科學探究下的高中生物教學設計
——以“酶的作用和本質”為例

簡海霞 湖南科技大學 湖南湘潭 411201

核心素養是教學育人價值的集中體現，具體體現在學生通過各個學科學習從而形成的正確價值觀念、必備品格以及關鍵能力。生物學科素養是由生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面發展核心素養。生物學教學中教師引導學生關注生活中生物學問題，并且針對某些生物學現象進行提問，設計實驗，實施方案，最后進行討論的科學探究過程。筆者本節課內容通過實驗，多媒體以及學生扮演科學家的三個部分教學活動進行教學設計。

1 教材分析

人教版的高中生物學教材《分子與細胞》必修一第五章的第一節是“降低化學反應活化能的酶”。本節課的重點是酶的作用和本質，教學難點是活化能在酶的作用下降低的理解和控制變量法的運用。在初中接受消化酶為基礎以及“生命活動承擔者‘蛋白質’”一節也有酶的作用闡述，對酶的作用有所接觸后，再展開酶的作用原理的介紹，知識呈現層層遞進。酶的引入是從細胞開始，細胞無時不刻進行著化學反應，其中產生的有害物質要進行分解以及需要能量保證反應的正常進行，因而在學習細胞的基本結構和物質運輸之后，引入酶的作用和本質以及酶的特性學習是起著承上啟下作用，為后面細胞的能量和供應的學習打下基礎。

2 教學目標

（1）能夠解釋生活中有關酶參與反應的實踐事例。如：對加酶產品的使用的依據以及使用注意的事項的解釋。

（2）在實驗操作和觀察中，能夠掌握科學探究中控制變量法原則。課堂中的進行實驗是學生學習生物學的簡單而有效方法，將實驗的引入可以培養學生的科學探究思維。

（3）能夠自主的填寫表格，畫出圖示來表達酶的作用機制的理性思維。在學生進行實驗的操作和對象的觀察后，對實驗的原理產生興趣，如果直接講授實驗原理，告訴學生發生實驗現象的原因，學生會覺得知識抽象也易遺忘。

（4）合作學習中嘗試擔任科學家角色，感受科學探究歷程中學習其精神。科學史重現方式，讓學生體會科學家的思考與研究生命現象的歷程，學會承擔責任。

3 設計思路

實驗課的開展一般在實驗室，而在條件允許的情況，在課堂上進行實驗有利于教師對實驗教學又不耽誤授課課時。多媒體的應用讓學生對知識的呈現有著直觀的認識，但是筆者發現在課堂中如果學生只是走馬觀花似的觀看精美的多媒體課件，沒有帶著問題進行思考和總結，課堂效果不佳。實施改進措施讓教師創設問題學生參與解決。最后對科學史的合理應用，是加深學生對科學探究過程理解。總之，學生對生對生物相關問題能夠找到資料，設計方案，展開交流這個過程中不斷地改進，培養學生的科學探究能力，提高了自身科學素養。

4 教學過程

4.1 聯系生活，引入新課

生活當中，我們吃飯或吃饅頭咀嚼，含在口腔中時間越長，就越感覺甜，這是在初中我們知道饅頭變甜是因為唾液中含有唾液淀粉酶，使得葡萄糖分解為麥芽糖，因而嘗起來便有甜甜的味道。那么唾液淀粉酶，為什么能將淀粉分解？它的本質是什么？教師引導學生思考。設計意圖：聯系生活實踐即回顧初中內容，學生主動參與課堂，教師進一步提出相關的問題，引發學生積極思考從而產生探索新知的興趣。

4.2 組織實驗，科學探究

在課前讓學生們查找過氧化氫相關的資料，提出改變不同的條件下分解過氧化氫的速率是怎樣變化的？讓學生們先做出假設，考慮實際情況下對設計相關的實驗，這個過程學生對材料的獲取以及實驗條件控制進行思考，讓學生參照課本以及其它資料進行實驗方案的確定。

在課堂上的實驗條件有限，學生討論的結果讓開水放在保溫壺中，其它的器材如同書本列出步驟。實驗前選出六個同學分為三組，實驗共有四組，第一組不做任何處理，三組同學所做的是改變的變量，分別是第二組將試管放在90攝氏度水中水浴，第三組和第四組分別放入兩滴的三氯化鐵溶液，新鮮的肝臟研磨液。實驗同時進行，學生們規范的完成實驗步驟后，等待2-3min后走下講臺，一邊將點燃的衛生香分別放在各組試管中，讓同學們觀察衛生香的燃燒情況，小組討論。

教師在學生自主進行實驗安排后，布置相關的作業任務完成PPT上的表格填寫，在實驗過程中進行以下提問：

（1）與1組相比，2組試管出現什么不同的現象？這一現象說明了什么？

（2）在細胞生活壞境中，能夠通過加熱的方式來提高反應速率嗎？

（3）3組和4組未經加熱，也有大量氣泡產生說明了什么？

（4）3組試管和4組試管相比較，哪支試管中的反應速率快？這說明了什么？

（5）實驗遵循的原則是什么？

表1 實驗現象記錄

請學生思考和討論后，小組組長總結答案后進行回答。設計意圖：學生自主設計實驗再將實驗方案實施，完成科學探究的整個過程。將全班分為小組，請出小組中兩位成員在講臺上做實驗，學生會注意小組成員的實驗，同時有利于教師輔助指導學生們規范操作，起到良好的展示作用。在課堂中，有實驗的演示，讓學生們直觀的看到實驗現象，從而對實驗中出現的現象聯系實驗原理進行思考討論。有些學生看到衛生香的迅速復燃會情不自禁的感到很驚奇，對沒有復燃的試管會產生疑問，自主的探索原因。當實驗完成后學生們自主的填寫PPT的表格內容，在教師的引導下進行總結。填寫表格是學生觀察實驗相關總結，進行提問培養科學探究思維。

4.3 動畫播放，難點突破。

完成表格相關想象分析之后，可以得出酶具有催化作用，那么接下來通過2min的動畫視頻一起探討催化作用原理是什么？教師首先介紹動畫中活化能的概念。然后讓學生仔細觀察動畫，動畫中有常態分子，活躍分子，活化能作為擋板，開始在常態下，分子不能跳過動畫擋板到達另外一端，再次展現的是加熱、Fe3+以及過氧化氫酶的條件下，分子通過活化能擋板的情況。最后教師提問：加熱為什么能提高H2O2的分解效率？學生可以看到分子加熱時跳過擋板的是活躍分子。緊接著提問：加無機鹽Fe3+以及過氧化氫酶是分子是以什么方式成功的跳過活化能擋板的，這兩種物質哪種作用更顯著？學生通過觀看動畫，回答問題。教師進一步要求學生以反應過程為橫軸，能量為豎軸，在草稿紙上畫出酶降低化學反應活化能圖解，隨機抽取兩位同學在黑板上畫出其示意圖。

設計意圖：在觀看動畫的直觀演示和學生自主的繪制曲線示意圖，教師的提問有效地解釋酶能顯著地降低化學反應的活化能機制，同時讓學生分析信息獲得與有效處理數據，為實現對圖表信息轉化與模型構建能力建立了基礎。在不同條件下，化學反應不同的結果，使得學生對控制變量法進一步理解，學會解釋酶降低化學反應的活化能生物現象的理性思維。

演講完畢幾位同學都下了講臺，教師總結酶的本質和來源，強調科學探索的過程是不斷補充和完善的，這需要科學家們反復猜想，不畏困難去探索和實踐。

設計意圖：在這課程前，學生自主合作進行解說，培養學生社會擔當能力，增強了團隊精神。在教學中利用科學史歷程有利于學生站在科學家的角度去思考問題，同時學會運用科學思維嘗試解決生活實際問題，學習科學家對酶的本質孜孜不倦的探究精神，以及對成功路上的困難堅持不懈的努力可貴精神。

5 教學總結

本文在課堂教學中，首先教師組織學生進行課堂實驗，依據實驗現象，自主討論分析回答表格內容。其次講解原理通過動畫的觀看，學生自主繪圖的形式得出結論。教師在組織教學中，聯系生活實踐引發學生思考，實驗教學活動和科學家探究實驗的經歷，增加探究生命科學的興趣，同時掌握科學探究的基本思路和方法運用于生活實踐。