搭建橋梁，助力學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升

張志禮 李萍

科學(xué)素養(yǎng)是指了解并能夠進(jìn)行個(gè)人決策、參與公民和文化事務(wù)、從事經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)所需要的科學(xué)概念和科學(xué)過程?？茖W(xué)素養(yǎng)最基本的含義是指學(xué)生能夠合理地將所學(xué)到的科學(xué)知識(shí)運(yùn)用到社會(huì)及個(gè)人生活中。

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力，還有利于他們養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、提高其科學(xué)素養(yǎng)。但科學(xué)素養(yǎng)的提高是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生才是真正的實(shí)驗(yàn)者，他們是問題的發(fā)現(xiàn)者、知識(shí)的建構(gòu)者、實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)施者，是實(shí)驗(yàn)的主體。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，適當(dāng)?shù)貫槠浯罱蛄海蛊漤樌瓿勺罱l(fā)展區(qū)的發(fā)展，而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，從而促進(jìn)其科學(xué)素養(yǎng)的提升。下面以“影響酶活性的條件”為例，簡(jiǎn)要說明如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為學(xué)生搭建橋梁。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”是人教版生物教科書必修1的重點(diǎn)內(nèi)容，與學(xué)生生活聯(lián)系緊密。學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)具有較大興趣。教科書在這部分安排了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，另外還補(bǔ)充了“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)——酶為生活添姿彩”的內(nèi)容，介紹酶在生產(chǎn)生活中的運(yùn)用，以拉近學(xué)生距離，增添其學(xué)習(xí)興趣。課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本部分內(nèi)容的要求為：說明酶在代謝中的作用。該內(nèi)容應(yīng)該是較易達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的，而筆者在教學(xué)實(shí)踐中卻發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于酶的特性，尤其是影響酶活性的條件這一實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容極易混淆、概念模糊。其原因在于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不重視，設(shè)計(jì)不夠精細(xì)或者先上完理論課再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直接將探究性實(shí)驗(yàn)做成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)過程

綜合以往學(xué)生在該部分內(nèi)容的易錯(cuò)點(diǎn)、困惑點(diǎn)及本次實(shí)驗(yàn)課面向?qū)W生的實(shí)際情況，筆者對(duì)“影響酶活性的條件”設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。

2.1 回顧舊知，導(dǎo)入新課

教師：酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生具有催化作用的有機(jī)物，酶的化學(xué)本質(zhì)一般是蛋白質(zhì)。在學(xué)習(xí)“生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”時(shí)，我們知道高溫會(huì)破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，使其變性。除了高溫，還有哪些因素會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性？（pH等）變性的蛋白質(zhì)能否繼續(xù)正常發(fā)揮其生理功能？（不能）我們今天要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探宄影響酶活性的條件。

2.2 搭建橋梁，助力學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 知識(shí)準(zhǔn)備

通過對(duì)蛋白質(zhì)相關(guān)知識(shí)的回顧，教師引導(dǎo)學(xué)生確定本小組要探究的影響酶活性的具體條件。然后，學(xué)生根據(jù)探究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。但高一的學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力尚在發(fā)展中，直接完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)他們而言難度較大，所以教師要注意啟發(fā)與引導(dǎo)。

2.2.2 搭建橋梁

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)：對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則的把握（主要是單一變量原則、對(duì)照性原則）、自變量的設(shè)置及因變量的檢測(cè)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理分析等。為突破難點(diǎn)，教師為學(xué)生搭建橋梁，設(shè)置有關(guān)實(shí)驗(yàn)材料、自變量設(shè)置、因變量檢測(cè)的多種選項(xiàng)，由學(xué)生根據(jù)探究?jī)?nèi)容，自行選擇與組合，完成初步設(shè)計(jì)，以增加學(xué)生的積極性、提升參與度。

2.2.3 橋梁延伸

教師幫助學(xué)生拓寬思路，由學(xué)生設(shè)置多種實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)。如本實(shí)驗(yàn)可以設(shè)置如下：

①實(shí)驗(yàn)材料：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的可溶性淀粉溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的新配制的淀粉酶溶液;

②實(shí)驗(yàn)材料：新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液，體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液;

③自變量設(shè)置：設(shè)置0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃不同的溫度條件;

④自變量設(shè)置：設(shè)置0℃、60℃、100℃不同的溫度條件;

⑤自變量設(shè)置：分別滴加1 mL NaOH溶液、滴加1 mL清水、滴加1 mL HC1溶液以設(shè)置不同的pH條件;

⑥因變量檢測(cè)：滴加碘液，觀察顏色變化及顏色深淺;

⑦因變量檢測(cè)：滴加斐林試劑，觀察顏色變化;

⑧因變量檢測(cè)：直接觀察氣泡產(chǎn)生量或通過用帶火星的衛(wèi)生香的燃燒情況判斷氧氣產(chǎn)生量。

在選項(xiàng)設(shè)置中，對(duì)溫度這一自變量做了兩組設(shè)置，教師要提示學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。選項(xiàng)④溫度梯度大，最后能得到的結(jié)論也是比較寬泛的。選項(xiàng)⑤設(shè)置了較為密集的溫度梯度，能較準(zhǔn)確地確定淀粉酶作用的最適溫度范圍。而最適溫度的得出需要學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚恚焊鶕?jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖。不同的選項(xiàng)組合對(duì)學(xué)生的能力也提出了不同的要求。這樣的設(shè)計(jì)不僅滿足了基礎(chǔ)較好的學(xué)生進(jìn)一步提高的需要，同時(shí)也照顧到了基礎(chǔ)較差的學(xué)生，使其踮起腳也能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，嘗到成功的喜悅。

2.2.4 橋梁檢測(cè)

在學(xué)生完成初步設(shè)計(jì)后，教師展示一道題目檢測(cè)學(xué)生對(duì)搭建橋梁的應(yīng)用：

為了探究溫度、PH對(duì)酶活性的影響，下列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理的是

（）

A.實(shí)驗(yàn)①探究課題：溫度對(duì)酶活性的影響，選用材料與試劑：過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液

B.實(shí)驗(yàn)②探究課題：溫度對(duì)酶活性的影響，選用材料與試劑：新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液

C.實(shí)驗(yàn)③探究課題：pH對(duì)酶活性的影響，選用材料與試劑：新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液

D.實(shí)驗(yàn)④探究課題：pH對(duì)酶活性的影響，選用材料與試劑：新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林試劑

答案：ACD。

教師加入這道題，一方面是給機(jī)會(huì)讓學(xué)生修正本小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案;一方面對(duì)于答案持質(zhì)疑態(tài)度的學(xué)生還可以現(xiàn)場(chǎng)通過實(shí)驗(yàn)做出判斷，加深認(rèn)識(shí)。學(xué)生通過討論分析，得出：過氧化氫熱穩(wěn)定性較低不適宜作為探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)材料，淀粉在酸性條件下會(huì)水解不適宜作為探究pH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)材料;而斐林試劑可檢測(cè)還原糖的存在，但檢測(cè)過程需要水浴加熱才會(huì)發(fā)生顏色反應(yīng)因而不適合作為探究溫度對(duì)酶活性影響實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)試劑。故最終大部分學(xué)生對(duì)探究溫度對(duì)酶活性的影響選擇的選項(xiàng)組合是ACF或ADF;對(duì)探究pH對(duì)酶活性的影響選擇的選項(xiàng)組合是BEH。

2.3 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，交流分析

學(xué)生按照小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提供建議與幫助。本實(shí)驗(yàn)前，教師要明確注意事項(xiàng)：

（1）確定材料用具齊全及小組內(nèi)的分工后再開始動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

（2）保證實(shí)驗(yàn)安全，操作要規(guī)范有序：使用酸堿溶液時(shí)，務(wù)必注意安全;用水浴控制溫度，不可直接加熱;取用材料和試劑時(shí)要注意取用的步驟與方法;反應(yīng)物與酶溶液應(yīng)分別置于相應(yīng)溫度保溫一段時(shí)間后再混合。

（3）要把握好實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，如單一變量原則、對(duì)照性原則、等量原則等。

（4）實(shí)驗(yàn)的基本操作流程：分組編號(hào)一差異性處理→相同且適宜條件下保存一定時(shí)間→檢測(cè)→觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄。按規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

（5）認(rèn)真觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論（設(shè)計(jì)表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出定量的實(shí)驗(yàn)結(jié)論）。

（6）若實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期不一致，從實(shí)驗(yàn)材料、操作過程等方面分析原因。

組織小組間的討論交流，分享本小組的實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果及結(jié)論，并對(duì)實(shí)驗(yàn)得失進(jìn)行分析。教師從探究問題的可行性、實(shí)驗(yàn)方案的可操作性、自變量的控制與因變量的檢測(cè)、對(duì)照組的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理分析的科學(xué)性及結(jié)論的合理性等方面對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課堂表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.4 拓展延伸，學(xué)以致用

教師展示以下思考題，幫助學(xué)生更好理解酶的作用條件較溫和這一特性：

唾液淀粉酶、胃蛋白酶等都是在消化道中起作用的解。不同部位消化液的pH不一樣。唾液的pH為6.2～7.4，胃液的pH為0.9～1.5，小腸液的pH為7.6。唾液淀粉酶會(huì)隨唾液流入胃，胃蛋白酶會(huì)隨食糜進(jìn)入小腸。進(jìn)入胃內(nèi)的唾液淀粉酶，進(jìn)入小腸的胃蛋白酶是否還具有酶的活性，為什么？

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)反思

通過橋梁的搭建及相關(guān)經(jīng)典例題的加入，既完好保護(hù)了學(xué)生的參與積極性，同時(shí)也促使了他們進(jìn)行深度思考，逐步養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，鞏固其在課堂中的主體地位。在整個(gè)教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生通過積極參與富有趣味的探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在“動(dòng)手”的實(shí)踐活動(dòng)中積極“動(dòng)腦”。學(xué)生在活動(dòng)中具有一定的自主性，在教師的幫助下自主進(jìn)行科學(xué)探究，不僅增進(jìn)對(duì)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)活動(dòng)的基本方法，而且在潛移默化中提升科學(xué)素養(yǎng)。

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