“兩次倒轉(zhuǎn)”教學(xué)機制下高中生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)
——以“酶的作用與本質(zhì)”一節(jié)教學(xué)為例

吳開其 張 晉

(四川省瀘縣第二中學(xué) 瀘州 646100)

本文結(jié)合郭華教授提出的“兩次倒轉(zhuǎn)”教學(xué)機制[1]，例談以“酶本質(zhì)—酶作用—酶催化作用的證明—酶催化機理”為線索展開的教學(xué)。

1 “倒過來”使得教與學(xué)具有意義

教學(xué)過程不是簡單、孤立的傳遞知識過程，而是學(xué)生個體的認(rèn)識過程，是“倒過來”的過程。

1.1 將新知識作為學(xué)生認(rèn)識的起點 學(xué)生對酶的概念和作用并不是完全陌生。例如，在“蛋白質(zhì)功能”和“分泌蛋白合成與運輸”學(xué)習(xí)中都有涉及，教學(xué)中可先提出概念：“酶是活細胞產(chǎn)生的、具有催化作用的有機物”，作為學(xué)習(xí)的起點。新知識不是教學(xué)核心任務(wù)，只是幫助學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，讓學(xué)生更加清楚認(rèn)識的方向。

1.2 將化解認(rèn)知沖突作為課堂教學(xué)目標(biāo) 筆者認(rèn)為本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是解除學(xué)生真正的認(rèn)知沖突：科學(xué)家怎樣知道絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是核酸，又怎樣理解和證明酶在化學(xué)反應(yīng)中起催化作用。

1.3 教與學(xué)在化解認(rèn)知沖突中統(tǒng)一 就教師呈現(xiàn)的“人類對活化能的認(rèn)識”與“學(xué)生理解的酶促反應(yīng)中酶作用機理”之間的矛盾而言，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)就是：明白“降低反應(yīng)活化能為什么就能加快反應(yīng)速率”，而教師教的任務(wù)就是：多種方式和途徑建立起“活化能與酶作用機理”之間的聯(lián)系。師生需要共同努力去化解學(xué)生產(chǎn)生的認(rèn)知沖突而使教學(xué)有意義。

2 “轉(zhuǎn)回去”過程中自然完成“核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)

“轉(zhuǎn)回去”就是通過教師基于學(xué)情的引導(dǎo)將新知識像茶葉一樣“泡開”，“新知識”作為認(rèn)識起點，教與學(xué)從問題出發(fā)“生長”開去[2]，引導(dǎo)學(xué)生將新知識轉(zhuǎn)化為前行的基礎(chǔ)和力量。

2.1 將新知識引向問題是“責(zé)任”素養(yǎng)培養(yǎng)的開始 當(dāng)學(xué)生正在專心識記關(guān)于酶的概念時，教師話鋒一轉(zhuǎn)：“大伙兒就這樣‘無情’地汲取人類近200年的研究成果嗎？你們?nèi)绦膶⑦@些曾經(jīng)作過無限犧牲的科學(xué)家置之不理嗎？”這兩個問題本身不具問題思考的意義性，但是以反問的語氣在暗示學(xué)生有責(zé)任去“緬懷”酶的發(fā)現(xiàn)歷程。這樣比起直接問：“酶的探索歷程是怎樣的？”可賦予學(xué)生根據(jù)人類成果創(chuàng)造未來歷史的使命感和責(zé)任感，促使學(xué)生能夠走進歷史并有創(chuàng)造未來歷史的能力、品格和情懷。

2.2 問題解決情境化有利于科學(xué)思維全面培養(yǎng) 有些概念性的、規(guī)律性的問題，需要就問題情境進行類比、分析、推理、創(chuàng)造性批判和演繹。例如，關(guān)于“酶降低活化能”問題的處理。首先，讓學(xué)生先看動畫，說出催化劑是怎樣使得化學(xué)反應(yīng)速率降低的；其次，在黑板上根據(jù)活化能概念，在圖上繪出相應(yīng)曲線a，以曲線的形式解釋什么是活化能，請學(xué)生根據(jù)自己的理解劃出表示“酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能”的曲線b，接著請學(xué)生繼續(xù)繪出表示“無機催化劑降低化學(xué)反應(yīng)活化能”的曲線c(圖1)；再次，拋出“多個運動員跳高”例子，“千軍萬馬參加高考”例子，讓學(xué)生主動類比。在這樣的認(rèn)識過程中，學(xué)生也許會問到“橫坐標(biāo)能否表示時間？”“在催化劑條件下，酶不為反應(yīng)物提供能量，為什么分子能量會自發(fā)上升？”通過這樣問題，類比、推理、演繹形成自己對“催化劑降低活化能”的理解。

2.3 問題層次化促進科學(xué)探究深入進行 教材中除探究實驗外，驗證實驗、一些實驗設(shè)計片段以及一些探究假設(shè)引導(dǎo)都是科學(xué)探究“核心素養(yǎng)”培養(yǎng)不可缺的部分。例如，當(dāng)提出“設(shè)計實驗證明H2O2酶具有催化作用”這一議題時，可分解成幾個關(guān)鍵問題進行層次化推進。問題①：要證明H2O2酶具有催化作用，可以證明其能加快反應(yīng)速率，可以怎樣設(shè)計實驗？讓學(xué)生完成圖2所示的1號和2號試管表示的實驗。問題②：圖2所示的2號試管對應(yīng)現(xiàn)象能完全說明H2O2酶在反應(yīng)中起催化作用嗎？師生討論還有可能性是：H2O2酶和H2O2可能一起快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。問題③：怎樣設(shè)計實驗去彌補剛才實驗的缺陷？引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計并操作如圖2所示3號試管和4號試管對應(yīng)的實驗，證明反應(yīng)前后酶本質(zhì)沒有改變。問題④：換個角度思考若H2O2酶在反應(yīng)中起催化作用，我們還可以怎樣證明？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)提供的實驗器材設(shè)計圖2所示的5號試管和6號試管對應(yīng)的實驗并操作，通過觀察氣球最后的大小，證明催化劑不會改變化學(xué)反應(yīng)生成物的量。

3 兩次“倒轉(zhuǎn)”相輔相成推動“核心素養(yǎng)”培養(yǎng)螺旋式前行

教學(xué)其實是根據(jù)學(xué)情基點，結(jié)合新知識將認(rèn)識推向一個新高度，再以新的高度為基礎(chǔ)將認(rèn)知推往另一個高度的過程。

3.1 “倒過來”是為“轉(zhuǎn)回去”提供目標(biāo)和新探討點 首先，新的知識“酶的本質(zhì)”本身就是學(xué)習(xí)的目標(biāo)和學(xué)習(xí)的重點；其次，新知識喚起學(xué)生進一步達成目標(biāo)的心智。讓學(xué)生明白，自己與歷史長河中的科學(xué)家相比，所欠缺的是需要培養(yǎng)責(zé)任擔(dān)當(dāng)，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，鍛煉科學(xué)思維，讓科學(xué)發(fā)展的“火焰”蔓延；再次，“倒過來”為“轉(zhuǎn)過去”提供新探討點：如解決“為什么加熱和加催化劑同樣可以改變反應(yīng)速率”這一問題，必須以“活化能”概念作為新知識成為進一步學(xué)習(xí)的起點。

3.2 “轉(zhuǎn)回去”是為下一次學(xué)習(xí)鋪墊新起點 一方面，教學(xué)過程需要將探討不斷展開，引出新問題。例如，“活化能”概念學(xué)習(xí)后，進一步關(guān)注的新問題：“如何解釋FeCl3和H2O2酶催化效率不同？”又如，學(xué)習(xí)“控制變量”相關(guān)概念后，引向新問題：“說出之前設(shè)計的證明酶是催化劑是否符合控制變量法，如果不符合又應(yīng)當(dāng)怎樣改善實驗？”另一方面，教學(xué)過程更需要將問題深入，完成學(xué)習(xí)進階。在整條教學(xué)主線上，需要一些拓展和延伸進行重難點的飽和處理，以此形成課堂分支深入下去。

3.3 “兩次倒轉(zhuǎn)”運作在課堂之間 新知識指向的新問題可以在課堂前、中、后生成，特別在課后產(chǎn)生的問題可為下一堂課作鋪墊。課堂結(jié)尾是下一堂課“兩次倒轉(zhuǎn)”的開始，如本節(jié)教學(xué)可以詩歌朗誦結(jié)尾，懸念設(shè)置，承上啟下，引起“酶的特性”新的學(xué)習(xí)。

古釀千年，聞一字而尋。

尋，只為你的原貌，

尋，只為你的驕傲。

你那單純的本性是那么的熟悉，

你那特殊的魔力讓人全盤折服。

催生出我生命中的多彩與幻化。