“酶的特性”一節教學設計

王瓊霞 劉曉昕 趙新桐

（1 北京教育學院石景山分院 北京 100043 2 中國人民大學附屬中學石景山學校 北京 100042）

《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）中指出，生物學學科核心素養是學生在生物學課程學習過程中逐漸發展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現出來的價值觀、必備品格與關鍵能力[1]。知識轉化為素養的重要途徑是情境，構建從真實情境中學習的認知路徑是知識通向素養的必然要求[2]。將學科概念置于真實情境中，在問題與活動的驅動下，學生積極體驗、主動構建概念，形成良好的認知結構，有利于實現在課堂中逐漸提升面向未來學習與生活所需核心素養的學科大目標。在“酶的特性”一節教學中，創設圍繞多酶片的情境，啟發學生設計實驗探究酶的特性，引導學生思考分析多酶片結構，利用結構與功能觀解釋酶特性的機理，挖掘酶在生產、生活中的應用等，不僅完成概念的構建，而且達成強化生命觀念、發展科學探究、提升科學思維、領悟社會責任的目標。

1 教材分析及設計思路

“酶的特性”位于人教版生物學教材《分子與細胞》第5 章第1 節“降低化學反應活化能的酶”第2 課時，內容包括酶具有高效性、酶具有專一性和酶的作用條件溫和。課程標準要求說明酶活性受到環境因素的影響，并建議探究影響酶活性的因素。學生學習該部分內容不僅可進一步理解酶的作用與本質，還為學習細胞代謝等其他相關知識奠定基礎。特別需要強調的是，其中涉及實驗方案設計、實施及結果分析等過程和方法更是提升學生生物學核心素養的良好載體。

美國教學設計專家喬納森認為，情境是利用一個熟悉的參照物，幫助學習者將一個要探究的概念與熟悉的經驗相聯系，引導其利用這些經驗解釋、說明、形成自己的科學知識。受人教版教材本節內容的課后閱讀資料——“酶為生活添姿彩”中多酶片的啟發，又考慮到學生初中已學習了“人體內的消化酶”等知識，通過查閱相關素材，按照符合學生認知規律的知識呈現方式對素材進行整合，創設本節課的教學情境——揭開多酶片的“層層面紗”，圍繞該情境精心設計問題與活動，引導學生主動構建概念（表1），并在此過程中發展相應的學科核心素養。

表1 情境中的核心問題及其對應的活動及概念

2 教學目標

1）闡明酶具有專一性、高效性、其作用條件較溫和。

2）概述酶空間結構與其專一性的關系，進一步樹立結構與功能相適應的生命觀念。

3）在實驗設計中學會控制變量及設計對照實驗等，提升科學探究能力，并發展分析、歸納與概括、推理等科學思維。

4）認同酶在生產實踐中的重要作用，能用酶的特性解釋生物學現象，領悟社會責任。

3 教學流程

將“酶的特性”這一重要概念細分，圍繞多酶片的情境開展4 個相關活動，幫助學生按照認知規律和科學思維過程自主生成相關次位概念，落實核心素養。主要的教學流程如圖1。

圖1 教學流程示意圖

4 教學過程

4.1 創設情境，激發興趣 教師通過提示學生回憶消化酶可催化食物分解，提出有人在消化不良時服用多酶片以緩解癥狀的生活經驗，并展示多酶片實物，引導學生依據個人經驗或“多酶片”的名稱判斷其功效及成分，形成初步認識，為學習多酶片背后蘊藏的相關知識作好鋪墊。

4.2 體驗情境，構建概念

4.2.1 情境1：多酶片中含有多少種酶？ 教師引導學生根據食物的營養成分推測多酶片的成分，接著展示其成分——胰酶（包含胰淀粉酶、胰脂肪酶及蛋白酶）與胃蛋白酶，并提示學生思考多酶片中添加多種酶的原因。學生依據食物的主要成分為淀粉、脂肪及蛋白質，推理得出：催化淀粉分解需淀粉酶、催化脂肪分解需脂肪酶、催化蛋白質分解需蛋白酶，從而初步得出酶具有專一性的假設。

活動1：驗證酶的專一性。教師組織學生從多酶片中選取相關的酶進行實驗設計，學生基本都能提出“將同一種酶分別加入不同的底物中，觀察底物是否被分解”的思路。以探究淀粉酶的專一性為例，考慮到淀粉與蛋白質、脂肪不屬于同種物質，結構差異較大，故建議學生可用食物中常見的另一種糖類——蔗糖溶液替代蛋白質和脂肪。完善后的方案如下：分別將1 mL 淀粉酶溶液加入2 mL 淀粉溶液（1 號試管）和等量的蔗糖溶液（2 號試管）中，利用斐林試劑鑒定是否有還原糖生成。實驗現象為：1 號試管出現磚紅色沉淀，2 號試管無明顯的顏色變化，由此證明了酶具有專一性。

將教材中的實驗“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”巧妙置于多酶片的情境中，創設符合邏輯的教學環節，既強化理論需要實驗證據支持的學科思想，又提高學生設計實驗、實施方案及討論等科學探究能力。

學生很容易對多酶片中添加2 種蛋白酶產生疑問，教師需帶領學生分析原因，并補充資料，幫助學生理解2 種蛋白酶水解不同氨基酸之間形成的肽鍵（圖2）。胰蛋白酶專一地水解賴氨酸或精氨酸羧基形成的肽鍵；胃蛋白酶水解芳香族或其他疏水氨基酸的羧基或氨基形成的肽鍵[3]。總結酶專一性的內涵，即一種酶只能催化一種或一類反應，并展示“鎖鑰學說”的圖示，幫助學生明確酶專一性的分子機理，加深對結構與功能觀的認識。

圖2 消化道中幾種蛋白酶的專一性[3]

4.2.2 情境2：多酶片中各種酶的含量分別是多少? 教師介紹多酶片中酶的含量約為0.313 g/片，其中，胰酶0.3 g/片、胃蛋白酶0.013 g/片，結合成人一頓飯攝入的食物總量約600 g，思考、分析后，學生可得出少量的酶即可催化大量食物的分解，領悟酶的高效性。教師提示學生回憶上節課“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗，進一步加深對酶高效性的認識。

活動2：驗證淀粉酶的高效性。借鑒“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗思路，教師補充淀粉可被硫酸溶液催化分解。學生設計并完善方案如下：分別將1 mL 濃度為20%硫酸溶液（1 號試管）和淀粉酶溶液（2 號試管）加入2 mL 淀粉溶液中，利用碘液檢測淀粉的分解情況。根據圖3（見插頁2）的實驗結果，得出酶具有高效性的結論。

對于酶具有高效性的機理，教師可結合“酶降低化學反應活化能”的示意圖進行講解，幫助學生直觀理解機理。為更好地指導學生形成健康的生活方式，教師需指出雖然多酶片可高效催化食物分解，但適量飲食才是最可取的。

4.2.3 情境3：服用多酶片的注意事項是什么？ 教師引導學生思考服用多酶片時的注意事項，啟發學生圍繞溫度及pH 值對淀粉酶活性影響進行實驗探究。

活動3：探究溫度對淀粉酶活性的影響。學生通過思考，設計實驗方案：設置不同溫度梯度（0～100℃），分別將1 mL 在不同溫度下保溫處理的淀粉酶溶液加入2 mL 對應溫度處理的淀粉溶液中，利用碘液檢驗淀粉的分解情況。學生分析實驗結果（圖4，見插頁2，注：1～6 號試管對應的溫度分別為0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃），得出結論，即溫度偏高或偏低，酶活性都會明顯降低。

在此基礎上，教師展示淀粉酶活性（或酶促反應速率）受溫度影響的曲線圖，明晰酶的最適溫度，并指出溫度影響酶活性主要是對酶空間結構的影響，加深學生對結構與功能觀的理解，在此基礎上，引導學生得出多酶片不能用熱水送服，并進一步啟發學生得出低溫更適宜保存多酶片等酶制劑。

活動4：探究pH 值對淀粉酶活性的影響。組織學生設計并實施探究pH 值對淀粉酶活性的影響的實驗方案，結果見圖5（見插頁2，注：1～7 號試管分別對應的pH 值為4～10）。

教師展示淀粉酶活性受pH 值影響的曲線，啟發學生說出“多酶片不能與酸性藥物或食物同時服用”，講述并展示幾種酶的最適pH 值：胃蛋白酶為1.8、胰酶為7.0，為后續理解“多酶片不能碾碎后服用”作好知識鋪墊。

將本節課的重要實驗“影響酶活性的條件”置于“多酶片服用時的注意事項”的情境之中，可激發學生主動參與實驗探究，利用生物學研究思路解釋實際問題，提升科學探究與科學思維。

4.3 挖掘情境，反饋遷移 順沿情境主線，教師引導學生結合多酶片的結構模式圖（圖6）分析藥片進入消化道各段后各種酶釋放的大致過程。組織學生討論多酶片設計為4 層的原因。教師總結：一是為了使多酶片中的胃蛋白酶在胃內、胰酶在小腸中發揮催化相應食物成分分解的作用，并利用自制動畫展示該過程；二是為了使多酶片中的胰酶未到達小腸時，其活性不會受到胃液pH值的影響。啟發學生認識到多酶片進入小腸后，其中的胃蛋白酶的活性降低，甚至喪失，隨后被胰蛋白酶催化分解，深刻理解服用注意事項中“多酶片不能碾碎后服用”的生物學原理，實現知識的有效反饋、遷移、拓展。

圖6 多酶片結構模式圖

4.4 整合概念，小結提升 通過對上述教學環節的回憶、思考，請學生構建“酶的特性”的概念圖（圖7），教師進行評價，幫助學生建立良好的認知結構。

圖7 “酶的特性”的概念圖

小結：機體內含有幾千種酶，酶的高效性與專一性保證機體內的化學反應在溫和的條件下，既高效又有條不紊、互不干擾地發生。幫助學生提升對酶重要性的進一步理解，促進其對酶的特性更深層次的思考。

4.5 遷移應用，拓展思維 引導學生思考加酶洗衣粉中各種酶的作用及使用時的注意事項等，達成對酶的特性的反饋，并提示學生課后查閱酶在生產、生活中應用的事例，制成小報展示、交流。

5 反思與展望

選擇“多酶片的功效與服用注意事項”作為“酶的特性”一節的教學情境，并依據課程標準的要求、人教版新教材中的內容及學生認知邏輯，巧妙設計活動及問題，在情境中進行實驗探究與思維活動，幫助學生主動構建酶特性的概念，并通過精心設計的活動及問題，有針對性地幫助學生落實學科核心素養，效果較好。

在實際教學過程中，教師應重視創設恰當的真實情境，既要理解情境在激發興趣和深化思維等方面的重要價值；又要重視情境材料的取舍和呈現方式，有組織地開展具有學科特質的學習活動[4]。選擇與創設能貫穿課堂教學的情境，可使課堂教學呈現真實性、吸引性、邏輯性及整體性，學生可真正參與構建概念的課堂學習過程，使學科核心素養在課堂實踐中得到落實與提升。選擇與創設適合的情境，除了要合理、合邏輯，還要與學生的生活實踐及社會發展現狀緊密聯系，這些需要教師依據課程標準勇于創新、科學整合、多實踐。