基于生物學核心素養的高中生物實驗教學

張凌霞

[摘? ?要]以“酶活性受溫度影響”實驗為例，探討在實驗教學中如何引導學生設計、論證、反思，及實驗后編制“PPT實驗報告”，以促進學生有效建構核心概念，提升學生的生物學核心素養。

[關鍵詞]生物學核心素養;實驗教學;高中生物;酶活性

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）20-0092-02

實驗教學是高中生物教學的基本形式之一，其承載的功能不可忽視。實驗與探究能力是高考考核目標與要求之一。一線教師也都會盡可能地創造條件讓學生做實驗，但效果卻不盡如人意。主要原因如下：學生很少經歷實驗設計過程，多是根據課本（教輔）或教師給定的實驗步驟按部就班地操作實驗，很少對實驗現象進行分析，尤其是很少分析實驗結果與預期結果不一致的原因，很少基于實驗結果分析形成具有邏輯關系的實驗結論。學生在實驗過程中，如果能經歷實驗探究過程，獲得令人信服的證據，就能深刻理解生物學概念，實現概念的遷移與運用;同時領悟科學研究的方法并習得相關的操作技能[1]。基于此，筆者以“酶活性受溫度影響”實驗為例，通過引導學生設計、論證、反思，并于實驗后編制“PPT實驗報告”，促進學生有效建構核心概念，從而提升學生的生物學核心素養。

一、問題引領，設計完善實驗

在“酶活性受溫度影響”實驗的教學中，筆者首先提出問題：化學本質為蛋白質的酶，其活性受哪些條件影響？學生基于“蛋白質”一節的學習，很容易得出：溫度是影響酶活性的重要因素;然后追問：“如何利用以下材料設計實驗證明這一觀點？”材料有：質量分數為2%的新制工業淀粉酶（最適溫度為60～85℃）、唾液淀粉酶（學生自備）、質量分數為3%的可溶性淀粉溶液（配置好后加熱至淀粉完全溶解，冷卻備用;另一種未經加熱處理）、斐林試劑、碘液、水浴鍋、試管、溫度計、多孔反應板[2]。筆者通過問題串引領學生思考并設計實驗，如應選擇哪種淀粉酶作為實驗材料？兩種淀粉酶在常溫下是否具有活性？根據所選的淀粉酶該如何設置溫度梯度？如何檢測實驗結果？

在問題的引領下學生經歷了“頭腦風暴”，能明確淀粉酶在室溫下是有活性的，淀粉溶液若先與淀粉酶混合，然后保溫，則部分淀粉將被水解，故應先各自保溫后再進行混合。用斐林試劑檢測實驗結果，就需改變實驗控制的溫度，因此，要用碘液對實驗結果進行測試。當使用新的工業淀粉酶時，溫度設定為0 ℃， 20 ℃， 40 ℃，60 ℃， 80 ℃， 100 ℃。這種溫度梯度將有助于學生探究溫度對酶活性的影響。

二、精心設計實驗內容和時間，提高實驗效率

“酶活性受溫度影響”實驗中，酶、淀粉的保溫時間需要等5分鐘，混合后還要保溫5分鐘，等待時間長，學生往往無所事事，實驗效率低。為此，筆者精心設計實驗內容和時間，在操作等待時進行理論教學，引導學生分析溫度過高、過低時酶的結構的不同變化，及為什么不同酶的最適溫度不同等。

在實驗操作過程中，筆者要求實驗小組分工合作做好操作、記錄工作，學生可通過拍照、錄像或記錄實驗數據（多個數據可用Excel表格記錄，然后轉化成柱形圖或曲線圖），客觀地記錄實驗現象，避免學生去抄教材、教輔中的“標準答案”，培養學生實事求是的科學態度。

三、 注重對實驗現象的分析與反思，促進學生深刻領悟知識

當實驗現象真實地展現在學生面前時，學生會驚奇地發現，有些實驗現象與預期的實驗效果（或與教材、教輔展示的實驗現象）有很大的不同。在好奇心的驅使下，學生會形成積極的學習態度，逐漸學會基于生物學事實和證據運用批判性思維、創造性思維等進行分析、探討，從而領悟知識，建構核心概念。具體如表1所示。

四、編制“PPT實驗報告”，提升科學思維

實驗后編制“PPT實驗報告”是個再加工、再梳理的過程。在這一過程中，學生提供原始記錄，完成對實驗的理性分析，用科學語言進行表達，促進學生對專業術語的理解和使用，提升學生的科學思維。

“PPT實驗報告”包括原理、材料、步驟、結果、討論五個部分。實驗原理應由學生在實踐的基礎上體會出來;實驗材料是學生根據筆者增設多種材料后所選擇的;實驗步驟是基于選擇的材料，探索、設計出來的;實驗結果是學生用錄像、照片、數據或圖表的形式展現并輔以簡要的文字說明;實驗討論可以是所做實驗的重點、難點和注意事項，也可以是誤差分析、評價實驗或實驗改進等。

以下是“溫度影響酶活性”實驗中部分學生在“PPT實驗報告”中提及的實驗原理及實驗討論。

實驗原理：不同溫度下，酶的活性不同;唾液淀粉酶的最適溫度為37 ℃，工業淀粉酶的最適溫度為60～85 ℃。淀粉在淀粉酶的作用下水解，歷經“淀粉→中間產物→麥芽糖”階段，遇碘相應呈“藍色→紅褐色→棕黃色”。

實驗討論：①實驗材料的選擇直接影響實驗結果，淀粉溶液最好選擇加熱處理過的，這樣既可以增加可溶性淀粉的濃度，又不會在水浴過程中結塊，確保不同溫度水浴條件下淀粉溶液中溶解的直鏈淀粉的量基本相同。當然，加熱時溫度也不能過高，溫度過高會破壞直鏈淀粉的螺旋結構，因此高溫時淀粉遇碘不變藍;溫度降低后，直鏈淀粉分子才能與碘發生顏色反應。②可將該實驗改為定量實驗：每隔1 min從不同水浴條件下的試管中吸取2滴溶液滴于多孔反應板上，稍等冷卻后滴1滴碘液，記錄顏色不變藍所需的時間，以檢測不同酶在不同溫度下的活性[3]。③實驗正值冬季，氣溫低、風大，水浴鍋的水溫不一定能達到其設定的溫度，給實驗帶來不小誤差。④實驗操作要十分嚴謹，如取各種溶液的量應按預設要求、水浴時間要把握好等，即要控制好實驗的無關變量，否則對實驗結果的影響將會很大。

總之，實驗過程雖耗費學生較多的時間和精力，但能讓學生對抽象的生物學知識有更深刻的理解，符合高中生物課程“少而精”的原則[1]。因此，教師要把握提出問題的時機和問題之間的邏輯關系;要鼓勵學生收集信息，積極反思;要組織交流、評價，激發學生的學習熱情，發展學生的生物學核心素養。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 潘金元，陳明林. “探究影響酶活性的條件”的定量實驗[J] .生物學通報， 2014（9）：47-49.

（責任編輯? ?黃春香）