論證教學模式在高中生物學實驗教學中的案例研究

吳惠平（漳州第一中學，福建漳州363000）

論證教學模式在高中生物學實驗教學中的案例研究

吳惠平
（漳州第一中學，福建漳州363000）

以“探究溫度對酶活性影響的實驗”為例，引導學生以探究實驗的結果作為證據提出主張，進行相互質疑，最后達到完善或認可的主張，使得學生由被動接受知識轉變為主動建構知識，促進學生對科學概念的建構和深刻理解，有利于提高學生的探究能力和論證能力。

論證教學模式；探究實驗；質疑；實驗結果；主張

運用論證教學模式進行探究實驗，將探究實驗的開放性與論證教學的實證性相結合，促進學生歸納、梳理探究實驗結果，并作為證據進行質疑或維護各自的主張，有利于達成科學探究與應用知識相結合的教學目的。現以人教版《高中生物》必修1中“探究溫度對酶活性影響的實驗”為例，探討如何在高中生物學實驗教學中運用論證教學模式。

一、論證教學模式概述

論證教學模式是將科學領域論證工作的方式引入課堂，使得學生經歷類似科學家的論證過程，促進學生理解科學概念和科學本質，發展學生的思維能力。［1］根據論證教學模式的要求，高中生物學實驗教學一般包括分析“實驗結果”得出“主張”，以實驗結果為“論據”解釋支持“主張”，經過“質疑”后“完善或認可主張”（如圖1）。［2］

圖1 論證探究實驗過程

二、論證教學模式的案例研究

（一）指導學生課前設計實驗方案

“探究溫度對酶活性影響的實驗”涉及較多化學知識，包括實驗試劑、檢測試劑的化學性質對實驗結果的影響，導致實驗結果與預期結果有偏差甚至相違背。因此，實驗課前，師生應做好充分的準備。要求學生從實驗試劑、溫度、pH等單一變量的控制、檢測試劑的選擇等方面查閱影響酶活性的相關資料，思考①選擇什么試劑進行溫度對酶活性的影響實驗最合適？②如何嚴格保持實驗中每組酶所處的溫度始終是所設置的溫度？③若選擇好實驗的底物和酶時，那么應選擇什么作為檢測試劑來檢測反應速度的快慢？并完成實驗方案的設計（如表1、表2）。

表1 第1組實驗方案

表2 第2組實驗方案

（二）探究實驗與論證教學有機結合

學生整理、歸納實驗探究的結果，梳理其中的邏輯關系，提出主張，并進行相互質疑。通過論證，修正實驗設計。將獲取的實驗結果做為證據進一步論證，從而得出正確的主張。

1.以實驗結果作為資料提出主張

根據課前設計的實驗方案，學生4人一小組進行實驗操作、觀察與記錄。

第1小組的實驗設計如表1，實驗結果是0℃、37℃、100℃的3支試管分別是淺磚紅色、磚紅色、淺磚紅色。因此，第1小組提出“溫度對酶活性有影響，低溫和高溫酶活性下降，但是都還有活性”的主張。

第2小組質疑第1小組“實驗檢測試劑”的問題：第1小組使用斐林試劑作為檢測試劑，試管中的溶液必需加熱到55℃才會有顏色變化，但是該實驗的自變量是溫度，加熱到55℃的處理改變了原來控制的溫度梯度，因此不能選擇斐林試劑進行檢測。第2小組的實驗設計如表2，選擇碘液作為檢測試劑。實驗結果是0℃、37℃、100℃試管的溶液分別是深藍色、無色、無色。第2小組支持第一小組的“溫度對酶活性有影響，低溫時酶活性下降”的主張；同時提出超過最適溫度時，隨著溫度的升高，溫度對酶活性基本沒影響。

2.教師提供資料，學生重新設計實驗方案

第3小組學生質疑第2小組的主張：唾液淀粉酶的化學本質是蛋白質，蛋白質易變性，因此高溫情況下酶應當沒有活性。

教師提供資料：酶對溫度變化極為敏感，天然態酶分子會經過一系列相對穩定的中間態U1、U2、U3等，最終過渡到變性狀態，中間狀態時仍具有部分活性，而且是可逆過程。［2］學生恍然大悟。進一步要求學生思考“如何修改實驗方案，保證在整個實驗過程中各組的溫度一直保持不變？”

經過論證學習，學生重新設計實驗方案（如表3）。

表3 修正后的實驗方案

經過實驗，所得的結果與第2小組的實驗結果一樣，即0℃、37℃、100℃試管的溶液分別是深藍色、無色、無色。學生分析實驗方案：5號淀粉試管和6號唾液淀粉酶試管皆在100℃保溫5分鐘，混合后繼續保溫5分鐘，難道是唾液淀粉酶保溫時間太短？

3.尋找證據，再次修正實驗方案

學生閱讀教師提供的資料：直鏈淀粉并不是直線型分子，而是借分子內氫鍵卷曲成螺旋狀。直鏈淀粉遇碘顯藍色，碘與淀粉之間并不是形成化學鍵，而是I2鉆入螺旋當中的空隙。I2與淀粉之間借助于范德華力聯系在一起，形成深藍色的淀粉-碘絡合物。淀粉的螺旋結構并不是十分穩定，溫度高使直鏈淀粉分子劇烈運動，形態發生變化，螺旋消失，以致藍色的淀粉—碘絡合物分解，溶液呈現無色。［3］思考“應如何檢測高溫組溶液是否含有淀粉？”

學生分析資料：高溫條件下，滴加碘液，碘與淀粉無法形成藍色的淀粉—碘絡合物，所以溶液呈現無色。因此需修改檢測方法，待高溫組溶液冷卻后再滴加碘液。學生實驗后得出實驗結果：高溫組溶液冷卻后滴加碘液，溶液變為深藍色。

指導學生進一步分析“只要高溫組有淀粉存在就說明酶沒有活性嗎？”學生分析：不能說明，還需設計對照試驗，探究高溫組的淀粉是否被水解。學生改進實驗設計：再取兩支試管，編號為7號、8號，在7、8號試管中分別加入3%淀粉溶液2ml和1ml的蒸餾水，在100℃的水浴鍋中保溫5分鐘，之后將8號試管的水倒入7號試管中繼續保溫，5分鐘后拿出并冷卻，滴加碘液觀察顏色變化，并與高溫組進行比較。實驗結果是高溫組溶液的顏色與對照組的顏色一致。學生根據實驗結果修正主張：高溫下酶沒有活性，而且該過程不可逆。

教師講解：高溫使酶沒有活性是由于高溫使酶的空間結構被破壞，酶的空間結構被破壞后，酶的空間結構不可能重新形成。高溫處理，使得酶的空間結構發生改變，最終導致酶的功能喪失稱為變性。

4.完善低溫組實驗，得出正確的主張

教師引導：高溫時酶變性，該過程不可逆；那么低溫條件下，酶活性下降，是否可逆？如何設計實驗進一步驗證？

學生實驗后得出實驗結果：直接將0℃的試管放于37℃的水浴鍋保溫一段時間并進行觀察。試管溶液轉變為無色。

學生分析實驗結果，得出正確的主張：低溫使酶活性下降，但隨著溫度升高酶活性上升，所以低溫酶沒變性失活。

在高中生物學實驗教學中應用論證教學模式，學生以實驗結果作為資料提出主張，或以實驗結果作為論據質疑他組提出的主張，最后完善或認可的主張：溫度對酶活性有影響。整個探究實驗過程，學生經歷了類似于科學家一樣的論證過程，由被動接受知識轉變為主動建構知識，有利于學生對科學概念的建構和深刻理解，培養學生的論證能力和探究能力。

［1］許桂芬.在論證式教學中如何引導質疑和辯駁——以“生物膜的流動鑲嵌模型”為例［J］.生物學通報，2014（7）.

［2］李福琴.變性一定導致酶永久失活嗎［J］.中學生物學，2015（2）.

［3］黃廣慧.探究“影響酶活性”的兩個“意外”［J］.生物學教學，2006（1）.

（責任編輯：陳欣）

2015年度漳州市基礎教育課程教學研究立項課題“高中生物論證式教學模式的案例研究”（項目編號：ZPKTY15003）。