学科核心素养下的“酶的特性”实验教学

学科核心素养 下 的“酶的特性”实验教学

万景 

（ 盘州市第十二中学 贵州六盘水 553501 ）

摘要：本文基于生活中的现象开展科学探究实验，通过探究实践活动认同酶具有专一性，高效性和作用条件温和的特点。在实验中体验科学探究的一般流程，从而培养学生科学思维和科学探究的生物学科核心素养。本文通过系统的对高中生物课程中涉及的科学思维能力相关的实例的梳理，形成教学案例，对于完善高中学生高中学生生物课程教学体系；有针对性的培养高中学生科学思维能力有重要意义。

关键词 酶的特性；科学探究；科学思维；教学设计

中图分类号：G84

科学思维作为核心素养的重要组成方面，如何在生物课堂中渗透核心素养却没有一个完整的实施办法。生物学是一门实验性学科，实验能系统地训练学生的思维能力、动手能力、操作能力和团队合作能力，培养学生实事求是的科学态度，因此生物实验是培养学生创新精神的最好途径。

1 教材分析及设计思路

本节教学内容是人教版2019年普通高中生物学必修一《分子与细胞》，第五章第1节“降低化学反应活化能的酶”第二课时。课程标准中建议：通过开展实验探究酶催化作用的高效性和专一性，探究温度、pH等因素对酶活性的影响，认识酶的作用特性以及影响酶作用的因素，进而理解酶在细胞内的物质和能量转变中的地位和作用。通过第一课时对“酶的作用及本质”的学习，学生具备了一定的设计实验及分析变量的能力。本节课以生物学实验为载体，以科学思维为工具，在学生获取事实证据、批判性思考实验结果的过程中理解酶的特性。

2 教学过程

2.1 创设情景，导入新课

学生观看新闻“英国科学家合成酶的工具箱，大幅提高塑料的降解效率”，引导学生思考：塑料制品在自然状态下分解的速率很慢，为什么人们就想到了用酶来催化分解呢？为什么科学家的设计思路是制造出包含各种酶的工具箱来分解不同塑料制品呢？

2.2 设计实验，自主探究酶的高效性与专一性

探究活动一：现有三瓶棕色试剂，编号为1-3，其中一瓶为土豆研磨液，另外两瓶试剂中无过氧化氢酶，请同学们根据所给材料（3% H₂O₂溶液、试管、量筒、滴管等）设计并进行实验，确定哪瓶试剂是土豆研磨液。

活动1：以小组为单位讨论以下3个问题，实验的自变量是什么，你将怎样进行分组？实验的因变量是什么，怎样观察或检测因变量？怎样排除无关变量对实验结果的干扰？并以此为基础讨论写出本实验的具体操作步骤，小组间进行交流。

活动2：根据各组所确定的实验方案进行实验，观察实验结果，得出实验结论，并在全班进行展示。

进一步思考：三瓶试剂依次是FeCl₃溶液，土豆研磨液（H₂O₂酶）和淀粉酶溶液，引导学生对比1、2试剂的实验现象体会酶的高效性，对比2、3试剂的实验现象体会酶具有专一性。教师进一步给出相应图片资料，明确酶具有高效性与专一性的原因。

思维延伸：给出两段资料，如果消化道内没有酶参与消化作用，在37.5℃下，消化一顿简单午餐大概需要50年；由于酶的存在，即使脑细胞中每秒所发生的化学反应达10万次以上，细胞内的代谢活动仍然有条不紊的进行。引导学生体会酶高效性与专一性的意义，即保证了生物体化学反应的高效、有序进行。

2.3 设计实验，体会影响酶活性的常见因素

引导学生观察上一个实验中试剂2（土豆研磨液）的颜色，介绍土豆研磨液之所以颜色变化是由于土豆破碎细胞中的酚类物质在空气中被多酚氧化酶催化产生大量的醌类物质，进而使植物细胞变成褐色。结合生活常识中冷水、热水、加醋处理可以防止土豆变色，学生提出问题：改变温度或酸碱度可以影响酶的活性吗？

探究活动二：根据所给实验材料：2cm×1cm×3mm土豆块若干（浸泡在蒸馏水中）、pH≈2 HCl 溶液、pH≈13 NaOH 溶液、 热水、冷水、温水、pH≈2 H₂O₂溶液、pH≈13 H₂O₂溶液、3% H₂O₂溶液、试管、量筒、滴管、镊子，设计并实施探究性实验“影响酶活性的常见因素”。

活动1：以“pH对酶活性的影响”为题，先分析实验中的相关变量，选择合适的实验材料，小组讨论写出本实验的具体操作步骤，最后小组间进行交流，修改本组的实验方案。

活动2：根据各组讨论，确定本实验的实验方案如下：选取相同数量的土豆块分别放入pH≈2 HCl 溶液、pH≈13 NaOH溶液中处理5分钟，取三支试管编号1-3，1号试管加入2ml pH≈2 的H₂O₂溶液，2号试管加入2ml pH≈13 的H₂O₂溶液，3号试管加入2ml 3% H₂O₂溶液（pH接近中性），取经酸处理的土豆块放入1号试管，取经碱处理的土豆块放入2号试管，取蒸馏水中的土豆块放入3号试管，观察并记录各试管中的气泡产生情况。学生按实验方案进行实验，观察实验结果，总结实验结论，并进行展示。

进一步思考：1号与2号试管中几乎没有气泡说明此时酶的活性怎样？造成其活性丧失的原因又是什么？若将其用pH为中性溶液处理酶活性是否能够恢复？若想进一步探究酶的最适pH又应该如何改进实验？

设计意图：引导学生体会探究性实验的一般流程，培养学生的科学探究能力。结合对实验结果的分析获取“pH 对酶活性有影响”的直接经验，并进一步思考产生此现象的原因，发展结构与功能观。由定性实验拓展到探究酶的最适pH的定量实验，结合pH与酶活性关系曲线的分析，发展学生的科学思维。

3 教学反思

在授课过程中始终坚持以学生为主体，学生在设计实验方案、进行实验操作、批判性分析实验结果的过程中发展了科学思维，提升了学生获取信息能力和实验探究能力，形成了“结构与功能相适应”的生命观念，最后在学习过程中注重渗透科学研究密切影响人类健康的社会责任意识，达到全方位发展学生生物学科核心素养的目的。在教学过程中，训练学生的科学思维能力，创造性地构建了高中生物高中学生科学思维能力教学案例建设，制定了教学案例素材标准，完善了高中生物课程学生科学思维的培养方案、实践教学大纲和教学内容。教师在组织教学中，联系生活实践引发学生思考，实验教学活动和科学家探究实验的经历，增加探究生命科学的兴趣，同时掌握科学探究的基本思路和方法运用于生活实践。

参考文献：

1. 吴琳.高中生物核心素养中科学探究能力培养与提升对策探究[J].考试周刊,2021(29):139-140.

2. 谢楚芳.基于科学探究思维培养的高中生物实验教学途径[J].新课程,2021(12):140.

[3]武莉娟.基于科学探究能力的思维导图在高中生物教学中的应用策略与思考[J].吉林教育,2021(09):56-57.

万景（1992-）本科，盘州市第十二中学，研究方向：高中生物教育教学教改