基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

張凌霞

[摘? ?要]以“酶活性受溫度影響”實(shí)驗(yàn)為例，探討在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計、論證、反思，及實(shí)驗(yàn)后編制“PPT實(shí)驗(yàn)報告”，以促進(jìn)學(xué)生有效建構(gòu)核心概念，提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]生物學(xué)核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);高中生物;酶活性

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）20-0092-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中生物教學(xué)的基本形式之一，其承載的功能不可忽視。實(shí)驗(yàn)與探究能力是高考考核目標(biāo)與要求之一。一線教師也都會盡可能地創(chuàng)造條件讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，但效果卻不盡如人意。主要原因如下：學(xué)生很少經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計過程，多是根據(jù)課本（教輔）或教師給定的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班地操作實(shí)驗(yàn)，很少對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，尤其是很少分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果不一致的原因，很少基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析形成具有邏輯關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，如果能經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，獲得令人信服的證據(jù)，就能深刻理解生物學(xué)概念，實(shí)現(xiàn)概念的遷移與運(yùn)用;同時領(lǐng)悟科學(xué)研究的方法并習(xí)得相關(guān)的操作技能[1]?；诖?，筆者以“酶活性受溫度影響”實(shí)驗(yàn)為例，通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計、論證、反思，并于實(shí)驗(yàn)后編制“PPT實(shí)驗(yàn)報告”，促進(jìn)學(xué)生有效建構(gòu)核心概念，從而提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

一、問題引領(lǐng)，設(shè)計完善實(shí)驗(yàn)

在“酶活性受溫度影響”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，筆者首先提出問題：化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)的酶，其活性受哪些條件影響？學(xué)生基于“蛋白質(zhì)”一節(jié)的學(xué)習(xí)，很容易得出：溫度是影響酶活性的重要因素;然后追問：“如何利用以下材料設(shè)計實(shí)驗(yàn)證明這一觀點(diǎn)？”材料有：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的新制工業(yè)淀粉酶（最適溫度為60～85℃）、唾液淀粉酶（學(xué)生自備）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的可溶性淀粉溶液（配置好后加熱至淀粉完全溶解，冷卻備用;另一種未經(jīng)加熱處理）、斐林試劑、碘液、水浴鍋、試管、溫度計、多孔反應(yīng)板[2]。筆者通過問題串引領(lǐng)學(xué)生思考并設(shè)計實(shí)驗(yàn)，如應(yīng)選擇哪種淀粉酶作為實(shí)驗(yàn)材料？兩種淀粉酶在常溫下是否具有活性？根據(jù)所選的淀粉酶該如何設(shè)置溫度梯度？如何檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果？

在問題的引領(lǐng)下學(xué)生經(jīng)歷了“頭腦風(fēng)暴”，能明確淀粉酶在室溫下是有活性的，淀粉溶液若先與淀粉酶混合，然后保溫，則部分淀粉將被水解，故應(yīng)先各自保溫后再進(jìn)行混合。用斐林試劑檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就需改變實(shí)驗(yàn)控制的溫度，因此，要用碘液對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行測試。當(dāng)使用新的工業(yè)淀粉酶時，溫度設(shè)定為0 ℃， 20 ℃， 40 ℃，60 ℃， 80 ℃， 100 ℃。這種溫度梯度將有助于學(xué)生探究溫度對酶活性的影響。

二、精心設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時間，提高實(shí)驗(yàn)效率

“酶活性受溫度影響”實(shí)驗(yàn)中，酶、淀粉的保溫時間需要等5分鐘，混合后還要保溫5分鐘，等待時間長，學(xué)生往往無所事事，實(shí)驗(yàn)效率低。為此，筆者精心設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時間，在操作等待時進(jìn)行理論教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生分析溫度過高、過低時酶的結(jié)構(gòu)的不同變化，及為什么不同酶的最適溫度不同等。

在實(shí)驗(yàn)操作過程中，筆者要求實(shí)驗(yàn)小組分工合作做好操作、記錄工作，學(xué)生可通過拍照、錄像或記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（多個數(shù)據(jù)可用Excel表格記錄，然后轉(zhuǎn)化成柱形圖或曲線圖），客觀地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，避免學(xué)生去抄教材、教輔中的“標(biāo)準(zhǔn)答案”，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

三、 注重對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析與反思，促進(jìn)學(xué)生深刻領(lǐng)悟知識

當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象真實(shí)地展現(xiàn)在學(xué)生面前時，學(xué)生會驚奇地發(fā)現(xiàn)，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果（或與教材、教輔展示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）有很大的不同。在好奇心的驅(qū)使下，學(xué)生會形成積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，逐漸學(xué)會基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用批判性思維、創(chuàng)造性思維等進(jìn)行分析、探討，從而領(lǐng)悟知識，建構(gòu)核心概念。具體如表1所示。

四、編制“PPT實(shí)驗(yàn)報告”，提升科學(xué)思維

實(shí)驗(yàn)后編制“PPT實(shí)驗(yàn)報告”是個再加工、再梳理的過程。在這一過程中，學(xué)生提供原始記錄，完成對實(shí)驗(yàn)的理性分析，用科學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)，促進(jìn)學(xué)生對專業(yè)術(shù)語的理解和使用，提升學(xué)生的科學(xué)思維。

“PPT實(shí)驗(yàn)報告”包括原理、材料、步驟、結(jié)果、討論五個部分。實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)由學(xué)生在實(shí)踐的基礎(chǔ)上體會出來;實(shí)驗(yàn)材料是學(xué)生根據(jù)筆者增設(shè)多種材料后所選擇的;實(shí)驗(yàn)步驟是基于選擇的材料，探索、設(shè)計出來的;實(shí)驗(yàn)結(jié)果是學(xué)生用錄像、照片、數(shù)據(jù)或圖表的形式展現(xiàn)并輔以簡要的文字說明;實(shí)驗(yàn)討論可以是所做實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)、難點(diǎn)和注意事項(xiàng)，也可以是誤差分析、評價實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)改進(jìn)等。

以下是“溫度影響酶活性”實(shí)驗(yàn)中部分學(xué)生在“PPT實(shí)驗(yàn)報告”中提及的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)討論。

實(shí)驗(yàn)原理：不同溫度下，酶的活性不同;唾液淀粉酶的最適溫度為37 ℃，工業(yè)淀粉酶的最適溫度為60～85 ℃。淀粉在淀粉酶的作用下水解，歷經(jīng)“淀粉→中間產(chǎn)物→麥芽糖”階段，遇碘相應(yīng)呈“藍(lán)色→紅褐色→棕黃色”。

實(shí)驗(yàn)討論：①實(shí)驗(yàn)材料的選擇直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，淀粉溶液最好選擇加熱處理過的，這樣既可以增加可溶性淀粉的濃度，又不會在水浴過程中結(jié)塊，確保不同溫度水浴條件下淀粉溶液中溶解的直鏈淀粉的量基本相同。當(dāng)然，加熱時溫度也不能過高，溫度過高會破壞直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)，因此高溫時淀粉遇碘不變藍(lán);溫度降低后，直鏈淀粉分子才能與碘發(fā)生顏色反應(yīng)。②可將該實(shí)驗(yàn)改為定量實(shí)驗(yàn)：每隔1 min從不同水浴條件下的試管中吸取2滴溶液滴于多孔反應(yīng)板上，稍等冷卻后滴1滴碘液，記錄顏色不變藍(lán)所需的時間，以檢測不同酶在不同溫度下的活性[3]。③實(shí)驗(yàn)正值冬季，氣溫低、風(fēng)大，水浴鍋的水溫不一定能達(dá)到其設(shè)定的溫度，給實(shí)驗(yàn)帶來不小誤差。④實(shí)驗(yàn)操作要十分嚴(yán)謹(jǐn)，如取各種溶液的量應(yīng)按預(yù)設(shè)要求、水浴時間要把握好等，即要控制好實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量，否則對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響將會很大。

總之，實(shí)驗(yàn)過程雖耗費(fèi)學(xué)生較多的時間和精力，但能讓學(xué)生對抽象的生物學(xué)知識有更深刻的理解，符合高中生物課程“少而精”的原則[1]。因此，教師要把握提出問題的時機(jī)和問題之間的邏輯關(guān)系;要鼓勵學(xué)生收集信息，積極反思;要組織交流、評價，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 潘金元，陳明林. “探究影響酶活性的條件”的定量實(shí)驗(yàn)[J] .生物學(xué)通報， 2014（9）：47-49.

（責(zé)任編輯? ?黃春香）