高中生物學課堂上如何開展科學方法教育

高中生物學是一門科學知識體系完善的學科。在高中生物學教學中，教師除了注重學生對知識的掌握和技能的訓練，更應重視對學生進行科學方法的教育，使學生能夠掌握科學研究的方法，培養其良好的科學思維和創新意識。本文以“酶的作用和本質”為例，從“創設情境，激發學生的探究興趣；設計實驗任務，小組合作探討；學生展示交流；總結實驗方法，滲透科學精神；拓展提高，培養學生的科學精神”五個方面闡述了高中生物學教學中開展科學方法教育的有效策略，旨在為一線教師在高中生物學教學中更好地開展科學方法教育提供參考。同時也希望能夠激發學生學習生物學課程的興趣，提高學生的綜合素質，培養學生良好的科學素養。在教學過程中，高中生物學的科學方法教育可以概括為兩個方面：一是高中生物學學習中特有的科學方法，這些方法主要用于一些實驗，如同位素標記法、差速離心法分離細胞器等。二是科學研究方法，主要用于高中生物學學習的一般方法，可以解決高中生物學的大部分問題。本文主要研究高中生物學的一般科學方法。

一、分析教材內容，明確教學目標

（一）分析教材內容

教材是學生學習知識的重要來源，教師應該對教材內容進行分析。本課是高一必修一第五單元第一節的內容，這一部分的知識點主要包括：酶的概念和作用、酶的種類和來源、酶的化學本質、酶的作用機理、酶的特性、影響酶活性的因素，這一節的內容是后續學習的基礎，可以為后面光合作用、呼吸作用的知識學習奠定堅實的基礎。在學習過程中，教師還需要設計一定的實驗探究活動，幫助學生在理解知識的基礎上，明確科學方法的重要性。

（二）學情分析

經過前面章節內容的學習，學生已經初步認識了酶的催化作用，但是酶的特性、作用、本質還沒有接觸。經過初中的學習，高一學生已經具備了一些生物學學習的方法和基礎，但是運用實驗探究、生物學史料分析的科學分析方法還未進行深入學習。因此，在本課的設計中，教師需要運用科學方法去分析實驗原理，幫助學生更加深刻地理解所學知識，進一步提高學生的觀察能力和描述能力，積累實驗操作的經驗，培養學生的科學素養。

（三）教學目標

1.科學思維：通過對馬鈴薯完整組織和破損組織中的酶促褐變現象的比較，推理出酶的存在部位，并意識到科學的理論是在不斷的探索和爭論中發展前進的，幫助學生發展科學思維。通過閱讀分析“關于酶本質的探索”的資料，闡明大多數酶的化學本質是蛋白質的事實，認同科學是在不斷探索和爭論中前進的。

2.生命觀念、科學探究：通過比較過氧化氫在常溫、MnO2、過氧化氫酶催化條件下的分解速率及反應原理，能說明酶在細胞代謝中的作用、機理及催化效率。通過觀察并分析實驗現象，初步學會控制變量和設計對照實驗。

3.結合所學知識和生活經驗，通過小組合作學習、生活體驗、探究實驗、資料證據，建立酶的概念，并能運用概念對果蔬褐化現象提出緩解措施。培養學生的批判性思維、發散性思維、創造性思維；提高學生解決問題的能力；增強學生的合作精神，使其體會到合作的快樂。

（四）教學重難點

理解酶的作用和本質；探究實驗中控制自變量、觀測因變量、控制無關變量，設置對照組。

（五）總體設計教學思路

二、教學過程

（一）創設情境，激發學生的探究興趣

興趣是學生學習的動力。在生物學教學中，教師要善于創設問題情境，激發學生的探究興趣。具體而言，對于一些抽象的問題，如果教師直接講述，學生將難以理解；如果教師運用材料創設問題情境，讓學生根據材料進行探究，就可以使學生更好地理解生物學知識。

教師活動：為了讓學生更好地掌握酶的定義，教師可以為學生呈現兩個馬鈴薯，一個是放置了一段時間的完整馬鈴薯，一個是切開后的馬鈴薯，讓學生比較二者的褐變情況（PPT展示）。學生結合自己的生活經驗，很容易發現切開后的馬鈴薯褐變更嚴重，再根據之前閱讀課本得知，酶存在于細胞內。教師引導學生思考：酶的作用是什么？

（二）設計實驗任務，小組合作探討

【任務一】探究酶的作用

教師活動：針對教學目標，提出實驗計劃，并為學生說明對照實驗中的比變量問題以及如何設置對照。依據實驗計劃是否可行，提出了初始實驗方案中出現的問題，并給出解決方法：以褐藻酸鈉為載體進行酶固定化。通過改進過氧化氫酶—海藻酸鈣球對其進行探索性實驗，通過觀察實驗，歸納總結實驗的結果。

學生活動：學生在學習對照實驗的基礎上，完成以下學習任務單。

【任務二】比較酶與無機催化劑的催化效率

基于任務一中控制變量和設計對照實驗的講解，學生利用教師提供的實驗材料和創新實驗裝置（圖2）嘗試設計探究實驗，比較過氧化氫和MnO2的催化效率。在學生完成實驗設計后，教師呈現自己設計的方案并播放演示視頻，引導學生分析實驗結果并得出實驗結論：與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。

【設計思路】引導學生對問題進行思考，并體驗科學家探索真理的過程，逐步培養學生的科學思維。

【任務三】分析酶的作用機理

教師活動：PPT展示化學反應過程中能量變化圖（見圖3），幫助學生理解活化能的概念，再提供無催化劑、有無機催化劑和有酶催化的條件下活化能的差異（圖4），理解酶能降低化學反應活化能。

【設計思路】教師引導學生在實驗過程中掌握實驗的原理和方法，并能概括出科學方法在實驗過程中的具體運用，從而幫助學生觀察、記錄、分析、歸納和總結實驗現象，得出相應的實驗結論，讓學生的科學思維和科學素養能夠在實驗過程中生根發芽。

【任務四】教師引導學生思考，具有高效催化作用的酶究竟是什么物質？該如何證明？依據酶存在于細胞內，有些蛋白質具有催化功能，化學本質可能是蛋白質，可用雙縮脲試劑進行鑒定。教師呈現雙縮脲試劑與過氧化氫酶反應的實驗結果（圖5），觀察到溶液變紫色，說明過氧化氫酶是蛋白質。教師繼續追問，那酶都是蛋白質嗎？僅根據過氧化氫酶是蛋白質，無法得出酶全是蛋白質的結論。對此，教師補充關于酶本質的探索歷程，幫助學生理解大多數酶是蛋白質的事實。

【任務五】關于酶本質的探索

教師活動：根據教材上的資料，為學生創設具體的問題情境，讓學生通過閱讀教材中“關于酶本質的探索”，在了解資料后，緊接著提出問題：“科學家為什么會發現酶呢？你能根據資料提出猜想嗎？并通過閱讀教材分析這個猜想是否成立？你打算怎么進行實驗驗證？你認為科學家為什么會發現酶呢？”

學生活動：認真閱讀教材內容，并回顧科學探索史，分析總結資料，并對科學家的觀點進行比較學習，梳理每位科學家的實驗思路，并對其進行比較學習，領悟科學家在發現過程中表現出來的精神，并完成表格（見表2）。

【設計思路】通過創設的問題情境，學生可以產生疑問與探究欲望。教師可以引導學生對這些問題進行思考與探究。這樣既可以使學生更好地理解這些內容，又可以讓學生體會到探究過程的重要意義。

【任務六】基于前面的學習，在學生對酶具備了一定的認知下，讓學生提出緩解果蔬酶促褐變的措施，實現對“酶”概念的遷移，加深對概念內涵與外延的理解。

（三）學生展示交流

學生對實驗過程和實驗結論進行交流探討。

組一代表：我們在設計實驗方案時應該從以下五個方面開展：一是設置實驗問題，即提出研究問題；二是提出假設，即對問題進行假設；三是制訂計劃，即根據提出的問題制訂實驗計劃；四是設計實驗方案，即根據實驗計劃設計實驗方案；五是開展實驗。

組二代表：我們組在做實驗的過程中發現，通過對實驗過程和實驗結論進行分析可以得出：在科學研究中，觀察是非常重要的一種方法。在觀察過程中發現：在一個實驗中，如果想要觀察到某個現象發生后一段時間內的變化情況，最好的辦法就是在第一次觀察時就進行記錄。觀察不僅是為了獲得對事物的認識和了解，還是為了獲取知識、掌握規律。

【設計思路】在展示實驗結果的過程中，教師引導學生對實驗設計過程和實驗過程進行分析和總結，讓學生不僅能掌握相應的知識，還能感受到科學方法在具體實驗過程中的運用，讓學生能在學習過程中獲得知識、能力和素養的提升，為學生的全面發展奠定堅實的基礎。

（四）總結實驗方法，滲透科學精神

在學生完成相關知識的學習后，教師要引導學生進行總結與反思。學生可以獨立總結，也可以和其他同學一起完成。教師要引導學生將本節課所學的知識和方法運用到日常生活中，學以致用。另外，教師還可以在總結的基礎上對本節課所學的知識進行拓展，從而使學生獲得更好的發展。教師還可以和學生一起構建本節課的知識框架（見圖6）。

在“酶的作用和本質”一節中，我們已經學習了酶的發現過程，還學習了探究實驗的一般步驟，筆者也引導學生對本節課的科學精神進行了回顧總結：如設置實驗問題、提出假設、制訂計劃、設計實驗方案等。在這一步中包括了科學方法和實驗操作，而學生在探究酶的發現過程中，又經歷了科學研究的一般步驟。在科學研究的一般步驟中，主要有提出問題、假設、設計實驗方案、探究實驗等幾個部分。教師可以讓學生總結出每部分的重要性，如提出問題是一個非常重要的環節，可以激發學生思考問題、探究問題、解決問題的欲望。提出假設：假設是指在進行科學研究前，所做的一系列準備工作，它可以引導學生去發現問題和尋找解決問題的方案。設計實驗方案是科學研究中非常重要的一個環節，它可以讓學生了解科學研究過程中所需采取的具體方法和步驟。

【設計思路】教師可以讓學生再次回顧探究實驗的一般步驟和方法，并嘗試運用這些方法去解決相關問題。教師可以讓學生把探究實驗過程中所用到的科學研究方法進行歸納與總結，從而加深學生對科學研究一般步驟和方法的理解。

（五）拓展提高，培養學生的科學精神

教師可以為學生設計課后作業，在鞏固學生所學知識的同時，讓學生將科學精神運用到實際過程中，并掌握科學方法。

三、總結

在高中生物學教學中，教師不僅要注重對學生知識技能的培養，還應該注重對學生科學方法的培養。通過探究活動，學生能夠掌握科學研究的基本方法，形成良好的科學思維和創新意識，具備科學研究的基本素質。同時，探究活動能夠提高學生的社會責任感和使命感，使學生能夠把學到的科學知識用于實踐，用來解決實際問題。高中生物學教師不僅要讓學生掌握生物學知識和技能，還應培養其良好的科學素養。在實際教學中，教師可以通過創設問題情境、分析教材內容、引導自主探究、組織小組討論、總結歸納規律、總結拓展提高等教學方法來培養學生良好的科學素養。

總之，在高中生物學教學中開展科學方法教育，是一項長期而艱巨的任務。教師在教學中要不斷更新教育理念和觀念，創新教學方法和策略。同時也希望廣大生物學教師能夠不斷學習新知識、新理念、新方法，不斷提升自身的專業素養和業務水平。只有這樣才能在教學中發揮自己的聰明才智，為學生傳授更多的知識技能，培養學生良好的科學素養和創新能力。

（作者單位：甘肅省榆中縣第二中學）

編輯：趙文靜