基于科學思維培養的“酶的作用”教學實踐

林 佳 趙群英

（1 廣州市南武中學 廣東廣州 510220 2 廣州市海珠區教育發展中心 廣東廣州 510310）

科學思維是高中生物學學科核心素養之一，是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力［1］。科學思維具有極強的邏輯性和系統性，需要通過一定的方式方法對學生進行相關培養，幫助學生基于已有的知識、證據和邏輯對新情境進行探討和論證。筆者以人教版必修1 第5 章第1 節中“酶的作用”這一內容的新授課為例，嘗試在高中生物學課堂進行科學思維培養的教學實踐。

1 教學現狀分析、教學目標與教學策略

本節課為高一年級新授課，學生的抽象思維仍未完全形成，對“活化能”等專業術語的理解難度大。筆者通過創設情境→問題驅動→鞏固效果等教學環節，達到以下教學目標：通過對情境的分析，能用物質與能量觀點認識酶的作用；能以書面形式記錄課堂體驗感受；基于課堂和生活體驗的事實，從證據推導出結論，說明酶的作用原理，準確、清晰地表述概念，訓練邏輯思維的流暢性、嚴密性。

2 教學過程

2.1 創設情境，提供思維沃土 科學思維首先要求學生要學會尊重事實和證據，而尊重事實和證據的前提是要讓學生感知和接觸事實和證據。因此，筆者創設了特定的生活情境——體驗日常生活中肉類嫩化的方法（表1），讓學生接觸事實和證據，引導學生發自內心地尊重事實和證據。

表1 體驗日常生活中肉類嫩化方法的教學設計

感性認知是人們通過感官直接接觸外部世界，在大腦中形成感覺和印象，并初步認知事物表象的一種方式，是人們進行理性認知的前提和基礎。有研究發現，如果基于多種感官對學習者進行信息輸入，能獲得良好的教學效果［2］。

木瓜蛋白酶是一類巰基蛋白酶，多從番木瓜的乳汁中提取［3］。木瓜蛋白酶能催化多種蛋白質的水解，且耐高溫和耐受一定范圍的pH 值變化，活性強、穩定性好，對金屬離子和去垢劑不敏感，因此被廣泛應用于食品行業中的肉類嫩化、啤酒澄清和飼料添加劑等方面［4-5］。課堂開展“含木瓜蛋白酶的嫩肉粉嫩化肉塊”這一體驗活動，學生興趣盎然，筆者巧加點撥，除了從常規的視覺、聽覺刺激學生，還創設不同情境調動學生的觸覺和經驗進行學習。這一教學設計將抽象、高深的生物學知識融入到活色生香、可摸可觸、直觀易懂的載體中，借助感性認知的渠道，水到渠成地激發了學生對酶的作用進行深入認知的學習欲望，培養了比較、分析等科學思維方法。

2.2 問題驅動，培養思維品質 問題是學生課堂學習的驅動力之一。教師提問具有預設性，能針對教材的重、難點而定，卻容易忽略學生的自發性和個體差異；學生提問具有突發性和生成性，卻能極大反映其思維邏輯，進而激發學習動力，鍛煉思維品質。因此，筆者呈現生活情境后多給予學生時間思考討論，鼓勵其大膽質疑。經過一輪“頭腦風暴”基本達成一致，可歸納為以下2 個問題：①加酶后肉質為何迅速變嫩；②扯開未加酶與加酶肉塊的力量為何不同。針對抽象邏輯思維薄弱的高一學生，筆者在教學中搭建分步式問題架，即將復雜難解的問題進行解構分步，讓學生對“酶能嫩化肉塊”這一現象進行逐層剖析，建立已有生物學知識與新事物、新知識之間內在的邏輯聯系，進而通過抽象和概括、演繹和歸納等思維方法，幫助學生形成科學概念，逐步培養學生的科學思維。

針對疑問①“加酶后肉質為何迅速變嫩”，筆者搭建了如圖1所示的分步式問題架①：從肉塊的主要成分入手，利用學生已有知識逐層分析該成分的基本單位和所需化學鍵；再引導學生聯系初中化學習得的“催化劑”特性，幫助學生構建“酶是催化劑，能加快化學反應速率”這一概念。

針對疑問②“扯開未加酶與加酶肉塊的力量為何不同”，筆者搭建了如圖2所示的分步式問題架②。通過分步式問題架①習得的知識，讓學生對扯開未加酶與加酶肉塊的力量進行對比，得到“酶能減小扯開肉塊的力量”的2 種觀點；結合催化劑的特性，學生更支持“酶降低了斷開肽鍵的能量”這一觀點。最后由筆者引出“活化能”的概念，幫助學生歸納酶的作用是“顯著降低化學反應活化能”。

杜威的“兒童中心主義”思想強調，教師的設問應了解學生的各種需要，并根據學生已有的經驗和思維特點確定難度適宜的問題，真正體現學生的愿望與要求。通過筆者的教學實踐發現，組建的2 個分步式問題架恰到好處地幫助學生解決了疑問。由淺入深的分步式問題為學生指明了科學思維的方向，逐步深入、環環相扣、螺旋上升。難度不大的問題，貼近學生的最近發展區，學生可以嘗試自行解決，同時完善自身的知識體系，建立起初、高中學科間的聯系，拓展科學思維的廣度。難度較高的問題，教師為學生鋪墊科學思維的跳板，幫助學生“躍過”難點，延伸科學思維的深度。這種以問促問、循序漸進的分步式問題架，需要教師整體性把握所授知識的內在邏輯，引導學生從“有疑”到“無疑”的思維轉變，真正落實新課程改革的教學理念，踐行科學思維的培養。

2.3 遷移應用，鞏固培養效果 通過搭建分步式問題架，向學生展示剖析問題的方式，使學生初步了解科學思維的方法。筆者深挖“土豆燉肉”這一情境（表2），引導學生遷移應用，嘗試探討生活情境中蘊含的生物學原理。

有效的課堂教學旨在引導學生進行“有意義學習”以真正理解所學知識。周成海［6］將國內外學者對“理解”的評價指標進行整理發現：學生理解知識，即能建立所學知識與原有知識之間的新聯系，識別出概念、觀點之間的差異，能基于所學知識做出推斷和預測，并應用于新情境。基于此，筆者對本課例開篇的“土豆燉肉”情境提出質疑，激發學生積極思考和探索的興趣。筆者通過聯系學生的生活經驗和初中物理學知識，抓住關鍵點進行設問，問而不答，拋磚引玉。學生運用課堂習得的分析、比較和歸納等科學思維方法，最終自行解決問題，不僅對酶與加熱使肉塊變軟的作用異同有了更深入的理解，而且獲得一定的學習成就感。這一設計，既為學習“酶的特性”作了鋪墊，又鞏固了科學思維的培養效果，事半功倍。

表2 深挖“土豆燉肉”情境的教學設計

3 教學體會

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出，學生應該在學習過程中逐步發展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等方法探討生命現象及規律，審視或論證生物學議題［1］。筆者落實科學思維培養時，時刻遵循學生的認知規律：由感性認知向理性認知推進、由淺入深設問、由舊知識向新知識過渡、由單一學科向多學科聯系，幫助學生尋找知識內部的邏輯關系。筆者還通過創設各種真實情境，重視培養學生的問題意識，引導學生理解與運用科學思維。在不斷滲透科學思維培養的課堂上，學生終將實現從“一竅不通”到“庖丁解牛”的轉變。