優化課堂教學設計，實現學科能力生根

黃鳳珍+趙海麗

摘 要 以“降低化學反應活化能的酶”這節課為例，談如何通過課堂教學設計的優化來實現學科能力生根。

關鍵詞 教學設計 教學優化 學科能力

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）06 - 0030 - 03

學科能力是指學科課程學習中學生必須具備的基本品質。能力生根，即在教育活動中，切實把能力培養落到實處，為每個學生的人生成長奠定終身必備的能力基礎，讓各種能力成為學生人生成長之根。

學科能力生根的關鍵在課堂。教學目標定位精準，方能使教學流程的設計更加科學，使問題情境的創設更加合理。著眼于學科能力生根的課堂教學目標，必須不唯知識，而做到知識與能力并舉，且此能力為真正的學科基本品質。教學流程設計科學，方能使教學目標得以落實，使師生作用得以合理發揮，使課堂教學效益實現最大化。著眼于學科能力生根的課堂教學流程應該不唯教師的教，而做到教與學并舉，且更多地關注學生的學；應該不唯教師的知識傳授，而做到教師的知識傳授與學生的自主探究并舉，且更多的關注學生的自主探究。

筆者在“降低化學反應活化能的酶”這節課中，通過對知識點內涵的剖析和知識間關聯的梳理，確定本節課的能力培養目標。筆者反復比較了知識傳授中滲透能力培養的方法，對“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗進行重組，對教材內容的教學順序進行重整，采用問題鏈的形式對教學過程進行動態推進，完成對“酶”的逐步深入探究。

1 導入新課

教師展示細胞的亞顯微結構圖，設置問題：葉綠體、線粒體、核糖體的功能是什么？光合作用、有氧呼吸、脫水縮合都是細胞中的化學反應，細胞中的化學反應統稱為細胞代謝。哪些方法可以加快反應速率？

2 驗證實驗：加熱和加無機催化劑均能加快反應速率

2.1 學生完成實驗操作，獲得感性認識

H2O2分解產生氧氣和水，可通過氣泡產生的速率和衛生香復燃情況衡量反應速率，學生按照表1實驗步驟進行實驗，觀察實驗現象。分析實驗步驟：為什么要設置1號試管？什么是對照實驗？學生得出結論：1號和2號對照，說明加熱能加快反應速率；1號和3號對照，說明催化劑能加快反應速率。

2.2 進行理論升華，掌握變量控制方法

教師結合實驗步驟，設置問題鏈引領學生思考，在分析問題的過程中明白實驗的目的是觀察自變量對因變量的影響，實驗過程中要控制自變量，排除無關變量，觀察因變量。問題鏈如下：

① 該實驗中哪些因素是可以變化的？

② 該實驗中需要人為改變的因素是什么？該因素的改變會直接導致哪一個因素的變化？

③ 3支試管中H2O2的量和濃度為什么要保持一致？它們會不會影響實驗結果？

④ 如何排除無關變量對實驗結果的干擾？

⑤ 如果各組過氧化氫放置時間過久，濃度很低，將會出現什么現象？

優化策略：教師通過實驗操作調動學生的學習熱情，使學生迅速進入學習狀態；學生獲得感性認識的基礎上進行理論升華，這就是杜威的“做中學”。教師通過實驗引領學生觀察分析并提出問題；學生在解決問題的過程中最終掌握變量控制的方法和原理，實現能力生根。

3 探究：細胞中過氧化氫快速分解的原因

3.1 學生自主合作探究，得出初步結論

教師：H2O2是細胞代謝產生的有毒物質，必須快速分解掉，細胞中的H2O2為什么能快速分解呢？細胞內有與無機催化劑作用類似的物質嗎？是通過加熱來加快反應速率嗎？你的假設是什么？怎樣設計實驗驗證假設？給大家準備新鮮的肝臟研磨液和煮沸后的肝臟研磨液。如果細胞中有某種物質，研磨后可將這種物質釋放出來，增加與H2O2的接觸面積。煮沸后的肝臟研磨液即可模擬經過加熱的細胞。

學習小組討論，設計實驗步驟。大多數學生的假設是細胞中存在催化劑，設計的實驗方案如表2所示。學生實驗后得出結論：細胞內確實存在著與無機催化劑類似作用的物質。在H2O2中加入2滴煮沸的肝臟研磨液幾乎沒有氣泡產生，說明細胞不能通過加熱來加快反應速率。

3.2 回顧經典實驗找出科學本質

教師提出問題：細胞中的催化劑是無機物還是有機物呢？是需要活細胞才起作用呢，還是有這種物質就能起作用？教師要求學生帶著這樣兩個疑問閱讀一段科學史，并思考：巴斯德、李比希、畢希納的觀點分別是什么？酶的化學本質是什么？學生最終得出結論：細胞中的催化劑是酶，酶的化學本質是有機物。

優化策略：教師教會學生科學探究的方法，并提供探究的舞臺，通過實驗探究還原事實本來面貌，實現自主探究能力的生根。學生通過回顧科學家的經典實驗找出酶的本質，使實驗結論更科學、更完善。教師在實驗方案設計的過程中，進一步強化鞏固實驗變量的控制方法，糾正少數學生提出的“加氯化鐵”做對照的錯誤。

4 探究：酶的性質

4.1 定量實驗感知酶加快反應速率卻不改變產物的生成量

教師提出問題：4號和1號試管對照，說明什么？4號和3號試管對照，說明什么？4號試管中氣泡產生速率比3號的快，是不是產生的O2量就多呢？隨著時間的變化O2產生量怎樣變化？

學生畫出坐標曲線圖。教師提出學生所畫曲線是否正確，需要做定量實驗檢驗。

教師展示注射器這一生物學上常用的定量實驗器材，并提出問題：怎樣衡量氧氣產生的多少？

學生說出實驗方案。

教師提出問題：注射器能否吸完過氧化氫接著吸肝臟研磨液？

學生：不能。因為反應速率太快，氣體漏出。

4.2 演示實驗感知酶反應前后性質不發生改變

教師提出問題：

一段時間后O2產生量不再增加的原因是什么？

是不是H2O2已耗盡呢？

在學生實驗的過程中，教師演示兩組實驗：加1 mL過氧化氫到試管中，繼續產生氣泡；另一組加酶到試管中，反應并不再發生。實驗現象也說明酶在反應前后自身的性質和數量不發生變化，可以重復使用。

優化策略：教師通過定量實驗的精準數據來進行數學模型的檢驗；通過短短的演示實驗，可以迅速解答學生心中的疑惑。實驗形式的變換有效地維持了學生高漲的探究欲，也進一步實現學生定量實驗設計能力的生根。

5 探究：酶的作用機理

5.1 問題引領，動畫體驗

教師設置問題：

① 分子處于什么狀態才能發生化學反應？

② 分子由常態轉變為活躍狀態所需要的能量稱為什么？

教師講授活化能的概念和相關曲線，要求學生結合動畫思考：

① 加熱促使H2O2分解的機理是什么？

② 催化劑促進H2O2分解的機理是什么？

③同Fe3+相比，H2O2酶催化效率更高的原因是什么？

學生回答：各條件使反應速率加快的本質是：加熱能提高分子能量；氯化鐵能降低化學反應所需的活化能；酶能顯著降低化學反應所需的活化能，這也是酶催化效率更高的原因。

5.2 數據分析，建構模型

根據表格中H2O2分解所需的活化能的數據，學繪制反應過程中能量變化的坐標曲線圖并在圖中標出氯化鐵和酶所降低的活化能（圖2）。

優化策略：通過動畫的直觀演示和科學數據的精準分析，教師引導學生認同酶能顯著降低化學反應活化能的作用原理。學生通過觀看動畫和分析數據，實現信息的獲得、處理、運用能力以及圖表轉換、模型建構能力的生根。

本節課通過對課堂教學設計的優化，有效地達成了實驗變量控制、實驗探究、定量實驗設計、模型建構等多項能力生根的教學目標。學科能力生根是個漫長的過程。教師關注每一堂課，才是使學生走向能力生根的正道。