導(dǎo)“酶”的“實驗犯錯”

陸奇 孫晶晶 張煥紅

美國著名的教育心理學(xué)家桑代克的“試誤說”認(rèn)為學(xué)習(xí)的過程是一種漸進的嘗試錯誤的過程。在這個過程中，無關(guān)的錯誤的反應(yīng)逐漸減少，而正確的反應(yīng)最終形成。

“酶與酶促反應(yīng)”是蘇教版高中生物學(xué)教材《必修1·分子與細(xì)胞》第四章第一節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容在高中課標(biāo)中要求是說明酶在代謝中的作用。教學(xué)目標(biāo)之一是進行有關(guān)的實驗和探究，學(xué)會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設(shè)置對照組等。為了達到以上目標(biāo)，筆者利用桑代克的“試誤說”作為理論依據(jù)，通過“設(shè)計活動讓學(xué)生出錯一教師設(shè)問引發(fā)認(rèn)知沖突一學(xué)生修正結(jié)論和方案”作為教學(xué)方法，圍繞“酶的作用和特性”內(nèi)容展開教學(xué)，讓學(xué)生在獲取知識的同時，增強其科學(xué)實驗的設(shè)計、實施和評價能力。

1 利用“實驗設(shè)計錯誤”引導(dǎo)學(xué)生探究酶的作用和高效性

掌握實驗設(shè)計相關(guān)原理是本節(jié)課重要的教學(xué)目標(biāo)，但是相關(guān)原理比較抽象，學(xué)生理解掌握有一定的難度。教師講解H202分解的化學(xué)反應(yīng)式和反應(yīng)條件，介紹H202酶相關(guān)知識，提供相應(yīng)的實驗材料，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計“驗證酶具有催化作用”的實驗。表1是學(xué)生常見的設(shè)計錯誤。

教師以此進行設(shè)問：①本實驗?zāi)芊衲苷f明酶能夠起到催化作用？②新設(shè)置的對照實驗加入的藥品應(yīng)注意什么？③本實驗的自變量、因變量和無關(guān)變量分別是什么？④對照組和實驗組的設(shè)計應(yīng)遵循什么原則？

學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計，對照教師的設(shè)問，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，認(rèn)識到要驗證酶具有催化作用，必須與不加酶的實驗進行對照。設(shè)置對照實驗時要注意加入的H202溶液濃度和量要與實驗組相同，并且要加入等量的無酵母菌的培養(yǎng)液，保證反應(yīng)體積一致，兩組實驗反應(yīng)條件也應(yīng)該相同。根據(jù)以上討論，學(xué)生可以總結(jié)并理解實驗的自變量、因變量和無關(guān)變量，實驗設(shè)計時的對照原則、單一變量原則也深入人心。在此基礎(chǔ)上，教師可順勢組織學(xué)生設(shè)計實驗驗證酶具有高效性。

2 利用“實驗材料選擇錯誤”引導(dǎo)學(xué)生探究酶的專一性

探究酶是否具有專一性時，教師可提供下列實驗材料：蔗糖溶液、淀粉溶液、蒸餾水、蔗糖酶溶液、淀粉酶溶液、斐林試劑、碘液等試劑。學(xué)生可選擇合適的藥品設(shè)計實驗。

學(xué)生通過試誤后，會選擇兩種底物和一種酶作為實驗試劑或者兩種酶和一種底物作為實驗試劑。但在選擇鑒定試劑的時候，學(xué)生往往會不加思索地選擇斐林試劑或碘液中的任意一種。這時，教師可以利用學(xué)生鑒定試劑的選擇錯誤進行追問：選擇碘液能否鑒定出糖被相應(yīng)的酶分解了？很快，學(xué)生會修正錯誤：碘液能鑒定淀粉是否被酶水解，而不能鑒定蔗糖是否被酶水解，所以應(yīng)該選擇斐林試劑進行檢測。實施實驗后，教師總結(jié)酶的專一性的含義、原理以及意義，使學(xué)生產(chǎn)生深刻的印象。

3 利用“操作順序錯誤”引導(dǎo)學(xué)生探究酶的作用條件溫和

探究pH對酶活性的影響時，教師提供下列實驗材料：H202溶液、新鮮的酵母菌溶液、蒸餾水、NaOFI溶液、鹽酸溶液讓學(xué)生設(shè)汁實驗。表2是課堂上三位學(xué)生的實驗設(shè)計。

教師組織學(xué)生討論后，認(rèn)為學(xué)生甲的設(shè)計只能探究酸、堿和酶對H202分解的影響，并不能探究pH對酶活性的影響。若學(xué)生乙按照他自己的方案進行實驗，實驗中他就會認(rèn)識到不能先將底物和酶混合。在實施學(xué)生丙的實驗方案時，發(fā)現(xiàn)三組實驗都有大量氣泡產(chǎn)生，教師組織學(xué)生討論原因：可能是鹽酸和Na0H溶液配置濃度過低，也可能是先加入H202溶液和鹽酸溶液或NaOH溶液后酸堿的濃度被稀釋了。然后，學(xué)生改進實驗方案：①增加鹽酸和NaOH溶液的濃度進行實驗;②調(diào)整溶液加入的順序，即第1組試管依次加入新鮮的酵母菌溶液、鹽酸溶液和H202溶液;第2組試管依次加入新鮮的酵母菌溶液、NaOH溶液和H202溶液;第3組試管依次加入新鮮的酵母菌溶液、蒸餾水和H202溶液。

探究溫度對酶活性的影響時，教師提供下列實驗材料：H202溶液、新鮮的酵母菌溶液、冰水混合物、煮沸并冷卻的酵母菌溶液，組織設(shè)計實驗。學(xué)生設(shè)計實驗見表3。

在學(xué)生實施實驗時，往往會將冰水浴的酵母菌培養(yǎng)液直接滴入未冰浴的H202溶液中，卻發(fā)現(xiàn)有大量氣泡產(chǎn)生，與實驗預(yù)期不符，學(xué)生就會產(chǎn)生認(rèn)知沖突。此時，教師可以因勢利導(dǎo)地讓學(xué)生討論，若學(xué)生不能自行糾錯，可利用下列設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生：①將少量零度下的新鮮酵母菌溶液滴入H202溶液后，酶促反應(yīng)是否是在零度進行？②如何改進實驗？對操作失誤的分析可以讓學(xué)生意識到：探究溫度對酶活性的影響時應(yīng)先將底物和酶溶液分別控溫，然后再混合進行酶促反應(yīng)。

4 總結(jié)與反思

通過教學(xué)設(shè)計充分讓學(xué)生“試誤”，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生對酶相關(guān)的知識和實驗產(chǎn)生“同化”和“順應(yīng)”，并訓(xùn)練學(xué)生的批判性思維。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生“試誤”。學(xué)生出現(xiàn)錯誤時，教師應(yīng)因勢利導(dǎo)，沉著冷靜地通過設(shè)問幫助出錯學(xué)生進行分析和修正，并作出積極的評價。