例析學(xué)科核心素養(yǎng)視角下的生物學(xué)教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)

施大華 孟凡龍

摘要以人教版高中生物學(xué)教材中的“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”一節(jié)為例，從以生活化情境引入教學(xué)主題、以問(wèn)題化情境學(xué)習(xí)酶的特性、以探究性情境探究酶活性的影響因素和以日常健康情境聯(lián)系社會(huì)生活四個(gè)方面入手，探討了如何在核心素養(yǎng)視角下創(chuàng)設(shè)高中生物學(xué)教學(xué)情境，以期為生物學(xué)情境教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞 學(xué)科核心素養(yǎng) 高中生物學(xué) 教學(xué)情境

中圖分類號(hào)G633. 91文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)要求教師在引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)理論知識(shí)的前提下，發(fā)展學(xué)生對(duì)生物學(xué)知識(shí)和問(wèn)題的思維能力、實(shí)驗(yàn)探究能力，以及利用生物學(xué)知識(shí)解決社會(huì)生活生產(chǎn)問(wèn)題的能力，是對(duì)學(xué)生素養(yǎng)能力的一次提升。教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)是情境教學(xué)的核心，有價(jià)值的教學(xué)情境是與學(xué)生的思維發(fā)展相適應(yīng)的，能夠挖掘和聯(lián)系學(xué)生的生活，在具體的情境中滲透核心素養(yǎng)促使學(xué)生的思維品質(zhì)和認(rèn)知能力得以提升，改變了以往對(duì)知識(shí)的授受模式，注重在具體的情境中通過(guò)實(shí)踐與思考主動(dòng)獲取知識(shí)后所能折射出的精神氣質(zhì)，最終使學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)獲得質(zhì)的飛躍。下面以人教版（2019年）高中生物學(xué)教材中“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”一節(jié)為例，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，從酶的本質(zhì)、酶的特性、酶的影響因素、社會(huì)聯(lián)系4個(gè)方面，探討核心素養(yǎng)視角下的高中生物學(xué)教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)。

1情境導(dǎo)入：以生活化情境引入教學(xué)主題

教師首先給學(xué)生播放了一段廣告視頻，截取視頻中廣告詞“吃多了，肚子脹；吃油了，不消化；嚼一嚼XX牌健胃消食片”。然后，把盒裝的健胃消食片呈現(xiàn)給學(xué)生，并提出問(wèn)題：盒子上面寫著該消食片的成分有什么？你的家人有沒(méi)有吃過(guò)？這種消食片具體有哪些作用呢？通過(guò)生活化情境和提問(wèn)，引入本節(jié)課主題——酶。

在講授酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能這部分知識(shí)時(shí)，為了幫助學(xué)生理解“活化能”這個(gè)抽象概念，教師先將三塊沾有相同面積油污的抹布分別放在第一組（冷水）、第二組（溫水）、第三組（加酶洗衣粉和冷水）的三只燒杯中，要求學(xué)生觀察洗滌效果。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：第一組油污幾乎沒(méi)有變化；第二組油污面積減少了一小部分；第三組油污面積減少最大。教師提出問(wèn)題：為什么第二組比第一組油污減少的面積大？第三組的油污減少的面積最大呢？

一段熟悉的廣告視頻引發(fā)了學(xué)生的共鳴，極大地激發(fā)了學(xué)生的求知欲，為深入學(xué)習(xí)酶的相關(guān)內(nèi)容做了鋪墊。教師結(jié)合學(xué)生生活情境，向?qū)W生滲透活化能的概念：脂肪分解為脂肪酸時(shí)需要先吸收一部分能量，而冷水中能量吸收的速度較慢；溫水中吸收能量的速度較快；將加酶洗衣粉加入到冷水中，可以降低脂肪分解時(shí)所需要吸收的能量，脂肪分解速度較快。人們將脂肪發(fā)生反應(yīng)時(shí)需要吸收的這部分能量叫做活化能，即物質(zhì)從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要吸收的能量稱為活化能，而酶的作用是降低活化能。

2情境驅(qū)動(dòng)：以問(wèn)題化情境學(xué)習(xí)酶的特性

在學(xué)生認(rèn)識(shí)了酶的概念后，接著學(xué)習(xí)酶的特性——高效性和專一性。教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)問(wèn)題的科學(xué)本質(zhì)，從而獲得對(duì)酶的特性的認(rèn)識(shí)。在學(xué)習(xí)酶的高效性時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明酶催化具有高效性？學(xué)生分組討論后，完成“探究·實(shí)踐”中的實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)1～4號(hào)試管產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象各不相同。教師提出問(wèn)題：請(qǐng)說(shuō)出1號(hào)和2號(hào)試管氣泡數(shù)量不同的原因？3號(hào)和4號(hào)反應(yīng)原理的異同是什么？為了拓展學(xué)生的發(fā)散性思維，教師順勢(shì)提出以下問(wèn)題：肝臟為什么要選擇新鮮的？為什么需要研磨？上述實(shí)驗(yàn)操作時(shí)是否可以共用同一根試管？學(xué)生以小組討論的方式解決問(wèn)題，一起參與分析實(shí)驗(yàn)操作步驟和過(guò)程，經(jīng)過(guò)熱烈地討論可知：新鮮的肝臟所含有的過(guò)氧化氫酶較多，研磨的目的是為了增大肝臟中過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化氫的接觸面積，如果兩步實(shí)驗(yàn)共用一根試管，將會(huì)造成催化劑交叉污染，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論不精確。

為了探究酶具有專一性，教師進(jìn)行了如下操作：取出兩支潔凈且相同規(guī)格的試管，其中一支試管中裝有淀粉溶液，另一支裝有等量的蔗糖溶液，立即向兩支試管中加入兩滴淀粉酶溶液并搖勻。教師順勢(shì)提出問(wèn)題：如何鑒定淀粉和蔗糖是否已經(jīng)被分解？淀粉在淀粉酶的作用下，分解成什么呢？麥芽糖、葡萄糖和蔗糖遇到碘液會(huì)變色嗎？

問(wèn)題情境能引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生的科學(xué)思維，指導(dǎo)學(xué)生的探究實(shí)踐。針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)，提出的問(wèn)題“說(shuō)明3號(hào)和4號(hào)反應(yīng)原理的異同？”，能夠促使學(xué)生思考催化劑的作用本質(zhì)，并比較有機(jī)催化劑和無(wú)機(jī)催化劑的區(qū)別，引導(dǎo)學(xué)生理解認(rèn)識(shí)事物的基本規(guī)律，激發(fā)學(xué)生聯(lián)系日常生活實(shí)際探究加酶洗衣粉作用機(jī)理的欲望。

3情境升華：以探究性情境探究影響酶活性的因素

在學(xué)生掌握了酶的概念和酶的特性后，教師要引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究影響酶活性的因素。在探究pH對(duì)酶活性的影響時(shí)，教師創(chuàng)設(shè)如下的情境：切片器切取土豆片（厚度約1 mm），用打孔器（直徑1 cm）獲取土豆小圓片，將相同數(shù)量的土豆片放入三只編號(hào)為1、2、3的燒杯中（燒杯中盛有10 mL體積分?jǐn)?shù)為2%且pH分別為3、7、11的過(guò)氧化氫溶液），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2號(hào)燒杯中土豆片上產(chǎn)生的氣泡數(shù)量最多，土豆片的平均上浮時(shí)間最短。1號(hào)燒杯中土豆片上產(chǎn)生的氣泡數(shù)量最少，土豆片的平均上浮時(shí)間最長(zhǎng)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：土豆片上產(chǎn)生氣泡數(shù)量的多少跟什么有關(guān)？什么因素導(dǎo)致過(guò)氧化氫酶的活性不同呢？影響酶活性大小的因素除了pH，還有哪些？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究酶活性的影響因素？

學(xué)生以小組為單位開(kāi)展“探究溫度影響酶活性”實(shí)驗(yàn)，每四人一組。每組取10支試管，分別裝有現(xiàn)配的淀粉溶液，隨后分別置于事先設(shè)置好的10個(gè)不同的溫度梯度環(huán)境中，保溫5 min，溫度從10℃開(kāi)始，以10℃為梯度增加，直到100℃。“可否直接將酶加入到這10只試管中呢？”成為了值得學(xué)生探究的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)小組討論和分析得知：直接將酶加入試管，酶的溫度仍然全部都是處于常溫下，不能探究溫度對(duì)酶活性的影響。因此，應(yīng)該先將酶也分別置于10支試管中，和淀粉一樣也放在10個(gè)不同溫度梯度的環(huán)境中，保溫5 min后，再分別注入相同溫度條件下的淀粉溶液中。同樣，保溫5 min后，再通過(guò)碘液來(lái)鑒定，得出結(jié)論，并繪制酶活性和溫度關(guān)系曲線。

過(guò)氧化氫酶廣泛存在于生活中常見(jiàn)的植物材料中。尤其，土豆中過(guò)氧化氫酶含量豐富，材料經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、簡(jiǎn)單易得，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。在探究pH對(duì)酶活性影響實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生取8支試管，分別加入H2O2溶液。對(duì)于溶液pH的調(diào)整，學(xué)生用的是HCl和NaOH溶液，從pH為5.5開(kāi)始，以0.5為一個(gè)梯度，共設(shè)置8個(gè)組別。隨后，每支試管中加入等量的同種新鮮肝臟研磨液，待反應(yīng)一段時(shí)間后，可以通過(guò)觀察氣泡和帶火星衛(wèi)生香來(lái)檢驗(yàn)反應(yīng)的結(jié)果，得出最適的pH條件。當(dāng)然，影響酶活性的因素除了溫度和pH以外，還有酶濃度、底物濃度等因素。本次研究只著重選擇了溫度、pH2個(gè)影響因素來(lái)探究酶的活性大小。

4情境拓展：以日常健康情境聯(lián)系社會(huì)生活

“酶”在生活中的應(yīng)用非常廣泛。在導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，學(xué)生對(duì)酶的概念就有所理解。教師再次聯(lián)系社會(huì)生活，讓學(xué)生發(fā)表對(duì)酶在社會(huì)生活中的應(yīng)用的見(jiàn)解。教師展示健胃消食片的成分，引導(dǎo)學(xué)生分析得出健胃消食片的主要成分是各種消化酶，以幫助人體消化。教師提出問(wèn)題：為什么很多人需要服用健胃消食片呢？食物污染的原因是什么？教師可以引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，聯(lián)系環(huán)境污染問(wèn)題和安全生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行思考與分析，從而引起學(xué)生對(duì)環(huán)境和食品安全問(wèn)題的重視。

在教材的85頁(yè)上“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”的課后拓展閱讀材料中，與生活和健康相關(guān)的內(nèi)容還有“溶菌酶能夠溶解細(xì)菌的細(xì)胞壁，具有抗菌消炎的作用”“加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更強(qiáng)的去污能力，能把衣物清洗得更加干凈鮮亮”“含酶牙膏可以分解細(xì)菌，使我們的牙齒亮潔，口氣清新”“多酶片中含有多種消化酶，人在消化不良時(shí)可以服用”“胰蛋白酶可用于促進(jìn)傷口愈合和溶解血凝塊，還可以用于去除壞死組織，抑制污染微生物的繁殖”“利用脂肪酶處理廢油脂，制造生物柴油，既保護(hù)了環(huán)境又使其得到合理利用”“青霉素?；改軐⒁仔纬煽顾幮缘那嗝顾馗脑斐蓺⒕Ω鼜?qiáng)的氨芐青霉素”。教師在平時(shí)的教學(xué)中應(yīng)提醒學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，關(guān)注科技最新研究成果，養(yǎng)成理性思考和科學(xué)判斷的好習(xí)慣，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

教師在導(dǎo)入環(huán)節(jié)中設(shè)置生活化情境，通過(guò)分析健胃消食片中酶的成分和功能，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步形成結(jié)構(gòu)與功能觀。在學(xué)習(xí)酶的特性過(guò)程中，利用問(wèn)題串，在強(qiáng)化學(xué)生對(duì)酶的特性理解的同時(shí)，提升了學(xué)生批判性思維的能力。學(xué)生通過(guò)模仿科學(xué)家展開(kāi)實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)動(dòng)手能力、科學(xué)探究以及分析能力。在學(xué)習(xí)“影響酶活性條件”時(shí)，教師設(shè)置關(guān)于“反應(yīng)前的酶是否也需要設(shè)置不同的溫度梯度”的問(wèn)題，讓學(xué)生通過(guò)頭腦風(fēng)暴式的思考，來(lái)尋找最佳解決途徑，培養(yǎng)學(xué)生精益求精、謹(jǐn)慎的科學(xué)精神，從而提高學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。最后，再次回歸生活實(shí)際，彰顯生物學(xué)知識(shí)在社會(huì)生活中的價(jià)值，設(shè)計(jì)健胃消食片、環(huán)境污染、食物變質(zhì)等問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生利用生物學(xué)知識(shí)分析解釋社會(huì)現(xiàn)象，理解現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和危害，從而引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)盡自己所能來(lái)解決日常生活中遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)是關(guān)注社會(huì)發(fā)展和個(gè)人發(fā)展的關(guān)鍵能力及必備品格，旨在培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。這就要求教師將高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)逐一地滲透進(jìn)入日常新課的教學(xué)中，讓學(xué)生在習(xí)得生物科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，以生物學(xué)的眼光去看待生活現(xiàn)象，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題情境中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力以及科學(xué)探究能力，還要能聯(lián)系社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)：

[1]張恒澤.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下情境創(chuàng)設(shè)的教學(xué)實(shí)踐——以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”為例[J].生物學(xué)教學(xué)，2019，44（6）：39-41.

[2]狄廷春.應(yīng)用土豆切片探究pH對(duì)酶活性影響的研究[J].生物學(xué)教學(xué)，2018，43（5）：42.

[3]吳久宏.深度學(xué)習(xí)視域下真實(shí)性情境的創(chuàng)設(shè)與價(jià)值最大化利用——以高中生物學(xué)部分教學(xué)設(shè)計(jì)為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2020，36（4）：13-15.

[4]呂甜甜.基于真實(shí)情境培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維——以“基因突變”一節(jié)為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2021，37（1）：20-22.