基于核心素養的高中生物“酶”概念教學

廣西梧州高級中學（543000） 吳 瑜

高中生物學課程改革實現了從以“雙基”為導向到以生物科學素養為導向、以探究式教學為特點的轉變。高中生物學課程標準強調培養與提升學生的生物學學科核心素養。核心素養是學生在接受相應學段教育的過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，也是學生在真實情境中能夠分析具體情況、提出問題、解決問題、交流結果以及表達結果的綜合品質。生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面。

《普通高中生物學課程標準（實驗）》明確生物學教學的知識目標是“獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識，知道生物科學和技術的主要發展方向和成就”等，同時倡導“學生在解決實際問題的過程中深入理解生物學的核心概念”，強調了概念在生物學課程中的重要性。因此，幫助學生正確理解和掌握生物學概念是高中生物學概念教學的基本要求。高中生物學概念教學是培養學生生物學學科核心素養的途徑之一。為此，教師應通過高中生物學概念教學，幫助學生在理解和掌握生物學概念的過程中形成生命觀念，發展科學思維，提升科學探究能力，培養社會責任感。

“酶”這一概念出現在人教版必修1 第5 章第1節“降低化學反應活化能的酶”中，是包含在核心概念“細胞的生活需要物質和能量”中的一個重要次位概念。通過“酶”的學習，學生應能了解酶的作用、本質和特性，并通過實驗探究酶催化作用的高效性和專一性以及溫度、pH 等因素對酶活性的影響，理解酶在細胞內的物質和能量轉變中的作用和地位。“酶”的概念既與“生命活動的主要承擔者——蛋白質”密切相關，又與“微生物的培養與應用”“酶的研究與應用”等密不可分。因此，在核心素養背景下，教師應積極開展“酶”的概念教學，進而有效培養學生的生物學學科核心素養。

一、深入了解酶，構建生命觀念

“生命觀念”是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點。在“酶”的概念教學中，教師應引導學生深入了解酶，從而培養學生的生命觀念。

高中生物學教材沒有直接呈現“酶”的概念，而是給出“關于酶本質的探索”這一科學史資料，讓學生通過對科學史資料的分析、歸納和整理，形成對酶本質的認識，理解酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質，少數是RNA。為了讓學生牢固掌握酶的本質，教師可設置針對性問題引導學生進行探究，同時讓學生自行設計鑒定唾液淀粉酶的化學本質的實驗，從而幫助學生掌握酶的本質。

教師可聯系日常生活提出問題：溫度、pH 是否會影響酶的活性？引導學生作出假設，并給學生提供必要的實驗材料及用具，供學生開展實驗。通過實驗探究，學生掌握了溫度、pH 對酶活性的影響，知道了酶的催化作用具有高效性和專一性，了解了酶在細胞內的物質和能量轉變中的地位和作用。

概念圖是指將一組相關概念用線條和文字連接而成的圖形，能直觀形象地表示出概念之間的關聯。它可以幫助學生梳理知識，建構完整的知識結構。在教學中，教師可給學生提供核心概念“酶”及其相關要素（來源、本質、作用、特性、影響因素等），指導學生利用概念圖具體描述與酶相關的各個知識點，從而完整建構“酶”的知識結構。

選修1專題4“酶的研究與應用”對酶的概念進行了補充。因為傳統酶技術存在不足，所以才出現了固定化酶技術。食品及化工產業大量使用酶參與生產，但是因為大多數酶是蛋白質，極易受到環境條件的影響而變性失活，且反應過程中酶與底物混合難以分離和重復利用，所以才有了固定化酶和固定化細胞的技術。學生只有形成酶的結構與功能觀，才能理解與酶的應用有關的技術及操作原理。生物體內還有少數酶是RNA，又稱“核酶”，其特性及作用不同于蛋白質類的酶，這進一步豐富了“酶”概念的內涵。教師在教學中要以具體的事實性知識為基礎，幫助學生掌握重要概念（核心概念）和形成生命觀念，使學生能關注社會議題、參與討論及做出理性解釋。

二、理解酶的作用和本質，培養科學思維

“科學思維”是指能夠基于所掌握的生物學事實和證據，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、闡釋生命現象及規律等的思維習慣和能力。在“酶”的概念教學中，教師可引導學生閱讀教材中“關于酶本質的探索”這一科學史資料，了解科學家對酶本質的探索歷程。通過學習，學生能夠知道釀酒業中酵母菌可以把糖類發酵生成酒精和二氧化碳，并透過科學家的研究、爭論、質疑，完善對酶的認識。

課堂上，教師可引導學生開展“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗并思考問題：過氧化氫在不同條件下的實驗有何差異？常溫條件與90℃比較、加入FeCl3與加入肝臟研磨液比較，分別得出什么結論？出現差異的原因是什么？教師順勢引出實驗設計的方法——控制變量法，并提問：如何區分自變量、因變量和無關變量？由此引出實驗設計遵循的基本原則，讓學生通過實驗探究理解“酶可以降低反應活化能，能加快反應速度，與無機催化劑相比具有高效性”。教師在課堂上要善于引導學生分析和控制變量，促進學生積極思考，逐步培養學生的實驗設計能力和科學思維，讓學生結合酶的作用和本質歸納整理出酶的概念。另外，讓學生對數據、圖表、曲線等相關信息進行解讀、分析、推理，也是很好的科學思維培養途徑。如利用“溫度對酶活性的影響”曲線，可引導學生分析曲線的上升、下降、拐點所表示的含義，讓學生知道怎么確定酶的最適溫度以及了解低溫和高溫對酶的影響的本質區別。實驗設計是科學思維的高階訓練，教師可引導學生設計“探究小麥淀粉酶的最適溫度”實驗，引導學生思考如何確定實驗的控制變量、以什么指標作為因變量、選用什么試劑檢測、其他的無關變量如何控制、如何確定酶的最適溫度，一步步完成實驗方案的落實、完善，同時比較分析不同學生的實驗方案，看看哪一種方案更科學、合理、可行。

高中生物學教學的主要任務是培養學生的科學思維，讓學生在學習過程中不斷提高歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等能力。只有具備科學思維的學生，才能夠成為獨立的、主動的學習者。

三、參與實驗設計，培養科學探究能力

“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力。

教材在“酶”的這一節中引入控制變量的實驗原則和探究實驗的設計思路。教師在對“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗進行分析時，可引導學生區分各種實驗變量，了解實驗中實驗組與對照組的設置及其意義，學會記錄和分析實驗現象，培養學生分析實驗數據得出科學結論等的能力。教學“影響酶活性的條件”時，教師可給學生提供探究實踐的機會，讓學生自行設計實驗方案探究影響酶的活性的因素，包括選擇實驗材料、記錄實驗現象、分析實驗結果、得出實驗結論等環節。教師從中優選一些實驗方案供學生進行交流討論，讓學生逐步掌握科學研究的基本思路和方法，在具體實踐中培養與他人合作的精神和科學規范進行實驗操作的能力。教師還要引導學生對實驗可能出現的多種結果進行討論分析，總結實驗成功的經驗和失敗的教訓，同時訓練學生歸納、推理、建模等科學思維。教師還可以引導學生參考“酶”的一系列實驗的設計原理和方法探究相似的實驗，從中強化訓練實驗對照、控制單一變量、處理無關變量、多次重復實驗等方法。教師應允許學生的探究活動多元化，在探究活動出現問題時要給時間讓學生思考、交流，教師再進行科學評價、總結。此外，提供一些現成的實驗方案讓學生進行評價、補充、完善，也是很好的科學探究能力訓練途徑。如讓學生思考：實驗中發現某種酶的活性隨反應溫度的上升而增加，是否可以確定酶的最適溫度？為什么？如果要確定最適溫度，該對實驗進行怎樣的補充設計？

又如，在教學“酶的研究與應用”時，給學生提供“探究普通洗衣粉與加酶洗衣粉洗滌效果的差別”“探究加酶洗衣粉的最適溫度”等實驗主題，讓學生進行實驗方案設計，思考如何控制自變量、對于因變量要觀察哪些指標、加酶洗衣粉是否適合洗滌真絲類衣物、什么季節適合使用加酶洗衣粉等，并引導學生進行分析評價，對不完善的方案進行補充。

高中生物學實驗教學是培養學生生物學學科核心素養的重要途徑，讓學生通過實驗開展科學探究可促進學生主動參與課堂學習，有效發展學生的生物學學科核心素養。

四、關注生活中的“酶”，培養社會責任感

“社會責任”既是生物學學科核心素養的重要組成部分，又是中國學生發展核心素養的基本要點之一，其培養在教育教學中具有重要地位。生物學學科核心素養中，社會責任表現為學生相信科學、善待生命、對待環境友好等態度及價值觀，反映學生解決問題的意識與能力。

教師要深入日常生活，挖掘生活中的生物學素材，準確把握教學內容與生活的聯系，積極創設真實的和具有現實意義的教學情境，讓教學緊密聯系生活?！懊浮焙蜕矬w的細胞代謝息息相關，也和人們的生活密不可分。教師可結合本節知識，讓學生多了解身邊與酶有關的藥品、產品，并思考：“溶菌酶含片”“多酶片”等藥片可以治療什么疾??？溶菌酶為什么具有抗菌消炎的作用？“加酶牙膏”“嫩肉粉”與酶有什么關系？教師還可以和學生一起解讀加酶洗衣粉的使用說明“（1）減少浸泡用水量；（2）適當延長浸泡時間；（3）用溫水浸泡”，并引導學生思考為什么加酶洗衣粉的使用方法與普通洗衣粉有區別。借助具體有效的教學情境開展教學是培養學生學科核心素養的最好形式。

同時，教師還應引導學生關注酶與蛋白質，以及與光合作用、呼吸作用等新陳代謝的聯系，形成“生命現象、生命活動規律都依賴相應的物質基礎與結構基礎”的認知，了解生物體需與周圍環境進行物質能量的交換，因此需要適宜的生活環境，從而關注環境保護等社會議題；讓學生關注生物學技術在生產生活中的應用，利用所掌握的生物學知識分析與解決有關的社會問題，培養學生學以致用、應對生活實踐問題的學科素養；讓學生辨別周圍的偽科學和迷信行為，參與討論并作出理性解釋和判斷，嘗試解決生活中的問題，進一步培養學生的社會責任感。

綜上所述，在高中生物學教學中，教師應以發展學生學科核心素養為課堂教學的總目標，結合教學內容采用多種教學方式、不同教學途徑，培養學生的生命觀念、科學思維、科學探究能力和社會責任感，使生物學學科核心素養真正落地。