“酶的作用和本質(zhì)”一節(jié)的探究式教學(xué)設(shè)計

謝榮恒　李小玲

摘 要 敘述了采取探究式教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生開展實驗、觀察、閱讀、思考與討論，使學(xué)生獨立探索，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)原理和結(jié)論，從而培養(yǎng)學(xué)生的多種能力。

關(guān)鍵詞 酶 探究式 教學(xué)設(shè)計

中圖分類號 G633.91 文獻標(biāo)志碼 B

1 教材分析

“酶的作用和本質(zhì)”是人教版高中生物“分子與細胞”中第五章第一節(jié)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”的內(nèi)容。能量是保證生命活動進行的必要條件，細胞需要通過代謝活動獲得能量。細胞代謝是細胞內(nèi)全部化學(xué)反應(yīng)的總稱，是細胞獲得所需能量和物質(zhì)的基礎(chǔ)。生物化學(xué)反應(yīng)之所以能在常溫常壓下進行，這是因為酶發(fā)揮了重要作用。因此，酶是細胞代謝必不可少的物質(zhì)。學(xué)習(xí)酶的作用和本質(zhì)，有助于理解井然有序的細胞代謝過程，有助于理解細胞呼吸和光合作用等。

學(xué)生在前面幾章已經(jīng)學(xué)習(xí)了“組成細胞的分子”“細胞的基本結(jié)構(gòu)”，了解了生命活動的主要承擔(dān)者是蛋白質(zhì)，細胞內(nèi)各種細胞器能協(xié)調(diào)配合完成一系列生理活動。所以學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)知識，既能加深對“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”的理解，又能促進學(xué)生深入了解細胞內(nèi)各種生命活動有序進行的原因，為學(xué)習(xí)“細胞的生命歷程”“遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯”“細胞的穩(wěn)態(tài)”等，打下良好的基礎(chǔ)。

本節(jié)內(nèi)容的重點是酶的作用、控制變量的科學(xué)方法和酶的本質(zhì)；難點是酶加快反應(yīng)速率的原理。為了突出本節(jié)教學(xué)的重點，筆者采取探究式教學(xué)方式，即引導(dǎo)學(xué)生通過實驗、觀察、閱讀、思考、討論，獨立探索，從而自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)原理和結(jié)論。探究酶的作用采取分組、設(shè)置對照實驗方法進行，讓學(xué)生動手操作、動眼觀察、動腦思考，得出酶有催化作用的結(jié)論，從而理解自變量和因變量的含義，說明控制變量的科學(xué)方法。探究酶的本質(zhì)采取材料分析的方法，安排學(xué)生閱讀、討論，最后總結(jié)、歸納酶是蛋白質(zhì)及其他有機物的定義。為突破本節(jié)內(nèi)容的難點，教師安排學(xué)生觀看，模擬物體通過“門坎”過程的動畫。學(xué)生通過觀察與思考，得出酶作用的原理即“降低化學(xué)反應(yīng)活化能”的結(jié)論。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo)

說出細胞代謝的概念；說明酶在細胞代謝中的作用和本質(zhì)。

2.2 能力目標(biāo)

通過有關(guān)的實驗與探索，學(xué)會控制自變量、觀察和檢測因變量的變化，能夠設(shè)置對照實驗；通過自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)推理、比較、分析、歸納和概括等能力。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)

通過分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的資料，認(rèn)同科學(xué)是在不斷觀察、實驗、探索和爭論中發(fā)展的；通過小組討論、合作與交流，培養(yǎng)探索精神和合作意識；促進形成崇尚科學(xué)、堅韌不拔的優(yōu)秀品質(zhì)。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課

教師展示多酶片、生物酶牙膏、溶菌酶、加酶洗衣粉等圖片，并提出問題：“圖中的商品大家耳聞目睹或者使用過嗎？”（學(xué)生回答略）

師：這些商品都離不開“酶”字，可見酶與人們的日常生活聯(lián)系緊密。在生物體內(nèi)，也有大量的酶存在，這些酶有什么作用？它的本質(zhì)又是什么？（由此引入課題：酶的作用和本質(zhì)）

3.2 酶在細胞代謝中的作用

3.2.1 引出細胞代謝的概念

師：何為細胞代謝？于細胞而言，能量的獲得和利用都要通過化學(xué)反應(yīng)。如綠色植物的葉肉細胞獲得能量的方式——光合作用，包含一系列的化學(xué)反應(yīng)。細胞中每時每刻進行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細胞代謝。

3.2.2 開展“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗

教師講述，提出問題：細胞代謝除了產(chǎn)生相應(yīng)的能量和物質(zhì)，也會產(chǎn)生一些毒副產(chǎn)品。如過氧化氫是一種強氧化劑，在人體內(nèi)積累會造成DNA損傷，并且加速人體的衰老。幸運的是細胞內(nèi)有過氧化氫酶，可以將過氧化氫及時分解為水和氧氣。過氧化氫酶真能分解過氧化氫？它能否在體外發(fā)揮作用呢？與其他條件相比，其作用效果有無差異？由此引導(dǎo)學(xué)生分組進行實驗：比較過氧化氫溶液（體積分?jǐn)?shù)為3%）在常溫、90℃高溫、加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液、加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的新鮮豬肝研磨液（含過氧化氫酶）4種條件下的分解情況，并將實驗結(jié)果填入表1。

學(xué)生分組實驗完成后，各小組交流表格內(nèi)容，并思考。然后，教師用課件展示實驗結(jié)果，并引導(dǎo)學(xué)生歸納、概括出酶的作用是催化反應(yīng)。

3.2.3 學(xué)習(xí)控制變量的科學(xué)方法

教師聯(lián)系實際，促進學(xué)生理解相關(guān)概念：上述實驗過程中，可以變化的因素稱為變量。其中人為改變的變量稱為自變量，如上述實驗中催化劑的種類（氯化鐵溶液、肝臟研磨液）和溫度。隨著自變量的變化而變化的變量稱為因變量，如實驗中過氧化氫的分解速率。因變量都是通過一定的觀測指標(biāo)來衡量的，過氧化氫的分解速率用氣泡產(chǎn)生速率來衡量。除自變量外，實驗中還存在一些對實驗結(jié)果造成影響的可變因素，稱為無關(guān)變量，如實驗中過氧化氫溶液的用量。要得出科學(xué)結(jié)論，必須控制好無關(guān)變量，上述實驗中過氧化氫的量必須一樣多。

師：俗話說，“有比較才有鑒別”。要得出科學(xué)結(jié)論，還需遵循對照原則。除一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗叫對照實驗。上述實驗中，只有催化劑是改變的，其余因素都沒有變化。對照實驗都必須設(shè)置對照組和實驗組。如上述實驗中的1號試管是對照組，2、3、4號試管是實驗組。對照實驗除了要觀察的變量外，其他變量都應(yīng)始終保持相同。

3.2.4 學(xué)習(xí)酶作用的原理

教師先引出活化能的概念，然后以一組動畫為學(xué)生揭示奧秘：反應(yīng)物分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能。加熱、氯化鐵、過氧化氫酶都可以加快化學(xué)反應(yīng)，但其原理不相同。

師：分子達到活躍狀態(tài)就像經(jīng)過一道“門坎”。在自然條件下，能達到活躍狀態(tài)的分子很少，所以反應(yīng)速率慢。加熱能使反應(yīng)物分子獲得能量，分子跳得更高更快，部分能越過“門坎”。這意味著較多分子能達到活躍狀態(tài)，故加熱能使反應(yīng)速率加快。氯化鐵、過氧化氫酶則能降低“門坎”的高度，從而使能量較低的分子也能越過“門坎”，參與化學(xué)反應(yīng)。過氧化氫酶降低“門坎”的幅度更大，參與化學(xué)反應(yīng)的分子更多，速率更快。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析、思考并得出結(jié)論：氯化鐵、過氧化氫酶都未提供能量，它們加快反應(yīng)速率的原理是“降低了化學(xué)反應(yīng)活化能”。其中酶的效果更顯著，催化效率更高。正因為有酶的作用，細胞代謝才能在溫和條件下快速進行。

3.3 學(xué)習(xí)酶的本質(zhì)

教師提供資料，追溯歷史：生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)都需要酶的參與。初中學(xué)習(xí)過人類的白化病是因為患者體內(nèi)不能合成酪氨酸酶，從而導(dǎo)致皮膚中缺乏黑色素。人類對酶的探索是從什么時候開始的呢？這可以追溯到1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭扎尼做了一個有趣的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下。過一段時間后，把小籠子取出，發(fā)現(xiàn)肉塊消失了。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：

（1） 把肉塊放在金屬籠內(nèi)的目的是什么？（學(xué)生：排除胃壁收縮對肉塊的物理性消化）

（2） 肉塊為什么會消失呢？（學(xué)生：一定是發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使肉分解）

師：當(dāng)時，斯帕蘭扎尼并不清楚起消化作用的物質(zhì)是什么，但他的工作卻為人們研究提供了方向。后來，經(jīng)過眾多科學(xué)家多年的努力，人們對酶的本質(zhì)才有了較全面的認(rèn)識。酶究竟是什么物質(zhì)呢？它的本質(zhì)又是怎樣被揭示出來的呢？

學(xué)生自主閱讀教材P81～P82上“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的內(nèi)容，并完成學(xué)案（表2）。

教師安排學(xué)生討論、交流學(xué)習(xí)成果，并要求給“酶”下定義：酶是具有催化能力的蛋白質(zhì)或其他有機物。

3.4 課堂練習(xí)，檢測反饋（略）

4 教學(xué)反思

采取探究式教學(xué)法教學(xué)，教師在整個教學(xué)過程中擔(dān)當(dāng)組織者和指導(dǎo)者，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體。因此，學(xué)習(xí)主動積極的學(xué)生，始終處于一種亢奮與思維活躍的狀態(tài)，充分激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，能收到較好的教學(xué)效果。不過，要真正駕馭好課堂，并不是一件簡單容易的事，這與教師的經(jīng)驗和提前預(yù)設(shè)有關(guān)。對于閱歷不太豐富的教師來說，認(rèn)真?zhèn)湔n、提前預(yù)設(shè)顯得尤為重要，這是上好本節(jié)課的關(guān)鍵。探究式教學(xué)以解決問題為中心，教學(xué)過程中開發(fā)學(xué)生的智力，挖掘?qū)W生的潛能，培養(yǎng)多種能力，包括探究能力、動手能力、觀察能力、分析與綜合能力、小組合作能力等，這將為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和工作奠定好的基礎(chǔ)。此外，教學(xué)設(shè)計將開篇的“問題探討”放在“酶的本質(zhì)”內(nèi)容里，這樣會使學(xué)生更加明確科學(xué)是一個漫長發(fā)展的過程，同時也增強了該內(nèi)容的系統(tǒng)性。教師在課尾，安排鞏固練習(xí)，并當(dāng)堂檢測，不但加深了學(xué)生對本節(jié)知識的理解，更加鞏固所學(xué)知識，而且還可以檢驗、反饋教學(xué)效果。