基于生物核心素養的教學設計

石丹花

一、教材分析

“酶的特性”是人教版高中生物（必修1）《分子與細胞》第五單元第一節《降低化學反應活化能的酶》第二課時的內容。本節教材內容包括“酶具有高效性”“酶具有專一性”“影響酶活性條件的探究”三大內容。其中“酶具有高效性”的內容，已在前一課“比較過氧化氫在不同條件下的分解”中學習。對于酶的專一性和影響酶活性的條件，可以通過情境設置引導學生開展探究實驗，可以培養學生的科學探究素養和理性思維。酶的特性的學習為學生接下來學習ATP、細胞呼吸和光合作用過程奠定了基礎。

二、學情分析

本節課之前，學生學習了第一課時“酶的作用和本質”，已經了解科學探究的一般方法，即“提出問題—作出假設—設計實驗—進行實驗—分析結果，得出結論—表達和交流”；對對照實驗的設計與操作方法、自變量和無關變量的分析與控制方法已有初步認識。這為本節課開展探究實驗打下基礎。然而，學生理性思維能力還有待提高，需要教師設置層層遞進的問題，引起學生思考。

三、教學目標

描述酶的特性，舉例說明影響酶活性的條件；

開展實驗探究影響酶活性的因素；

通過探究實驗，培養科學探究素養，提高理性思維能力，進而提高生物核心素養。

四、重點與難點

重點：描述酶的特性，舉例說明影響酶活性的條件。

難點：影響酶活性條件的實驗設計與實施。

五、教學方法

講授法、問題引導法、探究學習法、討論法。

六、課前準備

學生分組實驗材料用具：質量分數為2%的新配制的淀粉酶溶液，新鮮的唾液淀粉酶稀釋液，質量分數為3%的可溶性淀粉溶液，體積分數為3%的過氧化氫溶液，體積分數為5%的鹽酸溶液，體積分數為5%的氫氧化鈉溶液，熱水，蒸餾水，冰塊，碘液，斐林試劑，試管，量筒，小燒杯，大燒杯，滴管，試管夾，酒精燈，三腳架，石棉網，溫度計，打火機等。

七、教學過程設計

教學環節一：酶具有高效性

【教師活動】設置問題情境，引起學生思考：

1.通過比較H2O2在不同條件下的分解的實驗探究，說明酶具有什么特性？

2.實驗過程中自變量、因變量、無關變量分別是什么？

3.對照實驗設計過程中應注意哪些原則？

【學生活動】小組討論，思考問題。

設計意圖：通過設置問題情境，學生在思考問題的過程中，復習探究實驗實施過程中應注意的問題，溫故而知新，為本節課設計實驗探究影響酶活性的因素奠定基礎。

教學環節二：酶具有專一性

【教師活動】設置生活情境，讓學生閱讀加酶洗衣粉的使用說明“加入蛋白酶的洗衣粉切勿用于絲質及羊毛衣料”，引導學生思考：

1.為什么加入蛋白酶的洗衣粉不能用于絲質及羊毛衣料，可以用于棉麻類衣物？

2.說明酶具有什么特性？

3.如何利用所給實驗材料證明酶具有專一性？

【學生活動】小組討論，思考問題，設計實驗方案，并實施實驗：①更換酶─將豬肝研磨液換成淀粉酶；②更換底物─將H2O2換成淀粉液。請1、2兩組的同學實驗探究①，3、4兩組的同學實驗探究②，并請兩大組同學派代表和大家分享實驗結果。

【教師活動】觀察學生實驗，及時進行糾正、指導，并總結：每一種酶只能催化一種或一類化學反應，即酶具有專一性。

設計意圖：利用加酶洗衣粉的使用說明設置生活情境，讓學生置身生活情境中解決問題，加強生物學與社會生活的聯系，提高社會責任感。學生小組討論、設計實驗方案，并進行實驗，教師予以糾正引導。學生在探究實驗過程中提高科學探究素養。

教學環節三：酶的作用條件溫和

【教師活動】設置生活情境，讓學生閱讀加酶洗衣粉的使用說明“洗滌前先將衣物浸于加有適量洗衣粉的水，用溫水效果最佳，切勿用60℃以上的熱水”，閱讀藥品說明書“服用健胃消食片，一般要用溫水送服”，引導學生思考：

1.根據加酶洗衣粉的使用方法和健胃消食片的食用方法，說明酶催化反應受到什么因素影響？

2.推測酶活性還受到什么因素影響？

【學生活動】小組合作討論、設計實驗方案，并實施實驗。1、2兩組設計實驗探究溫度對酶活性的影響，3、4兩組設計實驗探究pH對酶活性的影響。

【教師活動】巡視并引導學生思考如下問題：

1.探究溫度對酶活性的影響。

能不能用H2O2作為底物？將控制幾種溫度？其中一組溫度控制為60℃，其他兩組溫度應控制為多少℃？是在控制溫度前將酶與底物混合，還是在控制溫度后將酶與底物混合？為確保酶與底物混合后所控制的溫度不發生變化，應如何控制溫度？由此，應取的試管數和編號方法是什么？混合以后要不要保溫？用什么檢測反應有沒有進行？

2.探究pH對酶活性的影響。

本實驗的自變量是什么？將要控制哪幾種pH？應選擇幾支試管？（并即時交待：為了使酶處于過酸、過堿的環境下，建議HCl、NaOH的使用量為1mL）一支試管加HCl，一支試管加NaOH，那么還有一支試管如何處理，才能既為中性，又符合對照實驗的等量原則？能否在沒有控制pH之前將豬肝研磨液滴入H2O2？

【學生活動】在教師的引導下完善實驗方案：

1.探究溫度對酶活性的影響。

2.探究pH對酶活性的影響。

【學生活動】表達與交流，每組實驗方案請學生分享實驗結果，其余小組評價指正。

【教師活動】總結說明酶的作用條件比較溫和，受到溫度、pH等條件的影響，并引導學生繪制坐標圖，分析A、B、C三個點的特殊含義。高溫、強酸、強堿的環境下，酶的空間結構被破壞，酶失去活性，失去催化功能。

八、設計說明

2014年，教育部研制印發《教育部關于全面深化課程改革、落實立德樹人根本任務的意見》，提出“教育部將組織研究提出各學段學生發展核心素養體系，明確學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”。學科核心素養是學生發展核心素養在學科中的具體化。生物核心素養包括生命觀念、科學探究、理性思維和社會責任四個方面。課堂教學是發展學生生物核心素養的重要途徑。本節是實驗探究課，是發展學生核心素養的重要素材。因此，本節教學以發展學生核心素養為理論基礎，以培養以下核心素養為目標：

形成生命觀念。例如，通過探究高溫、強酸和強堿環境下酶的活性，認識到酶發揮生物活性與酶結構的完整密切相關，從而形成結構與功能相適應的生命觀念。

提高理性思維。創設問題情境，通過層層遞進的問題，引導學生深入思考，并根據實驗結果，基于事實構建坐標圖，運用數學模型分析生物學問題，進而提高理性思維能力。

培養科學探究能力。運用探究實驗的一般步驟，在小組合作學習中設計實驗方案、實施實驗、如實記錄和分析實驗結果，并開展交流。

提高社會責任感。通過加酶洗衣粉和健胃消食片的使用說明，創設生活情境，讓學生體會到生物學與現實生活的聯系，利用生物學知識解決生活中的問題，從而提高學生的社會責任感。