中、美生物學(xué)教材中與“酶”有關(guān)實驗的整合和優(yōu)化*

李素婷 余景耀

（1 廣東佛山高明滄江中學(xué) 廣東佛山 528000 2 廣東江門教育研究院 廣東江門 529000）

生物學(xué)實驗是科學(xué)探究的重要活動之一，通過生物學(xué)實驗可幫助學(xué)生理解和掌握生物學(xué)重要概念，形成科學(xué)態(tài)度與習(xí)慣，尤其是培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實驗操作能力、科學(xué)探究能力和運用所學(xué)知識解決生物學(xué)實際問題的能力，進而提升學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。本文以人教版必修1《分子與細(xì)胞》（以下簡稱“人教版”）和美國教材《生命的動力（上冊）》（以下簡稱“美國教材”）中有關(guān)酶的實驗進行對比研究，并在課堂中實踐了實驗的重組和優(yōu)化，取得較好的課堂效果。希望能以該實驗為例，為今后更多的實驗設(shè)計、實驗教學(xué)資源開發(fā)及實驗拓展等提供參考。

1 中、美教材中有關(guān)酶的實驗的比較（表1）

表1 中、美教材有關(guān)酶實驗的比較［1-2］

在實際開展實驗過程中，人教版的實驗①用時短，約15 min，常由教師演示代替，或與其他實驗合并開展。美國版的實驗①用時約15 min，旨在通過學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象——酶促褐變，研究減緩酶促褐變的發(fā)生，初步設(shè)計實驗探究影響酶活性的因素。這2 個實驗都涉及對變量和對照原則的控制，所用材料可相互借鑒，自然過渡，有效整合為第1 課時。人教版的實驗②、實驗③與美國版的實驗③雖然用材和問題的設(shè)置有差異，但都力求通過提出問題，讓學(xué)生制定方案進行實驗，體會探究的一般程序，學(xué)會科學(xué)研究的方法，探究影響酶活性的因素。可在第2 課時開展。

2 有關(guān)酶的實驗重組優(yōu)化后（第1 課時）的實驗設(shè)計

2.1 教學(xué)目標(biāo) 依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求及學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制定了如下的教學(xué)目標(biāo)：

1）比較過氧化氫在不同條件下的分解，能說出過氧化氫酶的作用和意義，掌握實驗設(shè)計的變量控制和對照原則。

2）驗證茄子和土豆切片含有過氧化氫酶，能指出過氧化氫酶在生物體內(nèi)普遍存在的事實，具有穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

3）研究酶促褐變探究影響酶活性的因素，能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施及對結(jié)果交流和討論。

4）觀看毒蓮藕視頻，能結(jié)合本節(jié)實驗內(nèi)容關(guān)注社會熱點，提高社會責(zé)任感。

2.2 教學(xué)過程

2.2.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入實驗探究 細(xì)胞在代謝過程中會產(chǎn)生有害物質(zhì)——過氧化氫，細(xì)胞含有過氧化氫酶能將過氧化氫及時分解為氧和水。實驗1嘗試在體外不同條件下探究過氧化氫的分解速率（表2）。

表2 “比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗方案設(shè)計表［3］

設(shè)計意圖：重視教材經(jīng)典實驗的價值，該實驗操作簡單，效果明顯，融合了物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科知識。通過實驗現(xiàn)象可幫助學(xué)生理解酶的作用機理，可通過兩兩對照加深理解 “對照原則”和“單一變量原則”，例如，試管1、4 對比證明酶具有催化作用，試管3、4 對比可證明酶具有高效性，試管4、5 對比證明酶具有專一性，試管1、4、6 對比可說明酶活性受溫度影響，為第2 課時的授課埋下伏筆。

雖然該實驗使用的豬肝研磨液味道濃，4 號試管也會因為水氣多的原因個別出現(xiàn)衛(wèi)生香難以復(fù)燃的情況，但筆者認(rèn)為生物學(xué)課堂本應(yīng)讓學(xué)生感受身邊不同的生物材料，允許實驗的失敗，因為學(xué)生會在失敗中分析原因，通過重復(fù)實驗操作積極思考，從而取得進步。

2.2.2 發(fā)散思維，深化生命觀念 通過實驗1 學(xué)生對實驗所用豬肝研磨液含有豐富過氧化氫酶印象深刻，其他生物材料是否也含有過氧化氫酶？實驗2：學(xué)生動手將實驗材料（土豆、茄子）切成薄片，滴加適量過氧化氫溶液，觀察是否有氣泡產(chǎn)生；若有氣泡產(chǎn)生，則說明存在過氧化氫酶。實驗結(jié)果如圖1所示。該驗證實驗簡單，用時約5 min，可通過實驗探究獲得知識而不是僅來自于教材，學(xué)生通過生物材料產(chǎn)生的氣泡，加深了對過氧化氫普遍存在的認(rèn)識，反思過氧化氫酶普遍存在的意義，深化穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

圖1 土豆（左）和茄子（右）滴加過氧化氫后表面產(chǎn)生氣泡

2.2.3 創(chuàng)設(shè)新情境，經(jīng)歷科學(xué)探究 實驗2 所用材料切片后，顏色變褐發(fā)黑。創(chuàng)設(shè)新情境：茄子被切片后，其軟組織暴露在空氣中，發(fā)生氧化，氧化過程是化學(xué)反應(yīng)。在有氧氣的條件下，切片中的某種酶能加快該反應(yīng)，使其產(chǎn)生變色發(fā)黑的物質(zhì)，該現(xiàn)象稱為酶促褐變。如何減緩酶促褐變的發(fā)生？讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的一般過程，詳細(xì)方案見表3。

表3 減緩酶促褐變發(fā)生的科學(xué)探究過程

該情境來源于生活，又作用于生活，學(xué)生非常感興趣，實驗?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生關(guān)注身邊生物學(xué)現(xiàn)象，嘗試用所學(xué)知識解決實際問題。此外，開展本實驗還可讓學(xué)生學(xué)會控制變量和對照原則，并初步探究影響酶活性的因素。

2.2.4 發(fā)展理性思維，激發(fā)社會責(zé)任感 通過本節(jié)實驗?zāi)芾斫膺^氧化氫酶的意義，酶促褐變也是一種正常的現(xiàn)象。培養(yǎng)學(xué)生正確的物質(zhì)觀。播放“毒蓮藕”新聞視頻［4］：有些商家為了將容易褐變的生物材料以低成本、高售價、好賣相出售，會用重金屬超標(biāo)的工業(yè)檸檬酸進行泡制，以不法手段減緩酶促褐變，對食用者的身體健康造成影響。激發(fā)學(xué)生針對新聞事件作出理性解釋和判斷，關(guān)注食品安全，可主動向他人宣傳酶促褐變的現(xiàn)象，提出合理的建議，崇尚健康的生活方式。

3 教學(xué)反思

開展本實驗，應(yīng)進行預(yù)實驗選擇合適的實驗材料。筆者發(fā)現(xiàn)購買的蘋果、土豆、蓮藕切開暴露在空氣很長時間都不會發(fā)生褐變。查閱資料發(fā)現(xiàn)，蘋果褐變程度與品種有關(guān)，土豆和蓮藕因被商家用酸處理很難出現(xiàn)褐變現(xiàn)象［5］，最終選擇茄子。經(jīng)過實驗，從超市、市場等渠道購買的茄子都會很快發(fā)生褐變（圖4）。

圖4 不同材料褐變快慢對比

融合后的課堂以培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，源于教材又高于教材，充滿濃濃的生活氣息。3 個實驗?zāi)茏匀贿^渡，銜接合理，層層遞進，有效激發(fā)學(xué)生的探究欲，讓學(xué)生體驗應(yīng)用實驗技能解決實際問題的成就感。師生可有效互動，避免學(xué)生按著教材步驟“動手不動腦”的現(xiàn)象。