“比較H2O2在不同條件下的分解”說課設(shè)計

（大慶實驗中學(xué) 黑龍江大慶 163000）

1 教材分析

授課教材為人民教育出版社2017年出版的《必修1·分子與細胞》。本實驗位于第五章第一節(jié)中，是學(xué)習(xí)“細胞呼吸、光合作用”的重要前導(dǎo)知識，同時回應(yīng)了前面蛋白質(zhì)功能的內(nèi)容，與細胞代謝息息相關(guān)，是學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀的重要節(jié)點。學(xué)習(xí)該實驗中控制變量的原則是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的絕佳契機。所以，本實驗無論從學(xué)科素養(yǎng)、考試要求還是課程地位來看都至關(guān)重要。但教材中的實驗存在著探究性不明顯、僅對結(jié)果定性分析而無定量分析、對活化能講解較抽象等問題。

2 教學(xué)目標及重難點

2.1 教學(xué)目標

①通過觀察無機催化劑和酶催化效果的差異，意識到兩類物質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致了作用效果的差別。

②在設(shè)計和糾正實驗方案的過程中，培養(yǎng)批判性思維；通過自主設(shè)計實驗、嘗試新的實驗材料及數(shù)據(jù)處理，發(fā)掘創(chuàng)新能力。

③通過對實驗過程的設(shè)計，初步掌握控制變量的原則及科學(xué)探究的基本方法；通過實踐操作，提高動手能力和協(xié)作意識，體會科學(xué)研究的艱辛，尊重學(xué)習(xí)機會；通過實驗試劑的處理，形成環(huán)保意識，培養(yǎng)良好的實驗習(xí)慣。

2.2 教學(xué)重難點

教學(xué)重點：酶的作用機理；控制變量的科學(xué)方法。

教學(xué)難點：酶的作用機理；控制變量的科學(xué)方法；實驗數(shù)據(jù)的處理。

教學(xué)重難點的突破如圖1所示。

圖1 本節(jié)重難點突破過程

2.3 教學(xué)策略

探究法、自主學(xué)習(xí)、討論法、歸納法、模型建構(gòu)。

3 實驗創(chuàng)新及改進

3.1 探究式教學(xué)模式，讓學(xué)生自己掌握學(xué)習(xí)的主動權(quán)

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，學(xué)生在學(xué)習(xí)后對控制變量的認識只停留于文字表面，不能學(xué)以致用。改進后，教師為學(xué)生提供了自主、探究、合作式的學(xué)習(xí)機會，搭建了動手實踐和協(xié)作平臺。學(xué)生通過設(shè)計探究方案，摸索實驗設(shè)計的原則；再通過方案展示、討論、比較與歸納，形成控制變量的理論思想，并在動手實踐中應(yīng)用這一理論，在非預(yù)期的實驗現(xiàn)象、質(zhì)疑、修正的過程中真正內(nèi)化掌握。整個過程中的知識內(nèi)容由模糊到清晰，可以促進學(xué)生由表及里地掌握實驗設(shè)計原則。

3.2 實驗試劑的改進

肝臟研磨液準備較麻煩，同時考慮部分同學(xué)宗教信仰的問題，嘗試使用馬鈴薯代替肝臟研磨液來探究H2O2酶的催化效果。

3.3 實驗結(jié)果的觀測由定性到定量的改進

使用氧氣傳感器和針筒進行實驗結(jié)果測定，使結(jié)果直觀可測，并能直接計算出酶的催化效率是無機催化劑的多少倍，也可輔助學(xué)生理解“酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能更顯著”這一作用機理，幫助學(xué)生順利突破本節(jié)難點。此外，改進后的實驗還能通過數(shù)據(jù)或氣球體積變化說明酶不改變化學(xué)平衡的特點，可謂一舉多得。

3.4 以點帶面，持續(xù)探究

在該實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生繼續(xù)探究不同濃度的土豆勻漿對H2O2分解的影響、探究H2O2酶的專一性、探究酶的用量對反應(yīng)速率的影響、探究不同濃度H2O2對反應(yīng)速率的影響，通過持續(xù)探究，進一步應(yīng)用控制變量原則和對照原則，同時引發(fā)對酶的性質(zhì)、酶與化學(xué)反應(yīng)速率關(guān)系的全面認識。

3.5 學(xué)科融合助力概念構(gòu)建

教師引入大學(xué)教材中H2O2分別在酶和無機催化劑作用下分解所需活化能的數(shù)據(jù)，借助數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，讓學(xué)生真切感受到酶的作用機理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。

3.6 信息技術(shù)與教學(xué)融合，課堂更加“智慧”

課前、課中、課后均使用美師優(yōu)課平臺、希沃等軟件輔助教學(xué)。課前，教師利用信息技術(shù)，可以及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)并準備實驗用具；課中便于進行小組展示，提高課堂教學(xué)效率；課后推送個性化的學(xué)習(xí)資源，輔助學(xué)生復(fù)習(xí)。

4 具體教學(xué)過程

4.1 課前準備

學(xué)生自主設(shè)計實驗方案并填寫在實驗報告上，通過美師優(yōu)課平臺拍照上傳，使教師及時獲知學(xué)生實驗設(shè)計方面的不足并能根據(jù)學(xué)生需求合理安排實驗器材，為課上學(xué)習(xí)和實驗操作打基礎(chǔ)。

4.2 課堂實施

4.2.1 環(huán)節(jié)一：共議實驗方案，學(xué)會控制變量

小組發(fā)言人展示實驗方案及設(shè)計思想。在此過程中，各小組展示多樣化的實驗結(jié)果檢測方法，如衛(wèi)生香、觀察氣泡、使用氣球、針筒、傳感器等。其他小組成員對其方案進行置疑、補充、評價。學(xué)生在此過程中初步形成對變量關(guān)系的認識和設(shè)計對照實驗的意識，但仍未將這些思想具體化、書面化。教師再引導(dǎo)學(xué)生思考：每組實驗的不同處理（自變量）是什么？隨之變化的變量是什么（因變量）？為何各組的底物量要一致（無關(guān)變量），如底物量不同會不會影響實驗結(jié)果，所以無關(guān)變量應(yīng)如何處理？如何證明過氧化氫在各種條件下的分解是實驗處理引起的，而非環(huán)境影響？學(xué)生通過思考這些問題，明確對照實驗中對照組的重要作用，并得出自變量、因變量、無關(guān)變量的定義及對照實驗的定義。

目的：學(xué)生通過課前的主動思考和課上的置疑、討論、修正，激發(fā)了學(xué)習(xí)主動性，提高對知識遷移應(yīng)用的能力。在此過程中，學(xué)生對變量和對照實驗的認識由模糊變得清晰，對本節(jié)難點內(nèi)容“控制變量的科學(xué)方法”有了初步的理解。

4.2.2 環(huán)節(jié)二：完善實驗報告，協(xié)作完成實驗

①學(xué)生明確分工，動手操作。學(xué)生根據(jù)設(shè)計的實驗方案，分為衛(wèi)生香、氣球、針筒、傳感器組。

②實驗操作暴露問題，學(xué)生再次思考。在實驗操作過程中，有的小組因為FeCl3溶液和肝臟研磨液加入時間不同而導(dǎo)致實驗現(xiàn)象有別于預(yù)期。加入肝臟研磨液的試管中衛(wèi)生香復(fù)燃有時明顯，有時不明顯。學(xué)生分析后，意識到復(fù)燃是否明顯與氣泡過多有關(guān)，要調(diào)整操作方法。而傳感器組和針筒組出現(xiàn)了記錄數(shù)據(jù)不準確等問題。

目的：實施實驗方案鍛煉學(xué)生實踐能力培養(yǎng)協(xié)作精神。在操作中，學(xué)生再次體會到對照實驗的意義、控制無關(guān)變量的重要性，加深對控制變量原則的理解，切身體會科學(xué)探究的思路和方法，強化理解“控制變量的科學(xué)方法”這一學(xué)習(xí)難點。

4.2.3 環(huán)節(jié)三：定性定量分析，發(fā)現(xiàn)酶的作用機理

①衛(wèi)生香組、氣球組展示自己的結(jié)果，教師帶領(lǐng)學(xué)生分析結(jié)果，得出酶有較高的催化效率的結(jié)論。學(xué)生通過觀察最終兩組氣球體積大小一致的現(xiàn)象，意識到催化劑不能改變化學(xué)平衡。

②針筒組、傳感器組展示自己的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，定量說明過氧化氫在不同條件下的分解速率且酶比無機催化劑催化效率高多少倍。目的：實驗結(jié)果的定量分析讓結(jié)果更直觀可靠，并且可讓學(xué)生直接利用數(shù)據(jù)計算出酶比無機催化劑催化效率高多少，為之后學(xué)習(xí)酶的特性做鋪墊。

③教師介紹化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的原理和活化能的概念，利用學(xué)科交叉，引入活化能的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，理解酶的作用機理。并追問酶和無機催化劑催化效果差異的根本原因，引發(fā)學(xué)生對物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的思考，落實核心素養(yǎng)。

4.3 課后提升

教師引導(dǎo)學(xué)生形成正確處理實驗用具和試劑，養(yǎng)成愛護環(huán)境、愛護公共資源的良好意識。學(xué)生繼續(xù)填寫實驗報告上未完內(nèi)容，并思考能否使用獲得的數(shù)據(jù)計算出酶催化效率比氯化鐵的高出倍數(shù)數(shù)值。教師將本節(jié)課要點剪輯成微課，通過美師優(yōu)課平臺發(fā)布，便于學(xué)生在課后有針對性的復(fù)習(xí)；同時，結(jié)合酶的化學(xué)本質(zhì)嘗試在復(fù)習(xí)中概括出酶的定義，鍛煉學(xué)生的歸納概括能力。教師要求學(xué)生利用本節(jié)學(xué)到的實驗設(shè)計思想，設(shè)計實驗驗證過氧化氫酶的專一性，將實驗探究方案上傳至美師優(yōu)課平臺。

教師提出問題的答案就隱含在本節(jié)課中，所以此處的設(shè)問既對本節(jié)課的復(fù)習(xí)提出了要求，又對下節(jié)課繼續(xù)學(xué)習(xí)酶的特性做了鋪墊，同時能鍛煉學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力。

4.4 繼續(xù)探究

學(xué)生開展以下繼續(xù)探究：探究酶的專一性；探究不同稀釋倍數(shù)的土豆研磨液的催化效果；探究不同濃度的H2O2溶液對反應(yīng)速率的影響；探究不同的肝臟研磨液用量對反應(yīng)速率的影響。后兩個探究過程中均使用傳感器定量測定，學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)，繪制曲線，同時對結(jié)果給予了合理的解釋。

5 實驗效果及反思

5.1 學(xué)生的學(xué)習(xí)收獲

①課后通過學(xué)生的口頭反應(yīng)和練習(xí)題的反饋，學(xué)生對實驗操作的興趣變得更加濃厚，對實驗設(shè)計原則有了清晰的認識，并能較好地應(yīng)用于其他實驗的設(shè)計中。

②學(xué)生的動手操作能力較之前有了明顯提升，并能在復(fù)雜的實驗情境中完成實驗操作。

5.2 教師的課后體悟

探究實驗、創(chuàng)新實驗是實驗教學(xué)的新方向、新起點。實驗的創(chuàng)新不能脫離生物實際，教師要帶領(lǐng)學(xué)生開展對學(xué)習(xí)有益、鍛煉能力的拓展實驗，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，使學(xué)之有用，學(xué)之樂用，不斷塑造生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提升實驗教學(xué)質(zhì)量。

5.3 不足之處

如果能用簡便方法直接測定反應(yīng)活化能，則酶的作用機理講解會更加直接（但查閱資料時發(fā)現(xiàn)活化能的測定對實驗條件要求較高）。教師鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、交流表達能有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。但是，教師不能忽視了沉默的學(xué)生，對課堂活動的安排和掌控技巧還需提升。