追求創新使得生物學實驗教學精彩紛呈

馬麗　桂梓

《探究影響酶活性的因素》是人教版高中新課標生物必修一《分子與細胞》第五章第一節中的第一課時。第五章《細胞的能量供應和利用》主要闡述的就是細胞的新陳代謝進行及其條件。其中，生物酶以其高效、專一的特性使得細胞內的新陳代謝反應能在常溫、常壓下快速有序地進行，這對于保障細胞正常生命活動具有極其重要的意義。但是，酶的催化活性是會受到環境中多種因素影響的。因此，讓學生了解和感受影響酶活性的因素非常重要，它不僅能讓學生對酶有更全面的認識，還能幫助學生更好地理解為什么光合作用、細胞呼吸等生理過程會受到一些環境因素的影響，理解保障內環境穩定的重要性等多項重要內容。可以說，本節課的內容對于高中生物各個模塊的關于“生物體生命活動的進行和能量的轉變”等核心知識的學習都意義重大，具有承上啟下的作用。

《探究影響酶活性的因素》是一節以實驗教學為主的課，而在上一節《酶在細胞代謝中的作用》中，教材重點安排了學生做“比較H2O2在不同條件下分解速率”的實驗。教材結合這個實驗，要求學生學會區分自變量、因變量、無關變量，以及設置對照實驗。在這個基礎上，本節課可以讓學生在實驗室中進行分組實驗，親身獲得酶的活性受溫度、酸堿度等有關因素影響的實驗證據，還可以通過定量化的探究實驗，讓學生認識酶活性的范圍。

本文從以下四個片段對這節課進行賞析。

片段一：【導課】酶——我們的生活中無處不在

【片段展示1】本節課的導課是一段音樂輕快、畫面活潑的視頻：2012年米蘭時裝周水洗牛仔時裝表演。通過老師對時裝、服裝設計、面料及其生物科技的介紹，同學們的目光很快被吸引，課堂氣氛輕松歡快、引人入勝。

【教學賞析】視頻觀看完畢，教師簡要介紹纖維素酶的作用原理：纖維素酶可以在一定pH和溫度下，對牛仔布的纖維結構產生降解作用，并且除掉附于纖維表面的染料，使布面可以較溫和地褪色、褪毛，洗后布料明顯更加柔軟、自然、色澤亮麗。時裝表演，讓學生們看到了牛仔布的發展歷史，從傳統的單調厚重的牛仔布，到現在色彩明亮、式樣多變的水洗牛仔。通過水洗牛仔布的生產工藝介紹，引出酶在生活中的廣泛應用，進而通過給出的學案資料引出酶的活性發揮需要一定條件。服裝面料的處理和質感，自然引出本節題目《探究影響酶活性的因素》，順利完成“發現問題” “提出問題”這一步驟，貼近生活，符合學生的生活認知。

片段二：【實驗探究一】抓住核心——探究影響酶活性的因素

【片段展示2】本節課的主要目的是讓學生親身獲得酶的活性受到溫度、pH、濃鹽、重金屬離子、酒精等多種因素影響的實驗證據。實驗探究一在本節課中的作用是非常重要的，它不僅為實驗探究二奠定了基礎，同時它本身就是一個具有創新性的、高效率的實驗。實驗一共有7組，除蒸餾水處理的對照組之外，教師分別選擇了高溫、HCl（pH=2）、NaOH（pH=9）、10%NaCl、5%AgNO3以及95%的酒精處理等6組實驗，其中pH、溫度是課本中要求掌握的影響酶活性的因素，NaCl是人體內的常見物質，重金屬、酒精是常見的導致蛋白質變性的因素。通過一個實驗，就讓學生親身獲得了影響酶活性的多種因素的實驗證據，充分提高了課堂效率。

【教學賞析】

在實驗探究中，學生真正成為學習的主體，他們自主學習，在這個過程中他們可能會有創新，也可能會發生錯誤，但實踐操作過程會給他們發現錯誤的機會。因此，實驗教學對提高學生的綜合素質有非常重要的意義。

實驗探究一在本節課中的主要作用是讓學生親身獲得酶的活性受到多種因素影響的實驗證據，也為接下來實驗探究二中學生自主探究pH對酶活性的影響規律奠定了認知和能力基礎。實驗探究一的實驗方案是由老師設置好，學生分組討論后按要求進行操作的。之所以設置這樣的教學程序，主要是基于以下考慮：一是學生只是在上一節“比較H2O2在不同條件下的分解速率的實驗”中首次接觸到實驗變量及變量控制的問題，對對照實驗的原理和原則的領會還不深刻，實驗過程還不熟練；二是由于在實驗課中，學生普遍存在對整個實驗還沒有形成總體的認識就開始實驗的情況，而本實驗要分7組進行，要用到的實驗藥品、器材較多，若對實驗目的和過程沒有明確的認識，很容易操作錯誤。所以，先通過分組討論，明確實驗的具體步驟、實驗器材的使用次序和方法之后再動手實驗，可以讓每個學生都能理解實驗目的、明了實驗過程，有助于培養學生重視探究過程，而不只是結論的觀念。

片段三：【實驗創新一】科學選材——比較選材 合理處理實驗材料

【片段展示3】教師選用新鮮的豬肝做實驗材料，實驗前先除去豬肝外包被的筋膜，然后迅速放入冷藏室冷藏（-10℃）三小時，實驗前二十分鐘取出，用打孔器打成長條狀，實驗時切成相等長度的豬肝條小段，用鑷子夾取，放入試管中。

【教學賞析】本節課的實驗材料是豬肝小塊。其實，最初準備這節課時，所選定的材料是新鮮馬鈴薯，因為馬鈴薯含有過氧化氫酶，又便于切出大小均勻的小塊，可能因為貯存和實驗時間的原因，試用了好幾個品種的馬鈴薯，實驗效果都不理想。所以，只好改選用常用材料——豬肝，但像豬肝這樣的軟組織，很難切出均勻的小塊；若將豬肝處理成豬肝糜、豬肝軟組織研磨液或者稀釋液，在取用時也會有少量粘附在取用小勺器械上，或者吸附在移液管內壁里，造成用量難以準確，產生誤差。經過冷藏（-10℃）處理過的豬肝條，很容易用打孔器打出均勻的長條，再切成大小基本一致的小段，用量準確。冷藏處理過的豬肝條由于是低溫保存，不不影響酶的活性發揮，實驗效果與未經過冷藏處理基本一致。

片段四：【實驗探究二】深度探究——pH對酶活性的影響規律

【片段展示4】在實驗探究一已經可以確認pH會影響酶的活性的認知下，我們進一步探究pH對酶活性的影響規律。具體過程如下： 將新鮮的豬肝小塊放入反應板的10個圓孔中，再分別加入HCl和NaOH調制成的pH1-pH10溶液，浸泡處理3分鐘，取出后分別放入10支含5ml過氧化氫的試管中，觀察相同單位時間內的試管反應，通過產生氧氣的量推理分析得到以下結論：一是酶有其作用的最適pH，不同生物酶的最適pH不同；二是低于最適pH，酶活性隨pH的升高而增強，高于最適pH，酶活性隨pH的升高而降低；三是過酸或過堿會抑制酶的活性。

【教學賞析】實驗探究二在實驗探究一的實驗材料和實驗方法的基礎上，由學生自主設計實驗，通過定量化的探究，了解pH對酶活性的影響規律，這就對學生提出了更高層次的要求。實驗觀察要求分析找出豬肝中含有的過氧化氫酶的活性變化的pH條件，結果又以下五種情況：最適pH、低于最適pH、高于最適pH、過酸pH1和過堿pH10。實際上，本實驗運用的過酸pH1至過堿pH10連續的梯度，是先通過探究，獲得實驗結果，再推理分析，得到結論的。這樣實驗設計科學，符合問題研究的邏輯關系。

片段五：【實驗創新二】改造用具——去繁就簡 科學設計實驗用具

【片段展示5】為了更清晰地看到氣泡上升的速度和數量，教師把20厘米的直尺刻度線延長到深色卡紙上，然后粘貼固定在試管架的后方。實驗時，學生從試管架的前方，平視正在發生反應的試管，對應深色卡紙畫好的刻度位置，就可以輕松地讀出數值。學生在試管內加入H2O2后讀取一次起始數值，在深色卡紙上標出起始液面高度；發生反應一定時間后再讀取一次數值，標記終止液面高度，每支試管都照此處理（可以控制反應時間相同）。實驗完成后，用直尺量出深色卡紙上每支試管起始液面和終止液面間的距離，記錄數據，完成曲線圖。另外，還可以直接把卡紙上的每根試管的初始點連成直線，當成橫坐標，反應后讀取的點也可以連成曲線圖，依據實驗所得曲線圖趨勢分析，學生能更直觀地體會pH對酶活性的影響規律。

【教學賞析】實驗探究二是一個定量分析實驗，在酶的催化下， H2O2迅速分解產生的大量氣泡，是無法通過計數個數來檢測因變量的，所以，考慮用直尺測量相同時間內試管中產生氣泡的高度來進行定量對比，對此，學生也能在啟發之下回答出來。但在動手操作的過程中，發現簡單的分別用直尺來測量氣泡高度的方法也存在著很大的誤差。比如，學生把直尺和試管擺在一起時，很難保持豎直；讀數時，手持試管的高度也存在誤差。讀取的數據，在不同的實驗組之間的對比，自然也就不夠準確。以上對實驗用具的創意設計，一是解放了學生的雙手，不用同時拿著直尺和筆，記錄也只要用長鉛筆在卡紙上畫點即可；二是觀察的時候可以平視，減少了實驗誤差的產生；三是試管在試管架上平穩地進行反應，避免了手持的晃動給實驗操作帶來的危險。

實驗裝置的選擇、設計和完善程度，是決定實驗成敗的關鍵。教師在實驗材料的選擇和制備上的創新，使得實驗操作簡單而準確。

結束語：追求創新，使得生物學實驗教學精彩紛呈

本堂實驗課設計的特點：一是設置層層遞進的教學環節，提高課堂效率；二是制定創新高效的實驗方案，逐步提升對學生的能力培養；三是選擇科學有效的實驗材料及改進完善實驗裝置，以保證實驗的科學與嚴謹；四是開放自主的實驗探究，充分體現學生的主體地位。

教學過程中，設計的實驗探究一和實驗探究二之間既獨立又聯系緊密。本節課的主體環節就是這兩個實驗探究，其中實驗探究一是一個定性實驗，實驗探究二是一個定量實驗，實驗探究一和實驗探究二所使用的實驗原理、器材和方法是基本相同的，這樣的設計方式不僅能充分挖掘實驗的價值，還讓整個教學過程具有連貫性，層層深入，逐步提升對學生的能力要求。

本節課充分發揮了學生的主體作用，有利于培養學生思考分析、觀察動手、合作交流等多項能力，全面貫徹新的課程理念，對學生綜合素質的提高具有非常重要的意義。