問(wèn)題驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn) 提升科學(xué)素養(yǎng)

史佳麗

摘 要：通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)驗(yàn)探究引導(dǎo)學(xué)生觀察、設(shè)計(jì)和分析實(shí)驗(yàn)，從在定性實(shí)驗(yàn)中理解并掌握科學(xué)探究的一般步驟，到定量實(shí)驗(yàn)去運(yùn)用，提高學(xué)習(xí)興趣，驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)并提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：酶活性;問(wèn)題驅(qū)動(dòng);科學(xué)思維;科學(xué)探究

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)是以建構(gòu)主義教學(xué)理論為基礎(chǔ)，從教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，在真實(shí)情境下設(shè)計(jì)有效問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生探究并解決問(wèn)題進(jìn)而提高能力、獲取知識(shí)的教學(xué)方法。該教學(xué)方法的關(guān)鍵在于構(gòu)建合理的“問(wèn)題鏈”，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的問(wèn)題情境，在恰當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)呈現(xiàn)問(wèn)題，并以此激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的欲望，同時(shí)通過(guò)教師的引導(dǎo)與啟發(fā)，展示知識(shí)的形成和應(yīng)用過(guò)程，讓學(xué)生通過(guò)自己的思考解決問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)概念知識(shí)的理解和構(gòu)建[1]。本文以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶（第二課時(shí)）”為例，展示基于“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.教材分析

本教學(xué)內(nèi)容屬于《模塊1分子與細(xì)胞》中核心概念2“細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并通過(guò)分裂實(shí)現(xiàn)增殖”，重要概念2.2“細(xì)胞的功能絕大多數(shù)基于化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞的特定區(qū)域”中的一般概念2.2.1“說(shuō)明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)，酶活性受到環(huán)境因素的影響”[2]。酶作為生物催化劑，細(xì)胞的物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)換都離不開它。在第一課時(shí)中，學(xué)生對(duì)酶的作用和本質(zhì)有了一定的了解，通過(guò)“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)感性認(rèn)識(shí)了“控制變量”。在這個(gè)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，在本課時(shí)的教學(xué)中，教師通過(guò)新的實(shí)驗(yàn)材料和裝置，組織學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)，讓學(xué)生親自獲得酶的活性受到溫度和pH影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并由定性實(shí)驗(yàn)逐步精確到定量實(shí)驗(yàn)。

2.教學(xué)目標(biāo)

養(yǎng)成科學(xué)思維：用文字或圖示等方式表達(dá)和解釋酶活性受到環(huán)境因素的影響，基于生物實(shí)驗(yàn)的事實(shí)提出質(zhì)疑（批判性思維），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置（創(chuàng)造性思維），探討實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，審視實(shí)驗(yàn)結(jié)果;

發(fā)展科學(xué)探究：借鑒探究酶活性的因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，能初步嘗試探究相似課題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，能運(yùn)用設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)、控制單一變量、增加重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)等方法，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果的交流與討論，提高實(shí)踐能力，在探究中，樂(lè)于并善于團(tuán)隊(duì)合作。

3.教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：酶的特性（酶作為生物催化劑，細(xì)胞代謝幾乎都離不開酶的催化，酶保持高效專一的環(huán)境條件尤為重要）

教學(xué)難點(diǎn)：控制變量的科學(xué)方法（控制變量是高中生物諸多實(shí)驗(yàn)的核心部分，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的要求很高）

4.教學(xué)過(guò)程

為了幫組學(xué)生達(dá)成對(duì)“酶活性受到環(huán)境因素的影響”的理解，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升，在本節(jié)課中開展下列教學(xué)活動(dòng)：（1）觀察現(xiàn)象，感性體驗(yàn)過(guò)氧化氫酶的催化作用;（2）進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)，教師制造認(rèn)知沖突，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫酶的活性會(huì)受到溫度的影響，并能解釋現(xiàn)象和提出質(zhì)疑;（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟，探究過(guò)氧化氫酶的最適pH。

4.1情境導(dǎo)入——酶的作用

情境1將切成大小和厚薄相同的兩片新鮮土豆片分別放入甲、乙小燒杯，向甲燒杯加入50ml的蒸餾水、同時(shí)向乙燒杯加入50ml的過(guò)氧化氫溶液。

問(wèn)題土豆塊浮起的原因？

設(shè)計(jì)意圖通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，回顧酶的作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并讓學(xué)生了解到土豆中含有過(guò)氧化氫酶。

4.2定性實(shí)驗(yàn)——酶的活性受溫度的影響

情境2向放置了2個(gè)土豆塊的小燒杯里加入50ml的過(guò)氧化氫，觀察并記錄現(xiàn)象。

問(wèn)題土豆塊不浮起的原因？

情境3以溫度作為自變量，探究“溫度影響過(guò)氧化氫酶的活性”：將三個(gè)溫度設(shè)定下預(yù)處理的土豆塊，放置在小燒杯中，同時(shí)加入50ml的過(guò)氧化氫溶液。

問(wèn)題土豆塊的運(yùn)動(dòng)情況

設(shè)計(jì)意圖本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了兩個(gè)認(rèn)知沖突，①?zèng)]有浮起的土豆塊;②都浮起的土豆塊，通過(guò)這兩個(gè)沖突，學(xué)生認(rèn)識(shí)到了溫度能影響酶的活性，在研究定性實(shí)驗(yàn)時(shí)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟。

4.3定性實(shí)驗(yàn)：土豆塊中過(guò)氧化氫酶的最適pH

情境4實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

問(wèn)題實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀測(cè)需要更加嚴(yán)謹(jǐn)和直觀，大家利用實(shí)驗(yàn)器材組裝實(shí)驗(yàn)裝置，參照工作單，完成操作。

情境5嘗試設(shè)計(jì)探究過(guò)氧化氫酶最適pH的實(shí)驗(yàn)

問(wèn)題該實(shí)驗(yàn)的因變量如何測(cè)定？如何記錄？

設(shè)計(jì)意圖本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了兩個(gè)動(dòng)手操作，①設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置;②定性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)這兩個(gè)動(dòng)手操作，學(xué)生認(rèn)識(shí)到了pH能影響酶的活性，定性實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)。

5.教學(xué)反思

（1）在“溫度影響酶活性”的定性實(shí)驗(yàn)中：冰水混合物中的土豆片，與常溫中的土豆片，在滴加過(guò)氧化氫后的效果差異不大;結(jié)合土豆的生長(zhǎng)環(huán)境，以及資料記錄（最適溫度0-10度），過(guò)氧化氫酶的適宜范圍比較廣，該實(shí)驗(yàn)用于說(shuō)明“高溫能使酶失活”更為嚴(yán)謹(jǐn)。

（2）在“探究過(guò)氧化氫酶最適pH”的定量實(shí)驗(yàn)中：教師可以不用規(guī)定土豆研磨液和過(guò)氧化氫溶液的量，讓學(xué)生去嘗試;過(guò)氧化氫性質(zhì)不穩(wěn)定，緩沖液與酶液先接觸更好，可以直接加緩沖液研磨土豆;利用針筒注射器添加試劑，對(duì)學(xué)生而言有一定的安全隱患，學(xué)生在操作過(guò)程中教師需密切關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

[1]魏杰.基于“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式下的“隨機(jī)事件的概率”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].數(shù)學(xué)教學(xué)通訊，2019（21）：21-22.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018：13