基于學(xué)科核心素養(yǎng)的“生命活動(dòng)需要酶”的教學(xué)設(shè)計(jì)

董其燕

(江蘇省邗江中學(xué) 225100)

一、教材分析及設(shè)計(jì)思路

“生命活動(dòng)需要酶”是蘇教版高中生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞》第3章第1節(jié)的內(nèi)容，主要包括酶的發(fā)現(xiàn)歷程，酶的作用本質(zhì)及特點(diǎn)和探究影響酶活性的因素三部分內(nèi)容.在第一章第三節(jié)“細(xì)胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成”一節(jié)中，有關(guān)蛋白質(zhì)的功能教學(xué)中已經(jīng)提到“蛋白質(zhì)的生理功能之一是催化，各種生物化學(xué)反應(yīng)幾乎都需要酶的催化，而絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)”，為本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)做好了鋪墊.本節(jié)課的學(xué)習(xí)讓學(xué)生理解酶作為細(xì)胞中的生物催化劑，細(xì)胞代謝離不開酶的催化，酶使細(xì)胞代謝可以在溫和的條件下，高效有序的進(jìn)行，是學(xué)生學(xué)習(xí)細(xì)胞呼吸和光合作用等知識的基礎(chǔ).

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出“讓學(xué)生身臨其境參與實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)踐活動(dòng)，幫助學(xué)生更好地理解掌握相關(guān)的知識，促進(jìn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作、觀察、科學(xué)思維、表達(dá)等方面的能力”，并強(qiáng)調(diào)“參與生物科學(xué)技術(shù)有關(guān)的社會(huì)問題的討論和決策，培養(yǎng)學(xué)生對自然和社會(huì)的責(zé)任感，提高科學(xué)素養(yǎng)” .本節(jié)課從日常生活中雙氧水消毒入手，介紹細(xì)胞中存在催化分解H2O2的物質(zhì)，引入酶的發(fā)現(xiàn)史，歸納概括酶的概念，介紹酶的特性，以及影響酶活性的環(huán)境因素.學(xué)生通過了解酶的科學(xué)史，認(rèn)識到科學(xué)是在不斷探索中發(fā)展的，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神，尊重客觀事實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任感.本節(jié)課涉及到一系列的探究活動(dòng)，是高中學(xué)生首次系統(tǒng)性的接觸科學(xué)探究過程，在教學(xué)過程中注意引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究的思路和方法，以及對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的合作交流與討論的能力，提高學(xué)生的合作探究能力.

二、教學(xué)目標(biāo)

基于《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的內(nèi)容要求、教學(xué)要求、學(xué)業(yè)質(zhì)量質(zhì)量水平的要求，并圍繞發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：(1)展示酶發(fā)現(xiàn)史的相關(guān)材料，歸納與概括酶的化學(xué)本質(zhì)，認(rèn)同科學(xué)是在不斷的探索中曲折向前的，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，要尊重科學(xué)事實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任感.(2)通過參與設(shè)計(jì)探究相關(guān)實(shí)驗(yàn)，掌握科學(xué)探究的一般思路和方法，與他人合作完成探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)用科學(xué)的表格如實(shí)記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高科學(xué)探究能力.(3)放眼社會(huì)，觀察酶在我們生活中的應(yīng)用，基于生物學(xué)的基本觀點(diǎn)，能夠?qū)ι钪械南嚓P(guān)酶制劑提出使用建議和注意事項(xiàng)，理解酶與我們的生活息息相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感.

三、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，導(dǎo)入新課

課中教師通過日常雙氧水消毒產(chǎn)生大量氣泡，引入細(xì)胞中存在生物催化劑——酶，介紹酶的發(fā)現(xiàn)史，按時(shí)間順序展示科學(xué)史料：“1857年，法國科學(xué)家巴斯德通過觀察發(fā)酵現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵是由微生物引起的，后來他又證實(shí)了酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的→1897 年，德國科學(xué)家畢希納通過研磨酵母菌獲得提取液，發(fā)現(xiàn)提取液也能引起發(fā)酵現(xiàn)象，他證明了引起發(fā)酵的是酵母菌所含的酶，而不是酵母菌本身，并把這種酶稱為釀酶.→1926年，美國科學(xué)家薩姆納從刀豆種子提取液中分離并提純了脲酶結(jié)晶，并證明脲酶是蛋白質(zhì)，后來他提出了酶是蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)→到1936 年，科學(xué)家陸續(xù)制取了胃蛋白酶、胰蛋白酶等的結(jié)晶后，發(fā)現(xiàn)它們也是蛋白質(zhì)，酶是蛋白質(zhì)的觀念才被確立→20世紀(jì)80年代，切赫和奧爾特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能，并把這類RNA稱為核酶”. 通過設(shè)問：科學(xué)史料中提到了哪些酶，都是從哪里獲得的？這些酶可以在體外發(fā)揮作用嗎？為什么畢希納沒有證明釀酶的化學(xué)本質(zhì)？薩姆納為何選擇刀豆種子提取脲酶？薩姆納如何證實(shí)脲酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)？切赫和奧爾特曼的研究成果說明了什么，你有哪些體會(huì)？科學(xué)家們對酶的探索說明了什么？對你有何啟示？教師通過一系列的設(shè)問不僅可以引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)史中概括歸納酶的概念，完成次位概念“絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)”的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維.還可以讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究過程的艱辛與不易，一個(gè)科學(xué)成果可能需要多位科學(xué)家的共同努力.同時(shí)教師可以演示實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證酶具有催化作用，介紹實(shí)驗(yàn)的基本原則及實(shí)驗(yàn)變量的要求，演示實(shí)驗(yàn)的一般過程，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做知識鋪墊，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和社會(huì)責(zé)任.

2. 觀察現(xiàn)象，探究實(shí)質(zhì)

通過問題串驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，引導(dǎo)學(xué)生小組分析討論，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，掌握科學(xué)探究的基本過程，基于問題驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)推進(jìn)，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性以及在教學(xué)過程中的參與程度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，注重學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力提升.

學(xué)生活動(dòng)1：學(xué)生小組內(nèi)討論，完成“探究酶的高效性”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，展示學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師予以點(diǎn)評和糾錯(cuò)，通過播放微視頻，介紹活化能的概念，學(xué)生思考催化的實(shí)質(zhì)是什么？酶什么具有高效性？通過問題驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生深入思考.

學(xué)生活動(dòng)2：展示“鎖鑰學(xué)說”圖片，學(xué)生思考酶與底物之間的關(guān)系，說明酶具有什么特性？教師設(shè)置一系列問題：實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量是什么？無關(guān)變量有哪些？實(shí)驗(yàn)中用什么方法鑒定淀粉是否被水解？可否用碘液來鑒定？實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果是什么？我們可以得到什么結(jié)論，驅(qū)動(dòng)小組討論分析課本邊做邊學(xué)“酶專一性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)”，引導(dǎo)學(xué)生思考是否有其它的設(shè)計(jì)思路，課下完成探究實(shí)驗(yàn)，以小組為單位，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，組間交流分享，培養(yǎng)學(xué)生的的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力.

3.聯(lián)系生活實(shí)際，科學(xué)探究

教師展示多酶片和加酶洗衣粉的使用注意事項(xiàng)，思考溫度和pH等環(huán)境因素的變化對酶活性的影響.以“探究溫度對酶活性的影響”為例，教師通過一系列的設(shè)問：實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？應(yīng)該設(shè)置幾組實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)該選擇什么，學(xué)生在活動(dòng)1和2的基礎(chǔ)上會(huì)給出淀粉和淀粉酶、H2O2和H2O2酶兩組選擇，教師提出高溫對H2O2分解的影響，引導(dǎo)學(xué)生思考為什不用H2O2和H2O2酶完成實(shí)驗(yàn).該實(shí)驗(yàn)的因變量是什么，我們是用斐林試劑還是碘液來進(jìn)行檢測？為什么不能用斐林試劑檢測？引導(dǎo)各小組完成實(shí)驗(yàn)材料的選擇，實(shí)驗(yàn)過程的確定，形成完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，完成探究實(shí)驗(yàn)，繪制溫度對酶活性的影響曲線圖，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的科學(xué)探究思路，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力.

4.歸納總結(jié)，建構(gòu)概念

教師通過回顧本節(jié)課的知識點(diǎn)，采用思維導(dǎo)圖歸納總結(jié)，建構(gòu)酶的相關(guān)知識體系如圖1所示.

圖1

四、教學(xué)反思

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對該部分的內(nèi)容要求是“說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)，酶活性受到環(huán)境因素(如pH和溫度等)的影響”，并要求設(shè)計(jì)“探究酶催化的專一性、高效性及影響酶活性的因素”的教學(xué)活動(dòng).在學(xué)習(xí)中，創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟知的真實(shí)情境，以雙氧水，加酶洗衣粉，多酶片的使用為例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.在這節(jié)課的學(xué)習(xí)中，要注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生不僅要學(xué)會(huì)從科學(xué)史中概括歸納獲取知識，還要掌握科學(xué)探究的思路與方法，提升邏輯思維，形成概念，最終完善大概念的構(gòu)建.生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)教育理念要貫穿于常態(tài)課教學(xué)過程中，讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中逐漸獲得解決實(shí)際問題的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，真正實(shí)現(xiàn)“學(xué)在課堂”.