探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中構(gòu)建生物學(xué)概念的初步研究

施陶峰

摘 要：《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》重點(diǎn)提及了對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)，也再次強(qiáng)化了概念教學(xué)。課堂教學(xué)中如何通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建生物學(xué)概念，從而更好地達(dá)到課堂教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)，是廣大高中生物教師應(yīng)當(dāng)研究的新課題。通過“酶”一課的教學(xué)嘗試在課堂上通過探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生構(gòu)建酶的基本概念。

關(guān)鍵詞：探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；生物學(xué)概念；生物教學(xué)

生物學(xué)教學(xué)過程中如何處理知識(shí)和能力的關(guān)系在教學(xué)實(shí)踐中一直困擾著教師，在新課標(biāo)再次強(qiáng)化概念教學(xué)時(shí)，如何理解和處理二者之間的關(guān)系也是教師關(guān)注的焦點(diǎn)。

一、問題的提出

生物學(xué)概念是中學(xué)生物學(xué)科知識(shí)的主要組成部分，是構(gòu)成生命科學(xué)理論體系的基本單位，因此，對(duì)概念的掌握和運(yùn)用是生物學(xué)教學(xué)過程的核心問題。同時(shí)，也應(yīng)該明確實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)教學(xué)中的重要地位，它是學(xué)生獲取生物知識(shí)的最有效手段之一，對(duì)學(xué)生整體素質(zhì)的提高起到了非實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法替代的作用。若能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行概念教學(xué)，則能二者兼顧。

課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)通過探究性學(xué)習(xí)掌握生物學(xué)的重要概念并形成生物學(xué)的基本素質(zhì)是新課標(biāo)的重大亮點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是探究性學(xué)習(xí)的主要形式，課標(biāo)中也相當(dāng)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)在概念中的重要作用，列舉的許多活動(dòng)建議大多是實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`活動(dòng)。這恰恰符合生物學(xué)科本身的特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際情況。

現(xiàn)行的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是由教師先講授知識(shí)，然后通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證已了解的知識(shí)。通常采用“告訴→驗(yàn)證→應(yīng)用”的教學(xué)模式，這種“照方抓藥”的模式有些傳統(tǒng)和固化。相比之下，探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)更能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析問題、解決問題的能力，有助于學(xué)生形成生物學(xué)概念，進(jìn)一步理解和鞏固生物學(xué)知識(shí)。以下是筆者以“酶”這一概念為例講述探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何構(gòu)建生物學(xué)概念。

二、教材分析

《酶》是《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 分子與細(xì)胞（必修1）》（浙科版）第三章第三節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)基本概念相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是其潛在的知識(shí)和能力要求比較高，教材中涉及了3個(gè)活動(dòng)內(nèi)容。掌握酶的有關(guān)概念，是日后學(xué)習(xí)光合作用、細(xì)胞呼吸等重要代謝過程的前提，是理解“影響光合作用的環(huán)境因素”“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的意義”等難點(diǎn)的關(guān)鍵突破點(diǎn)，也是開展選修1生物技術(shù)實(shí)踐“酶的研究與應(yīng)用”教學(xué)的鋪墊。教師利用教材資源，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ挠?xùn)練、生物學(xué)概念的掌握是非常必要的。

本節(jié)知識(shí)要點(diǎn)包括以下內(nèi)容：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機(jī)物（表明了酶的來源、功能、本質(zhì)）；酶具有高效性、專一性、需要適宜的條件等。酶的特性、有關(guān)影響酶條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生而言，要求較高，存在相當(dāng)大的困難。通過探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)來突破這一難點(diǎn)。

三、探究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中構(gòu)建生物學(xué)概念

1.通過經(jīng)典實(shí)驗(yàn)改編成的探究性實(shí)驗(yàn)明確生物學(xué)概念

科學(xué)是一個(gè)發(fā)展的過程。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，體會(huì)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。特別是科學(xué)史上的一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)更能反映出科學(xué)研究的基本方法和思維軌跡。教師通過對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)思維過程的剖析與解讀，以探究性實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)，學(xué)生能夠理解科學(xué)家的精妙與高超，對(duì)思維能力與材料分析能力的訓(xùn)練極為有效。

對(duì)于“酶的本質(zhì)”這一概念的理解，教師可以利用科學(xué)家在不同歷史時(shí)期的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)逐層剖析：18世紀(jì)末，人們一直認(rèn)為鳥類的胃只有物理性消化，而沒有化學(xué)性消化。斯帕蘭扎尼設(shè)計(jì)了一個(gè)怎樣巧妙的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了化學(xué)性消化的存在？斯帕蘭扎尼用裝在小籠里的肉喂鷹，得出胃液中有一種能消化肉的物質(zhì)。19世紀(jì)，巴斯德認(rèn)為酒精發(fā)酵是酵母菌細(xì)胞代謝活動(dòng)的結(jié)果，同時(shí)代的李比希則認(rèn)為，酒精發(fā)酵僅僅是一種化學(xué)反應(yīng)，與酵母菌的活動(dòng)無關(guān)，最多只需要酵母菌中某種物質(zhì)的參與而已，該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來結(jié)束巴斯德和李比希的爭(zhēng)論？學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)分為兩組，一組利用無細(xì)胞的酵母汁進(jìn)行酒精發(fā)酵，另一組不加無細(xì)胞的酵母汁直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察并分析結(jié)果。接著，介紹畢希納的實(shí)驗(yàn)，并引出其結(jié)論：促使酒精發(fā)酵的是酵母菌中的某種物質(zhì)——酶。隨后，薩姆納爾從刀豆中得到脲酶結(jié)晶，明白酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。接著，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)極少數(shù)特殊的酶是RNA。最終得出“大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA”這一生物學(xué)概念。由這些經(jīng)典的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不斷深入而理解概念的建立是一個(gè)逐步深化和完善的過程。在這種教學(xué)中，學(xué)生對(duì)概念的理解與掌握也經(jīng)歷了漸進(jìn)加深的過程，在能力和情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面同時(shí)得到了培養(yǎng)和熏陶。

2.通過探究性實(shí)驗(yàn)完善生物學(xué)概念

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生討論，所得出的問題與主題相關(guān)，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)掌握生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的知識(shí)、能力要求，并為他們的繼續(xù)教育甚至終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生對(duì)相應(yīng)概念的理解與掌握更主動(dòng)，并真正體會(huì)其實(shí)質(zhì)。

體外糖的氧化要在劇烈的條件下才能發(fā)生，而生物體內(nèi)糖的氧化能在溫和的條件（如人的體溫為37℃左右）下進(jìn)行，是因?yàn)樯矬w內(nèi)的反應(yīng)都是在酶的作用下進(jìn)行的。那么，酶具有什么特性呢？教師可引入一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)：探究過氧化氫酶與MnO2對(duì)過氧化氫的催化效率。首先選擇材料和器具：量筒、試管、滴管、衛(wèi)生香、過氧化氫溶液、雞肝勻漿和MnO2。然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：步驟1——取兩個(gè)試管，編號(hào)后（1號(hào)、2號(hào)）各加入2%的過氧化氫溶液3ml。步驟2——1號(hào)試管中加入雞肝勻漿少許，將試管口塞上橡皮塞。步驟3——2號(hào)試管中加入MnO2少許，將試管口塞上橡皮塞。步驟4——觀察兩個(gè)試管中發(fā)生的變化。步驟5——打開兩個(gè)試管的橡皮塞，用帶火星的衛(wèi)生香放在試管口，觀察現(xiàn)象。其結(jié)果是——1號(hào)試管的衛(wèi)生香復(fù)燃，并劇烈燃燒；2號(hào)試管的衛(wèi)生香復(fù)燃，但不劇烈。根據(jù)這一結(jié)果分析后可得出：過氧化氫酶的催化效率比MnO2催化效率高，即“酶具有高效性”。

酶的催化效率如此高效，那么酶是不是就是萬(wàn)能的了？一種酶是不是可以催化所有的化學(xué)反應(yīng)呢？教師不妨再進(jìn)行一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)：比較唾液淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的作用。通過這個(gè)探究性的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。進(jìn)而得出結(jié)論：酶具有專一性。酶需要適宜條件的探究性實(shí)驗(yàn)也可如上述步驟開展，分析，得出酶需要適宜的條件，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫均使酶不可逆地失活。

通過上述一系列的探究實(shí)驗(yàn)得出酶是有機(jī)物（大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA）、酶催化作用效率高于無機(jī)催化劑及酶催化作用的條件等概念的同時(shí)，學(xué)生對(duì)“酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物”這一概念也會(huì)有更深刻、更全面的認(rèn)識(shí)，完善他們對(duì)“酶”已有的認(rèn)知。

生物學(xué)概念很多是知識(shí)性概念，這些概念的獲取需要借助思維。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過歸納，學(xué)生通過推理而最終得出結(jié)論，再將該結(jié)論推廣應(yīng)用到其他情境中，也就獲得了概念。同時(shí)，在探究過程中需要培養(yǎng)的6種能力也得到了培養(yǎng)，避免了死記硬背式的灌輸，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提高，學(xué)習(xí)的實(shí)效性增強(qiáng)。

四、教學(xué)體會(huì)

在本課內(nèi)容的教學(xué)中，先通過在課堂上分析眾多科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)母木帲鸩降贸雒傅谋举|(zhì)；再設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)分析得出酶的專一性、高效性和需要適宜的條件這一系列的生物概念，進(jìn)一步完善酶的概念。讓學(xué)生真正從“聽和背”中解脫出來，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”。正如孔子所說的：如果你講給我聽，我會(huì)忘記；如果你做給我看，我會(huì)記住；如果你帶我一起做，我會(huì)理解。因此，在探究性實(shí)驗(yàn)過程中構(gòu)建生物學(xué)概念不失為知識(shí)獲取和能力培養(yǎng)的有效方法。

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編輯 薄躍華