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生降解作用，并且除掉附于纖維表面的染料，使布面可以較溫和地褪色、褪毛，洗后布料明顯更加柔軟、自然、色澤亮麗。時(shí)裝表演，讓學(xué)生們看到了牛仔布的發(fā)展歷史，從傳統(tǒng)的單調(diào)厚重的牛仔布，到現(xiàn)在色彩明亮、式樣多變的水洗牛仔。通過(guò)水洗牛仔布的生產(chǎn)工藝介紹，引出酶在生活中的廣泛應(yīng)用，進(jìn)而通過(guò)給出的學(xué)案資料引出酶的活性發(fā)揮需要一定條件。服裝面料的處理和質(zhì)感，自然引出本節(jié)題目《探究影響酶活性的因素》，順利完成“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題” “提出問(wèn)題”這一步驟，貼近生活，符合學(xué)生的生活認(rèn)知。

片段二：【實(shí)驗(yàn)探究一】抓住核心——探究影響酶活性的因素

【片段展示2】本節(jié)課的主要目的是讓學(xué)生親身獲得酶的活性受到溫度、pH、濃鹽、重金屬離子、酒精等多種因素影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。實(shí)驗(yàn)探究一在本節(jié)課中的作用是非常重要的，它不僅為實(shí)驗(yàn)探究二奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)它本身就是一個(gè)具有創(chuàng)新性的、高效率的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一共有7組，除蒸餾水處理的對(duì)照組之外，教師分別選擇了高溫、HCl（pH=2）、NaOH（pH=9）、10%NaCl、5%AgNO3以及95%的酒精處理等6組實(shí)驗(yàn)，其中pH、溫度是課本中要求掌握的影響酶活性的因素，NaCl是人體內(nèi)的常見(jiàn)物質(zhì)，重金屬、酒精是常見(jiàn)的導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性的因素。通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，就讓學(xué)生親身獲得了影響酶活性的多種因素的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，充分提高了課堂效率。

【教學(xué)賞析】

在實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體，他們自主學(xué)習(xí)，在這個(gè)過(guò)程中他們可能會(huì)有創(chuàng)新，也可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，但實(shí)踐操作過(guò)程會(huì)給他們發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有非常重要的意義。

實(shí)驗(yàn)探究一在本節(jié)課中的主要作用是讓學(xué)生親身獲得酶的活性受到多種因素影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，也為接下來(lái)實(shí)驗(yàn)探究二中學(xué)生自主探究pH對(duì)酶活性的影響規(guī)律奠定了認(rèn)知和能力基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)探究一的實(shí)驗(yàn)方案是由老師設(shè)置好，學(xué)生分組討論后按要求進(jìn)行操作的。之所以設(shè)置這樣的教學(xué)程序，主要是基于以下考慮：一是學(xué)生只是在上一節(jié)“比較H2O2在不同條件下的分解速率的實(shí)驗(yàn)”中首次接觸到實(shí)驗(yàn)變量及變量控制的問(wèn)題，對(duì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的原理和原則的領(lǐng)會(huì)還不深刻，實(shí)驗(yàn)過(guò)程還不熟練；二是由于在實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生普遍存在對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有形成總體的認(rèn)識(shí)就開(kāi)始實(shí)驗(yàn)的情況，而本實(shí)驗(yàn)要分7組進(jìn)行，要用到的實(shí)驗(yàn)藥品、器材較多，若對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮瓦^(guò)程沒(méi)有明確的認(rèn)識(shí)，很容易操作錯(cuò)誤。所以，先通過(guò)分組討論，明確實(shí)驗(yàn)的具體步驟、實(shí)驗(yàn)器材的使用次序和方法之后再動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，可以讓每個(gè)學(xué)生都能理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒚髁藢?shí)驗(yàn)過(guò)程，有助于培養(yǎng)學(xué)生重視探究過(guò)程，而不只是結(jié)論的觀念。

片段三：【實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新一】科學(xué)選材——比較選材 合理處理實(shí)驗(yàn)材料

【片段展示3】教師選用新鮮的豬肝做實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)前先除去豬肝外包被的筋膜，然后迅速放入冷藏室冷藏（-10℃）三小時(shí)，實(shí)驗(yàn)前二十分鐘取出，用打孔器打成長(zhǎng)條狀，實(shí)驗(yàn)時(shí)切成相等長(zhǎng)度的豬肝條小段，用鑷子夾取，放入試管中。

【教學(xué)賞析】本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)材料是豬肝小塊。其實(shí)，最初準(zhǔn)備這節(jié)課時(shí)，所選定的材料是新鮮馬鈴薯，因?yàn)轳R鈴薯含有過(guò)氧化氫酶，又便于切出大小均勻的小塊，可能因?yàn)橘A存和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的原因，試用了好幾個(gè)品種的馬鈴薯，實(shí)驗(yàn)效果都不理想。所以，只好改選用常用材料——豬肝，但像豬肝這樣的軟組織，很難切出均勻的小塊；若將豬肝處理成豬肝糜、豬肝軟組織研磨液或者稀釋液，在取用時(shí)也會(huì)有少量粘附在取用小勺器械上，或者吸附在移液管內(nèi)壁里，造成用量難以準(zhǔn)確，產(chǎn)生誤差。經(jīng)過(guò)冷藏（-10℃）處理過(guò)的豬肝條，很容易用打孔器打出均勻的長(zhǎng)條，再切成大小基本一致的小段，用量準(zhǔn)確。冷藏處理過(guò)的豬肝條由于是低溫保存，不不影響酶的活性發(fā)揮，實(shí)驗(yàn)效果與未經(jīng)過(guò)冷藏處理基本一致。

片段四：【實(shí)驗(yàn)探究二】深度探究——pH對(duì)酶活性的影響規(guī)律

【片段展示4】在實(shí)驗(yàn)探究一已經(jīng)可以確認(rèn)pH會(huì)影響酶的活性的認(rèn)知下，我們進(jìn)一步探究pH對(duì)酶活性的影響規(guī)律。具體過(guò)程如下： 將新鮮的豬肝小塊放入反應(yīng)板的10個(gè)圓孔中，再分別加入HCl和NaOH調(diào)制成的pH1-pH10溶液，浸泡處理3分鐘，取出后分別放入10支含5ml過(guò)氧化氫的試管中，觀察相同單位時(shí)間內(nèi)的試管反應(yīng)，通過(guò)產(chǎn)生氧氣的量推理分析得到以下結(jié)論：一是酶有其作用的最適pH，不同生物酶的最適pH不同；二是低于最適pH，酶活性隨pH的升高而增強(qiáng)，高于最適pH，酶活性隨pH的升高而降低；三是過(guò)酸或過(guò)堿會(huì)抑制酶的活性。

【教學(xué)賞析】實(shí)驗(yàn)探究二在實(shí)驗(yàn)探究一的實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)定量化的探究，了解pH對(duì)酶活性的影響規(guī)律，這就對(duì)學(xué)生提出了更高層次的要求。實(shí)驗(yàn)觀察要求分析找出豬肝中含有的過(guò)氧化氫酶的活性變化的pH條件，結(jié)果又以下五種情況：最適pH、低于最適pH、高于最適pH、過(guò)酸pH1和過(guò)堿pH10。實(shí)際上，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用的過(guò)酸pH1至過(guò)堿pH10連續(xù)的梯度，是先通過(guò)探究，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再推理分析，得到結(jié)論的。這樣實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)，符合問(wèn)題研究的邏輯關(guān)系。

片段五：【實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新二】改造用具——去繁就簡(jiǎn) 科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用具

【片段展示5】為了更清晰地看到氣泡上升的速度和數(shù)量，教師把20厘米的直尺刻度線延長(zhǎng)到深色卡紙上，然后粘貼固定在試管架的后方。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生從試管架的前方，平視正在發(fā)生反應(yīng)的試管，對(duì)應(yīng)深色卡紙畫(huà)好的刻度位置，就可以輕松地讀出數(shù)值。學(xué)生在試管內(nèi)加入H2O2后讀取一次起始數(shù)值，在深色卡紙上標(biāo)出起始液面高度；發(fā)生反應(yīng)一定時(shí)間后再讀取一次數(shù)值，標(biāo)記終止液面高度，每支試管都照此處理（可以控制反應(yīng)時(shí)間相同）。實(shí)驗(yàn)完成后，用直尺量出深色卡紙上每支試管起始液面和終止液面間的距離，記錄數(shù)據(jù)，完成曲線圖。另外，還可以直接把卡紙上的每根試管的初始點(diǎn)連成直線，當(dāng)成橫坐標(biāo)，反應(yīng)后讀取的點(diǎn)也可以連成曲線圖，依據(jù)實(shí)驗(yàn)所得曲線圖趨勢(shì)分析，學(xué)生能更直觀地體會(huì)pH對(duì)酶活性的影響規(guī)律。

【教學(xué)賞析】實(shí)驗(yàn)探究二是一個(gè)定量分析實(shí)驗(yàn)，在酶的催化下， H2O2迅速分解產(chǎn)生的大量氣泡，是無(wú)法通過(guò)計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)來(lái)檢測(cè)因變量的，所以，考慮用直尺測(cè)量相同時(shí)間內(nèi)試管中產(chǎn)生氣泡的高度來(lái)進(jìn)行定量對(duì)比，對(duì)此，學(xué)生也能在啟發(fā)之下回答出來(lái)。但在動(dòng)手操作的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單的分別用直尺來(lái)測(cè)量氣泡高度的方法也存在著很大的誤差。比如，學(xué)生把直尺和試管擺在一起時(shí)，很難保持豎直；讀數(shù)時(shí)，手持試管的高度也存在誤差。讀取的數(shù)據(jù)，在不同的實(shí)驗(yàn)組之間的對(duì)比，自然也就不夠準(zhǔn)確。以上對(duì)實(shí)驗(yàn)用具的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，一是解放了學(xué)生的雙手，不用同時(shí)拿著直尺和筆，記錄也只要用長(zhǎng)鉛筆在卡紙上畫(huà)點(diǎn)即可；二是觀察的時(shí)候可以平視，減少了實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生；三是試管在試管架上平穩(wěn)地進(jìn)行反應(yīng)，避免了手持的晃動(dòng)給實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)的危險(xiǎn)。

實(shí)驗(yàn)裝置的選擇、設(shè)計(jì)和完善程度，是決定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。教師在實(shí)驗(yàn)材料的選擇和制備上的創(chuàng)新，使得實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確。

結(jié)束語(yǔ)：追求創(chuàng)新，使得生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)精彩紛呈

本堂實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：一是設(shè)置層層遞進(jìn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，提高課堂效率；二是制定創(chuàng)新高效的實(shí)驗(yàn)方案，逐步提升對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)；三是選擇科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)材料及改進(jìn)完善實(shí)驗(yàn)裝置，以保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)與嚴(yán)謹(jǐn)；四是開(kāi)放自主的實(shí)驗(yàn)探究，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

教學(xué)過(guò)程中，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)探究一和實(shí)驗(yàn)探究二之間既獨(dú)立又聯(lián)系緊密。本節(jié)課的主體環(huán)節(jié)就是這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，其中實(shí)驗(yàn)探究一是一個(gè)定性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)探究二是一個(gè)定量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)探究一和實(shí)驗(yàn)探究二所使用的實(shí)驗(yàn)原理、器材和方法是基本相同的，這樣的設(shè)計(jì)方式不僅能充分挖掘?qū)嶒?yàn)的價(jià)值，還讓整個(gè)教學(xué)過(guò)程具有連貫性，層層深入，逐步提升對(duì)學(xué)生的能力要求。

本節(jié)課充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，有利于培養(yǎng)學(xué)生思考分析、觀察動(dòng)手、合作交流等多項(xiàng)能力，全面貫徹新的課程理念，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高具有非常重要的意義。