問題分析型策略在高中生物教學中的應用

王凱

【摘 要】筆者以“酵母細胞的固定化”為例，從教學背景分析、教學過程、教學反思等方面闡述在高中生物教學中，如何建構問題分析型模式，并靈活運用問題分析型策略進行教學。

【關鍵詞】高中生物 問題分析型策略 應用

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）08B-0066-02

一、教學背景

“酵母細胞的固定化”屬于高中生物選修一專題四課題三的內容，整個選修一都是以實驗為主的課題研究。對學生來說，此部分的實驗內容較為抽象難理解，直接通過做實驗理清整個流程是非常困難的。基于此，筆者結合學生特點，并對教學內容進行綜合分析之后，采用問題分析型策略進行教學，充分利用教材中課題背景材料，與固定化酶技術，固定化細胞建構成知識系統，使這些模塊的知識與相應的問題進行匹配，進而延伸出一系列“問題串”進行課堂教學，以期讓學生理清實驗過程，具體操作留到下一節課在實驗室進行。

二、教學目標

1.理清固定化酶和固定化細胞的作用及原理。

2.嘗試制備固定化酵母細胞，并利用固定化酵母細胞進行酒精發酵。

三、教學重難點

制備固定化酵母細胞。

四、教學過程

（一）導入新課，明確直接使用酶的缺陷，引出固定化酶的重要性

以一段30秒鐘的加酶洗衣粉廣告，引出酶在生活中已被大規模地應用，進而引導學生思考：①加酶洗衣粉都有哪些種類？②這些酶通過什么樣的方式除去污漬？③在直接使用加酶洗衣粉的過程中，有哪些缺點，酶容易受到哪些因素影響？

通過以上問題的思考，學生不僅復習了上一課題內容《探討加酶洗衣粉的洗滌效果》，而且明確酶在直接使用過程中存在的缺陷；進而引導學生探討如何避免酶在直接使用中出現以上的問題。層層分析后得出將酶固定在某一載體中——固定化酶技術，由此引出下文固定化酶的探究。

（二）課堂探究一——固定化酶的應用實例——生產高果糖漿

學生明確固定化酶的優點后，對其已有一定的感性認識，教師再因勢利導，以固定化酶的應用——生產高果糖漿為例，讓學生閱讀課文并思考以下問題：

（1）什么是高果糖漿？食用這種糖有何好處？

（2）生產高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點？

（3）高果糖漿生產中反應柱的構造及生產過程是如何進行的？

通過以上問題的探討，讓學生明確利用固定化酶技術生產高果糖漿的好處，理清所需酶的種類和特點，通過課本中的圖（如圖1所示），引導學生層層分析固定化酶反應柱的構造及組成。在固定化葡萄糖異構酶的作用下，反應物葡萄糖轉變成果糖。通過層層設置問題導向，使學生理清了固定化酶的作用原理。將固定化酶技術的相關理論知識與生產高果糖漿實踐相結合，加深對此內容的理解，提高學生的生物科學素養。

學生在理清固定化酶技術的基本過程之后，教師接著展示工業生產高果糖漿的流程圖（如圖2所示）。

教師引導學生觀察糖漿生產過程，并分析以下問題：

（4）生產高果糖漿需要多少種酶？為了方便工業生產，這些酶能不能統一放到一個反應柱中進行反應？為什么？

（5）如何解決工業生產中不同酶制劑發生反應的問題？

（6）如果生產高果糖漿的所有酶都是由同一種細胞產生，那么怎么做可以提高生產效率？

通過以上問題的設置，教師的引導分析，學生明確不同的酶制劑所需的反應條件不同，不能放在同一個反應柱中進行反應，可以嘗試做不同的反應柱裝載不同的酶制劑來解決問題；如果這些酶都是一種細胞產生，那么可以考慮用固定化細胞來降低生產成本；進而引出固定化細胞的內容探究，為下文做好鋪墊。

（三）課堂探究二——固定化細胞——以酵母細胞的固定化為例

1.明確酵母細胞固定化方法，材料的選擇

教師繼續引導學生閱讀課文，明確固定化細胞的概念，并將其與固定化酶進行區分，接著思考以下問題：

（1）將酶或細胞固定化的方法有哪些？酶和細胞固定方法的選擇？

（2）固定化細胞常用載體有哪些？這些載體的共同特點是什么？對固定化細胞有何好處？

學生通過以上兩個問題的探討，明確了固定化酶和細胞的方法及其選擇何種方法的依據，明確載體的種類及其特點，為下文進行酵母細胞固定化的學習積累一定的知識。

2.利用微視頻進行教學，對固定化酵母細胞形成理性認識

學生在閱讀中把課本的實驗流程理清之后，教師讓學生結合學案上的問題，觀看酵母細胞固定化的教學微視頻，邊看邊思考具體步驟中需要注意的問題。在看完視頻之后，教師引導學生探討實驗過程需注意的問題。

3.理清實驗操作中要注意的問題，掌握酵母細胞固定化的過程

（1）制備固定化酵母細胞

① 酵母細胞的活化：活化是指什么？本質是什么？如何進行活化？在活化酵母的過程中要注意什么問題？

② 配制CaCl2溶液：如何配制？CaCl2溶液有何作用？

③ 配制海藻酸鈉溶液：制備過程如何？微火加熱并不斷攪拌有何目的？

④ 海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細胞？

⑤ 固定化酵母細胞。

（2）固定化酵母細胞的發酵

⑥ 沖洗：將固定的酵母細胞凝膠珠用什么來沖洗？目的是什么？

⑦ 發酵：發酵過程中錐形瓶為什么要密封？錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？

⑧涉及的化學反應方程式是什么？

⑨利用固定化酶或固定化細胞進行生產過程中，需要無菌操作嗎？

從這些一系列具體化問題的探討與分析中，學生不僅明確了整個實驗過程，而且還知道每一個實驗步驟的意義，弄清了怎么做。在為何做的過程中培養個人嚴謹的科學思維與態度，為下一節課真正進行實驗操作做好知識儲備。

4.課堂小結，練習鞏固

讓學生畫概念圖進行課堂小結，并比較分析直接使用酶、固定化酶、固定化細胞的異同點與優缺點；最后通過練習鞏固，強化知識遷移。

五、教學反思

對教師來說，運用問題分析型策略進行教學，需要構建一個比較完善的知識分類系統，筆者在進行備課過程中，將酶——固定化酶——固定化細胞的相關知識進行統籌安排，使得不同模塊的知識與相應的問題串進行匹配，以利于對學生進行層層引導，教學效果較為顯著。

對學生來說，科學系統的問題串，符合學生的認知特點。它不僅有利于學生對知識的掌握，而且在一定程度上培養了學生嚴謹的科學思維，提升學生的科學素養。

【參考文獻】

[1]吳文俊.高中課堂教學中問題串構成模式研究[J].首都師范大學，2008（4）

[2]朱素娟.新課程下培養學生生物問題意識策略的研究[J].福建師范大學，2007（8）

（責編 盧建龍）