“兩次倒轉”教學機制下高中生物學核心素養的培養
——以“酶的作用與本質”一節教學為例

吳開其 張 晉

(四川省瀘縣第二中學 瀘州 646100)

本文結合郭華教授提出的“兩次倒轉”教學機制[1]，例談以“酶本質—酶作用—酶催化作用的證明—酶催化機理”為線索展開的教學。

1 “倒過來”使得教與學具有意義

教學過程不是簡單、孤立的傳遞知識過程，而是學生個體的認識過程，是“倒過來”的過程。

1.1 將新知識作為學生認識的起點 學生對酶的概念和作用并不是完全陌生。例如，在“蛋白質功能”和“分泌蛋白合成與運輸”學習中都有涉及，教學中可先提出概念：“酶是活細胞產生的、具有催化作用的有機物”，作為學習的起點。新知識不是教學核心任務，只是幫助學生產生認知沖突，讓學生更加清楚認識的方向。

1.2 將化解認知沖突作為課堂教學目標 筆者認為本節課的教學目標是解除學生真正的認知沖突：科學家怎樣知道絕大多數酶是蛋白質，少數酶是核酸，又怎樣理解和證明酶在化學反應中起催化作用。

1.3 教與學在化解認知沖突中統一 就教師呈現的“人類對活化能的認識”與“學生理解的酶促反應中酶作用機理”之間的矛盾而言，學生的學習任務就是：明白“降低反應活化能為什么就能加快反應速率”，而教師教的任務就是：多種方式和途徑建立起“活化能與酶作用機理”之間的聯系。師生需要共同努力去化解學生產生的認知沖突而使教學有意義。

2 “轉回去”過程中自然完成“核心素養”的培養

“轉回去”就是通過教師基于學情的引導將新知識像茶葉一樣“泡開”，“新知識”作為認識起點，教與學從問題出發“生長”開去[2]，引導學生將新知識轉化為前行的基礎和力量。

2.1 將新知識引向問題是“責任”素養培養的開始 當學生正在專心識記關于酶的概念時，教師話鋒一轉：“大伙兒就這樣‘無情’地汲取人類近200年的研究成果嗎？你們忍心將這些曾經作過無限犧牲的科學家置之不理嗎？”這兩個問題本身不具問題思考的意義性，但是以反問的語氣在暗示學生有責任去“緬懷”酶的發現歷程。這樣比起直接問：“酶的探索歷程是怎樣的？”可賦予學生根據人類成果創造未來歷史的使命感和責任感，促使學生能夠走進歷史并有創造未來歷史的能力、品格和情懷。

2.2 問題解決情境化有利于科學思維全面培養 有些概念性的、規律性的問題，需要就問題情境進行類比、分析、推理、創造性批判和演繹。例如，關于“酶降低活化能”問題的處理。首先，讓學生先看動畫，說出催化劑是怎樣使得化學反應速率降低的；其次，在黑板上根據活化能概念，在圖上繪出相應曲線a，以曲線的形式解釋什么是活化能，請學生根據自己的理解劃出表示“酶降低化學反應活化能”的曲線b，接著請學生繼續繪出表示“無機催化劑降低化學反應活化能”的曲線c(圖1)；再次，拋出“多個運動員跳高”例子，“千軍萬馬參加高考”例子，讓學生主動類比。在這樣的認識過程中，學生也許會問到“橫坐標能否表示時間？”“在催化劑條件下，酶不為反應物提供能量，為什么分子能量會自發上升？”通過這樣問題，類比、推理、演繹形成自己對“催化劑降低活化能”的理解。

2.3 問題層次化促進科學探究深入進行 教材中除探究實驗外，驗證實驗、一些實驗設計片段以及一些探究假設引導都是科學探究“核心素養”培養不可缺的部分。例如，當提出“設計實驗證明H2O2酶具有催化作用”這一議題時，可分解成幾個關鍵問題進行層次化推進。問題①：要證明H2O2酶具有催化作用，可以證明其能加快反應速率，可以怎樣設計實驗？讓學生完成圖2所示的1號和2號試管表示的實驗。問題②：圖2所示的2號試管對應現象能完全說明H2O2酶在反應中起催化作用嗎？師生討論還有可能性是：H2O2酶和H2O2可能一起快速發生化學反應的結果。問題③：怎樣設計實驗去彌補剛才實驗的缺陷？引導學生設計并操作如圖2所示3號試管和4號試管對應的實驗，證明反應前后酶本質沒有改變。問題④：換個角度思考若H2O2酶在反應中起催化作用，我們還可以怎樣證明？引導學生根據提供的實驗器材設計圖2所示的5號試管和6號試管對應的實驗并操作，通過觀察氣球最后的大小，證明催化劑不會改變化學反應生成物的量。

3 兩次“倒轉”相輔相成推動“核心素養”培養螺旋式前行

教學其實是根據學情基點，結合新知識將認識推向一個新高度，再以新的高度為基礎將認知推往另一個高度的過程。

3.1 “倒過來”是為“轉回去”提供目標和新探討點 首先，新的知識“酶的本質”本身就是學習的目標和學習的重點；其次，新知識喚起學生進一步達成目標的心智。讓學生明白，自己與歷史長河中的科學家相比，所欠缺的是需要培養責任擔當，學習科學方法，鍛煉科學思維，讓科學發展的“火焰”蔓延；再次，“倒過來”為“轉過去”提供新探討點：如解決“為什么加熱和加催化劑同樣可以改變反應速率”這一問題，必須以“活化能”概念作為新知識成為進一步學習的起點。

3.2 “轉回去”是為下一次學習鋪墊新起點 一方面，教學過程需要將探討不斷展開，引出新問題。例如，“活化能”概念學習后，進一步關注的新問題：“如何解釋FeCl3和H2O2酶催化效率不同？”又如，學習“控制變量”相關概念后，引向新問題：“說出之前設計的證明酶是催化劑是否符合控制變量法，如果不符合又應當怎樣改善實驗？”另一方面，教學過程更需要將問題深入，完成學習進階。在整條教學主線上，需要一些拓展和延伸進行重難點的飽和處理，以此形成課堂分支深入下去。

3.3 “兩次倒轉”運作在課堂之間 新知識指向的新問題可以在課堂前、中、后生成，特別在課后產生的問題可為下一堂課作鋪墊。課堂結尾是下一堂課“兩次倒轉”的開始，如本節教學可以詩歌朗誦結尾，懸念設置，承上啟下，引起“酶的特性”新的學習。

古釀千年，聞一字而尋。

尋，只為你的原貌，

尋，只為你的驕傲。

你那單純的本性是那么的熟悉，

你那特殊的魔力讓人全盤折服。

催生出我生命中的多彩與幻化。