基于核心素養(yǎng)的高中生物“酶”概念教學

吳瑜

[摘 要]培養(yǎng)學生生物學學科核心素養(yǎng)是生物學課程的價值追求，也是課程預期的教學目標。文章以高中生物“酶”的概念教學為例，通過引導學生深入了解酶、理解酶的作用和本質(zhì)、參與實驗設(shè)計、關(guān)注生活中的“酶”，培養(yǎng)學生生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等生物學學科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);酶;概念教學

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）11-0097-03

高中生物學課程改革實現(xiàn)了從以“雙基”為導向到以生物科學素養(yǎng)為導向、以探究式教學為特點的轉(zhuǎn)變。高中生物學課程標準強調(diào)培養(yǎng)與提升學生的生物學學科核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)是學生在接受相應(yīng)學段教育的過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，也是學生在真實情境中能夠分析具體情況、提出問題、解決問題、交流結(jié)果以及表達結(jié)果的綜合品質(zhì)。生物學學科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面。

《普通高中生物學課程標準（實驗）》明確生物學教學的知識目標是“獲得生物學基本事實、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識，知道生物科學和技術(shù)的主要發(fā)展方向和成就”等，同時倡導“學生在解決實際問題的過程中深入理解生物學的核心概念”，強調(diào)了概念在生物學課程中的重要性。因此，幫助學生正確理解和掌握生物學概念是高中生物學概念教學的基本要求。高中生物學概念教學是培養(yǎng)學生生物學學科核心素養(yǎng)的途徑之一。為此，教師應(yīng)通過高中生物學概念教學，幫助學生在理解和掌握生物學概念的過程中形成生命觀念，發(fā)展科學思維，提升科學探究能力，培養(yǎng)社會責任感。

“酶”這一概念出現(xiàn)在人教版必修1第5章第1節(jié)“降低化學反應(yīng)活化能的酶”中，是包含在核心概念“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”中的一個重要次位概念。通過“酶”的學習，學生應(yīng)能了解酶的作用、本質(zhì)和特性，并通過實驗探究酶催化作用的高效性和專一性以及溫度、pH等因素對酶活性的影響，理解酶在細胞內(nèi)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)變中的作用和地位?！懊浮钡母拍罴扰c“生命活動的主要承擔者——蛋白質(zhì)”密切相關(guān)，又與“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”“酶的研究與應(yīng)用”等密不可分。因此，在核心素養(yǎng)背景下，教師應(yīng)積極開展“酶”的概念教學，進而有效培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

一、深入了解酶，構(gòu)建生命觀念

“生命觀念”是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實證后的觀點。在“酶”的概念教學中，教師應(yīng)引導學生深入了解酶，從而培養(yǎng)學生的生命觀念。

高中生物學教材沒有直接呈現(xiàn)“酶”的概念，而是給出“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”這一科學史資料，讓學生通過對科學史資料的分析、歸納和整理，形成對酶本質(zhì)的認識，理解酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。為了讓學生牢固掌握酶的本質(zhì)，教師可設(shè)置針對性問題引導學生進行探究，同時讓學生自行設(shè)計鑒定唾液淀粉酶的化學本質(zhì)的實驗，從而幫助學生掌握酶的本質(zhì)。

教師可聯(lián)系日常生活提出問題：溫度、pH是否會影響酶的活性？引導學生作出假設(shè)，并給學生提供必要的實驗材料及用具，供學生開展實驗。通過實驗探究，學生掌握了溫度、pH對酶活性的影響，知道了酶的催化作用具有高效性和專一性，了解了酶在細胞內(nèi)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)變中的地位和作用。

概念圖是指將一組相關(guān)概念用線條和文字連接而成的圖形，能直觀形象地表示出概念之間的關(guān)聯(lián)。它可以幫助學生梳理知識，建構(gòu)完整的知識結(jié)構(gòu)。在教學中，教師可給學生提供核心概念“酶”及其相關(guān)要素（來源、本質(zhì)、作用、特性、影響因素等），指導學生利用概念圖具體描述與酶相關(guān)的各個知識點，從而完整建構(gòu)“酶”的知識結(jié)構(gòu)。

選修1專題4“酶的研究與應(yīng)用”對酶的概念進行了補充。因為傳統(tǒng)酶技術(shù)存在不足，所以才出現(xiàn)了固定化酶技術(shù)。食品及化工產(chǎn)業(yè)大量使用酶參與生產(chǎn)，但是因為大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，極易受到環(huán)境條件的影響而變性失活，且反應(yīng)過程中酶與底物混合難以分離和重復利用，所以才有了固定化酶和固定化細胞的技術(shù)。學生只有形成酶的結(jié)構(gòu)與功能觀，才能理解與酶的應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)及操作原理。生物體內(nèi)還有少數(shù)酶是RNA，又稱“核酶”，其特性及作用不同于蛋白質(zhì)類的酶，這進一步豐富了“酶”概念的內(nèi)涵。教師在教學中要以具體的事實性知識為基礎(chǔ)，幫助學生掌握重要概念（核心概念）和形成生命觀念，使學生能關(guān)注社會議題、參與討論及做出理性解釋。

二、理解酶的作用和本質(zhì)，培養(yǎng)科學思維

“科學思維”是指能夠基于所掌握的生物學事實和證據(jù)，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律等的思維習慣和能力。在“酶”的概念教學中，教師可引導學生閱讀教材中“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”這一科學史資料，了解科學家對酶本質(zhì)的探索歷程。通過學習，學生能夠知道釀酒業(yè)中酵母菌可以把糖類發(fā)酵生成酒精和二氧化碳，并透過科學家的研究、爭論、質(zhì)疑，完善對酶的認識。

課堂上，教師可引導學生開展“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗并思考問題：過氧化氫在不同條件下的實驗有何差異？常溫條件與90℃比較、加入FeCl3 與加入肝臟研磨液比較，分別得出什么結(jié)論？出現(xiàn)差異的原因是什么？教師順勢引出實驗設(shè)計的方法——控制變量法，并提問：如何區(qū)分自變量、因變量和無關(guān)變量？由此引出實驗設(shè)計遵循的基本原則，讓學生通過實驗探究理解“酶可以降低反應(yīng)活化能，能加快反應(yīng)速度，與無機催化劑相比具有高效性”。教師在課堂上要善于引導學生分析和控制變量，促進學生積極思考，逐步培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力和科學思維，讓學生結(jié)合酶的作用和本質(zhì)歸納整理出酶的概念。另外，讓學生對數(shù)據(jù)、圖表、曲線等相關(guān)信息進行解讀、分析、推理，也是很好的科學思維培養(yǎng)途徑。如利用“溫度對酶活性的影響”曲線，可引導學生分析曲線的上升、下降、拐點所表示的含義，讓學生知道怎么確定酶的最適溫度以及了解低溫和高溫對酶的影響的本質(zhì)區(qū)別。實驗設(shè)計是科學思維的高階訓練，教師可引導學生設(shè)計“探究小麥淀粉酶的最適溫度”實驗，引導學生思考如何確定實驗的控制變量、以什么指標作為因變量、選用什么試劑檢測、其他的無關(guān)變量如何控制、如何確定酶的最適溫度，一步步完成實驗方案的落實、完善，同時比較分析不同學生的實驗方案，看看哪一種方案更科學、合理、可行。

高中生物學教學的主要任務(wù)是培養(yǎng)學生的科學思維，讓學生在學習過程中不斷提高歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等能力。只有具備科學思維的學生，才能夠成為獨立的、主動的學習者。

三、參與實驗設(shè)計，培養(yǎng)科學探究能力

“科學探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論的能力。

教材在“酶”的這一節(jié)中引入控制變量的實驗原則和探究實驗的設(shè)計思路。教師在對“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗進行分析時，可引導學生區(qū)分各種實驗變量，了解實驗中實驗組與對照組的設(shè)置及其意義，學會記錄和分析實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)學生分析實驗數(shù)據(jù)得出科學結(jié)論等的能力。教學“影響酶活性的條件”時，教師可給學生提供探究實踐的機會，讓學生自行設(shè)計實驗方案探究影響酶的活性的因素，包括選擇實驗材料、記錄實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果、得出實驗結(jié)論等環(huán)節(jié)。教師從中優(yōu)選一些實驗方案供學生進行交流討論，讓學生逐步掌握科學研究的基本思路和方法，在具體實踐中培養(yǎng)與他人合作的精神和科學規(guī)范進行實驗操作的能力。教師還要引導學生對實驗可能出現(xiàn)的多種結(jié)果進行討論分析，總結(jié)實驗成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，同時訓練學生歸納、推理、建模等科學思維。教師還可以引導學生參考“酶”的一系列實驗的設(shè)計原理和方法探究相似的實驗，從中強化訓練實驗對照、控制單一變量、處理無關(guān)變量、多次重復實驗等方法。教師應(yīng)允許學生的探究活動多元化，在探究活動出現(xiàn)問題時要給時間讓學生思考、交流，教師再進行科學評價、總結(jié)。此外，提供一些現(xiàn)成的實驗方案讓學生進行評價、補充、完善，也是很好的科學探究能力訓練途徑。如讓學生思考：實驗中發(fā)現(xiàn)某種酶的活性隨反應(yīng)溫度的上升而增加，是否可以確定酶的最適溫度？為什么？如果要確定最適溫度，該對實驗進行怎樣的補充設(shè)計？

又如，在教學“酶的研究與應(yīng)用”時，給學生提供“探究普通洗衣粉與加酶洗衣粉洗滌效果的差別”“探究加酶洗衣粉的最適溫度”等實驗主題，讓學生進行實驗方案設(shè)計，思考如何控制自變量、對于因變量要觀察哪些指標、加酶洗衣粉是否適合洗滌真絲類衣物、什么季節(jié)適合使用加酶洗衣粉等，并引導學生進行分析評價，對不完善的方案進行補充。

高中生物學實驗教學是培養(yǎng)學生生物學學科核心素養(yǎng)的重要途徑，讓學生通過實驗開展科學探究可促進學生主動參與課堂學習，有效發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

四、關(guān)注生活中的“酶”，培養(yǎng)社會責任感

“社會責任”既是生物學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，又是中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)的基本要點之一，其培養(yǎng)在教育教學中具有重要地位。生物學學科核心素養(yǎng)中，社會責任表現(xiàn)為學生相信科學、善待生命、對待環(huán)境友好等態(tài)度及價值觀，反映學生解決問題的意識與能力。

教師要深入日常生活，挖掘生活中的生物學素材，準確把握教學內(nèi)容與生活的聯(lián)系，積極創(chuàng)設(shè)真實的和具有現(xiàn)實意義的教學情境，讓教學緊密聯(lián)系生活?！懊浮焙蜕矬w的細胞代謝息息相關(guān)，也和人們的生活密不可分。教師可結(jié)合本節(jié)知識，讓學生多了解身邊與酶有關(guān)的藥品、產(chǎn)品，并思考：“溶菌酶含片”“多酶片”等藥片可以治療什么疾病？溶菌酶為什么具有抗菌消炎的作用？“加酶牙膏”“嫩肉粉”與酶有什么關(guān)系？教師還可以和學生一起解讀加酶洗衣粉的使用說明“（1）減少浸泡用水量;（2）適當延長浸泡時間;（3）用溫水浸泡”，并引導學生思考為什么加酶洗衣粉的使用方法與普通洗衣粉有區(qū)別。借助具體有效的教學情境開展教學是培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的最好形式。

同時，教師還應(yīng)引導學生關(guān)注酶與蛋白質(zhì)，以及與光合作用、呼吸作用等新陳代謝的聯(lián)系，形成“生命現(xiàn)象、生命活動規(guī)律都依賴相應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”的認知，了解生物體需與周圍環(huán)境進行物質(zhì)能量的交換，因此需要適宜的生活環(huán)境，從而關(guān)注環(huán)境保護等社會議題;讓學生關(guān)注生物學技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，利用所掌握的生物學知識分析與解決有關(guān)的社會問題，培養(yǎng)學生學以致用、應(yīng)對生活實踐問題的學科素養(yǎng);讓學生辨別周圍的偽科學和迷信行為，參與討論并作出理性解釋和判斷，嘗試解決生活中的問題，進一步培養(yǎng)學生的社會責任感。

綜上所述，在高中生物學教學中，教師應(yīng)以發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)為課堂教學的總目標，結(jié)合教學內(nèi)容采用多種教學方式、不同教學途徑，培養(yǎng)學生的生命觀念、科學思維、科學探究能力和社會責任感，使生物學學科核心素養(yǎng)真正落地。

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[1]? 劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）解讀[M].北京：高等教育出版社，2020.

[2]? 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書生物必修1 [M].北京：人民教育出版社，2003.

[3]? 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書生物必修1教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2014.

（責任編輯 黃春香）