“探究溫度對酶活性影響”實驗的半開放式教學設計

張 進

(江蘇省鄭集高級中學城區校區 221116)

1 教材分析

“探究溫度對酶活性影響”是人教版高中生物學必修一第5章第1節中的內容。本節教學重點是探究溫度對酶活性的影響。難點在于要求學生根據初中有關消化酶的知識以及加酶洗衣粉的生活體驗，提出具有探究價值的問題、作出假設、選擇材料、設計并實施實驗。讓學生在此過程中學會控制自變量、觀察和記錄因變量、設置對照組和重復實驗，加深對酶的作用本質及特性的理解，同時提高語言表達能力、實驗設計能力、分析推理能力，為教材后續內容的學習和探究性學習的開展打下良好的基礎。筆者嘗試在明確實驗目的的前提下，引導學生提出探究問題、設計完善步驟、選擇材料用具、實驗實施等，實現半開放式的實驗教學。

2 教學目標

2.1 知識目標 了解溫度對酶活性的影響。

2.2 能力目標 培養和提高發現問題、提出假設、設計方案以及實施實驗的能力。

2.3 情感態度與價值觀目標 通過實驗探究，促進關注有關酶研究最新發展及應用，培養科學精神和態度。

3 教學過程

3.1 創設教學情景，提出探究問題 教師出示某品牌加酶洗衣粉，讓學生閱讀使用說明及注意事項，啟發學生思考：為什么加酶洗衣粉在使用時水溫一般不超過60℃？引導學生做出推測：溫度可能會影響酶的活性。教師進一步引導學生提出探究問題：使用加酶洗衣粉洗衣時最佳的溫度是多少？

設計意圖：這種對來自于生活中加酶洗衣粉的使用說明及注意事項的閱讀，是激發學生科學探究興趣的“催化劑”，它能調動學生的各種感官，回顧和關注生活中隱藏的“為什么”，培養學生細心觀察、深入思考、科學求證的探究習慣。

3.2 依據已有知識，做出實驗假設 學生在初中已經對消化酶的特點有所了解，結合生活中對冬天和夏天洗衣粉的去污效果的體驗，教師鼓勵學生依據酶的定義及教材第二章有關蛋白質的特性，大膽做出假設：因為絕大多數的酶(加酶洗衣粉中的酶)是蛋白質，高溫和低溫可能改變酶的分子結構，使酶失活從而影響酶的活性，在最適溫度下酶的活性最高。這種假設是否正確，需要通過實驗才能驗證。

設計意圖：學生產生的疑問是一種“自我挑戰”，會催生學生利用已有的知識經驗去解決“新問題”的欲望，生成實驗假設(實驗原理)，推動學生驗證“假設”的真偽。

3.3 設計實驗方案 教師組織小組討論交流，通過設疑共同完善實驗方案。

(1) 教師提示將要提供的實驗材料、試劑和實驗用具，小組討論完成“探究溫度對酶活性的影響”初步實驗方案，展示如表1。

(2)小組間針對以上設計首先分析交流，教師引導學生提出問題和建議，共同修正方案。

疑問①：能否選用肝臟研磨液和過氧化氫溶液代替淀粉酶、淀粉溶液完成上述實驗？

考慮到過氧化氫本身易分解，在60℃、100℃條件下的過氧化氫的分解速率不能代表此溫度下的過氧化氫酶的活性，會導致錯誤結果，應舍棄。

疑問②：該方案中未將淀粉酶與淀粉溶液一同保溫，在酶與底物混合時會不會破壞預設的溫度？

可以另取3支試管并編號分別加入等量淀粉酶溶液，然后分別保溫后與淀粉混合進行實驗，這樣就使酶和底物始終處在預設的溫度下直至反應結束。

疑問③：實驗結果最可能是1、3試管溶液為藍色，高溫和低溫對酶的影響是一樣的嗎？如何證明？在加入碘液之前，1、2、3試管可以各預留一部分混合液，分別將預留的液體同時放入60℃水浴中保溫后，重復碘液檢測步驟，并將實驗結果與第一次進行比較。

表1 初步實驗方案

疑問④：能否用斐林試劑代替碘液進行檢驗？

用斐林試劑檢測需要水浴加熱，會改變預設的自變量(溫度)，違反實驗設計的單一變量原則。

教師鼓勵學生以小組為單位，結合以上的討論分析，補充修訂完善實驗方案，修訂完善后的實驗方案見表2：

表2 修訂完善后的實驗方案

設計意圖：教師提供實驗材料、用具和實驗條件，鼓勵學生設計實驗方案，并通過設疑，與學生共同完善實驗方案，充分發揮學生學習的主動性，培養學生的設計方案能力。

3.4 實施實驗、分析現象、得出結論 教師指導學生分小組按方案進行實驗，規范操作步驟，并要求學生記錄實驗現象和結果，并對數據進行分析整理，尋求直觀的數據處理方法，得出結論。

設計意圖：通過實驗實施培養學生的動手操作能力、通過構建溫度對酶活性影響的曲線數學模型培養學生數據處理能力、觀察分析推理能力。

3.5 實驗后的總結 在實驗完成后，教師鼓勵學生大膽提出自己的疑問和反思。本實驗結果顯示，60℃左右條件下淀粉酶活性較高，教師提出問題：60℃是淀粉酶的最適溫度嗎？不同種酶(如脂肪酶、蛋白酶等)、不同生物體內的淀粉酶最適溫度都是相同的嗎？另外，本實驗更像是一個溫度對酶活性影響的定性測定等問題，能否轉變為溫度對酶活性影響的定量測定呢？溫度是否會影響碘液檢測的效果？若會，應如何避免？教師鼓勵學生深入思考、大膽發言，并從中提煉出值得研究的問題，應用科學探究方法繼續研究。

設計意圖：通過對實驗過程和結果的思考和辨析，培養和提升學生的邏輯思維、批判性思維能力，拓寬學生對知識探索和研究的思路。

4 教學反思

傳統的以教師為主導的實驗課教學，學生學習往往比較被動，而以學生為主導的開放式教學，則常常難以在規定時間內完成教學目標。本節課以半開放式的教學設計，即教師給定蘊含本實驗課的探究問題的教學情景，引導學生提出探究問題，并提供實驗試劑、用具和條件，讓學生來設計實驗方案，教師再引導學生完善步驟，實驗完成后引導學生發現新的問題，激發學生自主學習積極性、主動性、提高其生物學實驗綜合素質。這種教學設計具有便于實施、結果和實驗成本可控、適宜于正常教學時間開展的優勢[1]。