基于實驗探究的“生物催化劑
——酶”的教學設計

周偉明

(上海南匯中學 上海 201399)

1 教材分析

“生物體內的化學反應”是上海生命科學教材高中階段第4章“生命的物質變化和能量轉換”的第1節內容。主要介紹生物體內化學反應的類型和進行這些反應所需要的條件。這是接下來學習光合作用和呼吸作用以及轉錄翻譯等生物體內重要化學反應的基礎。本節主要分為三個部分內容： ①合成反應和分解反應： 主要介紹生物體內化學反應的兩種類型，其中區別合成反應和分解反應對學生來講是難點。②生物催化劑——酶： 主要介紹酶的定義、酶的物質屬性和酶的作用特點和影響酶活性的因素，其中包含“探究酶的高效性”實驗，可以認真設計，成為學生學習科學探究方法很好的載體。③生命活動的直接能源——ATP： 主要介紹ATP的結構簡式，ATP與ADP的相互轉化過程，有利于學生理解生命活動所需能量是如何及時供應的。

筆者安排用2課時完成本節的教學，本課時為第2課： 生物催化劑——酶。這時學生已經學習了生物體內化學反應所需條件之一——能量由ATP直接提供，接下來要學習生物體內化學反應所需的另一個條件——催化劑。主要包括酶的定義、酶的物質屬性和酶的作用特點和影響酶活性的因素等，其中讓學生經歷“探究酶的高效性”實驗過程，教師可以努力挖掘素材，巧妙設計問題，使之成為學生學習科學探究方法很好的載體。教材中有選做實驗“探究影響酶活性的因素”，雖由于課時緊張，可不安排學生做，但可以創設情境，讓學生學習和鞏固實驗設計的基本原則,并實施部分實驗，觀察現象。

2 教學目標

基于課程標準的內容要求、學業要求和學業質量標準，并圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了如下教學目標：

(1) 通過實驗認識酶的專一性特點，培養結構和功能相統一的生命觀念。

(2) 親歷“探究酶的高效性”實驗過程，提升對實驗現象的分析能力，發展科學思維；親歷設計實驗探究豬肝中過氧化氫酶的最適pH值的過程，學習實驗設計的基本方法，提升科學探究能力。

(3) 通過本節課學習，讓學生體會生物催化劑——酶的高效性，認識到生命體的精密神奇，從而進一步鞏固珍惜生命、關愛生命的基本態度。經歷實驗和實驗設計過程，使學生感悟嚴謹的科學態度；了解酶在降解污染物、保護環境方面的作用，培養保護環境的社會責任。

3 教學過程

3.1 導入 教師先讓學生回憶已學的化學知識： 很多化學反應是需要條件的，有哪些條件？(高溫、高壓、通電、催化劑等。)這時教師追問： 在生物體內的反應能不能加壓、加溫、通電？所以生物體內的化學反應需要加什么條件？學生容易想到需要催化劑，引出本節課的主題： 生物催化劑——酶。

設計意圖： 從學生已有知識出發，建立最近發展區，激發學生學習興趣，導入新課。

3.2 探究酶特性的實驗 提問過渡： 生物體內的化學反應需要酶的催化，酶是什么？給出酶的定義： 酶是活細胞產生的一類具有催化能力的生物大分子(其中絕大多數是蛋白質，少數是RNA)。酶有什么特性呢？教師先介紹H2O2能分解成H2O和O2，然后讓學生完成教材上實驗4.1。實驗步驟1： 在1至6號試管中各加入5 mL 3%H2O2；步驟2： 再在1至6號管分別加入1 mL蒸餾水、1 mL新鮮豬肝勻漿、1 mL FeCl3、 1 mL熟豬肝勻漿、1 mL已高溫處理過的FeCl3、 1 mL新鮮唾液；步驟3： 觀察并比較各試管產生的氣泡量。

實施實驗后，讓學生對實驗現象進行分析，根據學生分析表達情況，教師可以設計問題引導： ①1號試管的作用是什么？(作為對照，請學生回答沒有催化劑的情況下，3%H2O2是否分解，分解的速度怎樣？)②1、 2、 3號試管比較說明什么？(酶的催化效率顯著高于FeCl3的催化效率。)③1、 2、 4號試管比較說明什么？(高溫處理過，恢復室溫，使酶失去活性。)④3與5號試管比較說明什么？(高溫處理過，恢復室溫，FeCl3的催化效率不受影響。)⑤1、 2、 6號試管比較說明什么？(唾液中的唾液淀粉酶不能催化H2O2的分解，說明一種酶催化一種底物，酶具有專一性特點。)

通過以上分析，學生得出結論： 酶具有高效性和專一性特點。

設計意圖： 讓學生經歷實施實驗，并對實驗結果進行分析，得出酶具有高效性特點的過程，不僅有效建構了生物學概念，而且鞏固了學生實驗技術和對實驗現象分析的基本方法，提升了科學探究能力。也為后期自主實驗順利開展提供了技術保障。

3.3 影響酶活性的因素 設問過渡： 哪些因素會影響酶的催化效率呢？(研究發現影響酶的催化效率的最主要因素是溫度、pH值。)教師提問： 設計一個實驗證明： pH值會影響豬肝中過氧化氫酶的活性？

實驗設計之前，先復習鞏固實驗設計的基本原則： 對照原則、單一變量原則等。此時，教師可以引導學生進行設計，例如： 提示在兩個小燒杯中分別配置(1 mL新鮮豬肝勻漿+1 mL蒸餾水)和(1 mL新鮮豬肝勻漿+1 mL5%NaOH)；取兩支試管分別標記，并各加入5 mL 3%H2O2；接下來，在兩支試管中分別加入1 mL新鮮豬肝勻漿+蒸餾水混合液，以及1 mL新鮮豬肝勻漿+5%NaOH混合液；最后，觀察并比較兩支試管中產生的氣泡量等。當對學生設計的實驗步驟逐一進行把關后，提示學生預測實驗結果并讓學生解釋原因，而后督促學生開展實驗，根據實驗結果分析。學生較容易得出pH值會影響豬肝中過氧化氫酶的活性。

設計意圖： 通過創設情境，讓學生在教師引導下經歷實驗設計，不僅可以避免學生在設計中走彎路，節省了課堂時間，而且可以讓學生鞏固實驗設計的基本原則，體會設計實驗的過程，進而提升科學思維能力。也為接下來的獨立設計實驗做準備。

3.4 設計實驗探究豬肝中過氧化氫酶的最適pH值 經歷了上述學習，可向學生提供必需的實驗材料，放手讓學生設計和探究豬肝中過氧化氫酶的最適pH值。提供材料包括： 高濃度的HCl和NaOH溶液、pH試紙、3%的H2O2、新鮮豬肝勻漿、足量蒸餾水、試管、燒杯，等。完成設計后讓學生向大家來介紹自己設計的實驗方案。

設計意圖： 讓學生經歷實驗設計、實驗實施的過程，培養自主思維和探究能力。

4 教學反思

筆者根據本節課教學內容的特點設計了三個層層遞進的探究實驗，即已設計好的實驗、教師指導下設計實驗，及自行設計并實施的實驗，分別使學生學會“整理科學事實的方法”“獲取科學事實的方法”和“自主探究科學事實的方法”。通過親歷實驗探究過程，感悟了生命觀念，培養了科學思維和科學探究能力。

從教學效果看，通過教師的問題引導，總體上學生能較好完成實驗現象分析，達到教學的預期目標。但對于實驗設計，筆者發現，大部分學生能較好地復習和鞏固實驗設計的基本原則，仍有少量學生相對跟不上節奏，這提示教師在今后的教學過程中注重這方面能力的培養；另外，本節課的設計雖然留出了較多的學生思考時間，但學生自由表達的時間卻不夠多，因此后期教學中要加強該環節的設計。