黃鳳珍+趙海麗

摘 要 以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”這節(jié)課為例，談如何通過課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)學(xué)科能力生根。

關(guān)鍵詞 教學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)優(yōu)化 學(xué)科能力

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號(hào)： 1003 - 7586（2016）06 - 0030 - 03

學(xué)科能力是指學(xué)科課程學(xué)習(xí)中學(xué)生必須具備的基本品質(zhì)。能力生根，即在教育活動(dòng)中，切實(shí)把能力培養(yǎng)落到實(shí)處，為每個(gè)學(xué)生的人生成長奠定終身必備的能力基礎(chǔ)，讓各種能力成為學(xué)生人生成長之根。

學(xué)科能力生根的關(guān)鍵在課堂。教學(xué)目標(biāo)定位精準(zhǔn)，方能使教學(xué)流程的設(shè)計(jì)更加科學(xué)，使問題情境的創(chuàng)設(shè)更加合理。著眼于學(xué)科能力生根的課堂教學(xué)目標(biāo)，必須不唯知識(shí)，而做到知識(shí)與能力并舉，且此能力為真正的學(xué)科基本品質(zhì)。教學(xué)流程設(shè)計(jì)科學(xué)，方能使教學(xué)目標(biāo)得以落實(shí)，使師生作用得以合理發(fā)揮，使課堂教學(xué)效益實(shí)現(xiàn)最大化。著眼于學(xué)科能力生根的課堂教學(xué)流程應(yīng)該不唯教師的教，而做到教與學(xué)并舉，且更多地關(guān)注學(xué)生的學(xué)；應(yīng)該不唯教師的知識(shí)傳授，而做到教師的知識(shí)傳授與學(xué)生的自主探究并舉，且更多的關(guān)注學(xué)生的自主探究。

筆者在“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”這節(jié)課中，通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)涵的剖析和知識(shí)間關(guān)聯(lián)的梳理，確定本節(jié)課的能力培養(yǎng)目標(biāo)。筆者反復(fù)比較了知識(shí)傳授中滲透能力培養(yǎng)的方法，對(duì)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重組，對(duì)教材內(nèi)容的教學(xué)順序進(jìn)行重整，采用問題鏈的形式對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)推進(jìn)，完成對(duì)“酶”的逐步深入探究。

1 導(dǎo)入新課

教師展示細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置問題：葉綠體、線粒體、核糖體的功能是什么？光合作用、有氧呼吸、脫水縮合都是細(xì)胞中的化學(xué)反應(yīng)，細(xì)胞中的化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。哪些方法可以加快反應(yīng)速率？

2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：加熱和加無機(jī)催化劑均能加快反應(yīng)速率

2.1 學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作，獲得感性認(rèn)識(shí)

H2O2分解產(chǎn)生氧氣和水，可通過氣泡產(chǎn)生的速率和衛(wèi)生香復(fù)燃情況衡量反應(yīng)速率，學(xué)生按照表1實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。分析實(shí)驗(yàn)步驟：為什么要設(shè)置1號(hào)試管？什么是對(duì)照實(shí)驗(yàn)？學(xué)生得出結(jié)論：1號(hào)和2號(hào)對(duì)照，說明加熱能加快反應(yīng)速率；1號(hào)和3號(hào)對(duì)照，說明催化劑能加快反應(yīng)速率。

2.2 進(jìn)行理論升華，掌握變量控制方法

教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)置問題鏈引領(lǐng)學(xué)生思考，在分析問題的過程中明白實(shí)驗(yàn)的目的是觀察自變量對(duì)因變量的影響，實(shí)驗(yàn)過程中要控制自變量，排除無關(guān)變量，觀察因變量。問題鏈如下：

① 該實(shí)驗(yàn)中哪些因素是可以變化的？

② 該實(shí)驗(yàn)中需要人為改變的因素是什么？該因素的改變會(huì)直接導(dǎo)致哪一個(gè)因素的變化？

③ 3支試管中H2O2的量和濃度為什么要保持一致？它們會(huì)不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？

④ 如何排除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾？

⑤ 如果各組過氧化氫放置時(shí)間過久，濃度很低，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

優(yōu)化策略：教師通過實(shí)驗(yàn)操作調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生迅速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)；學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論升華，這就是杜威的“做中學(xué)”。教師通過實(shí)驗(yàn)引領(lǐng)學(xué)生觀察分析并提出問題；學(xué)生在解決問題的過程中最終掌握變量控制的方法和原理，實(shí)現(xiàn)能力生根。

3 探究：細(xì)胞中過氧化氫快速分解的原因

3.1 學(xué)生自主合作探究，得出初步結(jié)論

教師：H2O2是細(xì)胞代謝產(chǎn)生的有毒物質(zhì)，必須快速分解掉，細(xì)胞中的H2O2為什么能快速分解呢？細(xì)胞內(nèi)有與無機(jī)催化劑作用類似的物質(zhì)嗎？是通過加熱來加快反應(yīng)速率嗎？你的假設(shè)是什么？怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)？給大家準(zhǔn)備新鮮的肝臟研磨液和煮沸后的肝臟研磨液。如果細(xì)胞中有某種物質(zhì)，研磨后可將這種物質(zhì)釋放出來，增加與H2O2的接觸面積。煮沸后的肝臟研磨液即可模擬經(jīng)過加熱的細(xì)胞。

學(xué)習(xí)小組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。大多數(shù)學(xué)生的假設(shè)是細(xì)胞中存在催化劑，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。學(xué)生實(shí)驗(yàn)后得出結(jié)論：細(xì)胞內(nèi)確實(shí)存在著與無機(jī)催化劑類似作用的物質(zhì)。在H2O2中加入2滴煮沸的肝臟研磨液幾乎沒有氣泡產(chǎn)生，說明細(xì)胞不能通過加熱來加快反應(yīng)速率。

3.2 回顧經(jīng)典實(shí)驗(yàn)找出科學(xué)本質(zhì)

教師提出問題：細(xì)胞中的催化劑是無機(jī)物還是有機(jī)物呢？是需要活細(xì)胞才起作用呢，還是有這種物質(zhì)就能起作用？教師要求學(xué)生帶著這樣兩個(gè)疑問閱讀一段科學(xué)史，并思考：巴斯德、李比希、畢希納的觀點(diǎn)分別是什么？酶的化學(xué)本質(zhì)是什么？學(xué)生最終得出結(jié)論：細(xì)胞中的催化劑是酶，酶的化學(xué)本質(zhì)是有機(jī)物。

優(yōu)化策略：教師教會(huì)學(xué)生科學(xué)探究的方法，并提供探究的舞臺(tái)，通過實(shí)驗(yàn)探究還原事實(shí)本來面貌，實(shí)現(xiàn)自主探究能力的生根。學(xué)生通過回顧科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)找出酶的本質(zhì)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更科學(xué)、更完善。教師在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的過程中，進(jìn)一步強(qiáng)化鞏固實(shí)驗(yàn)變量的控制方法，糾正少數(shù)學(xué)生提出的“加氯化鐵”做對(duì)照的錯(cuò)誤。

4 探究：酶的性質(zhì)

4.1 定量實(shí)驗(yàn)感知酶加快反應(yīng)速率卻不改變產(chǎn)物的生成量

教師提出問題：4號(hào)和1號(hào)試管對(duì)照，說明什么？4號(hào)和3號(hào)試管對(duì)照，說明什么？4號(hào)試管中氣泡產(chǎn)生速率比3號(hào)的快，是不是產(chǎn)生的O2量就多呢？隨著時(shí)間的變化O2產(chǎn)生量怎樣變化？

學(xué)生畫出坐標(biāo)曲線圖。教師提出學(xué)生所畫曲線是否正確，需要做定量實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

教師展示注射器這一生物學(xué)上常用的定量實(shí)驗(yàn)器材，并提出問題：怎樣衡量氧氣產(chǎn)生的多少？

學(xué)生說出實(shí)驗(yàn)方案。

教師提出問題：注射器能否吸完過氧化氫接著吸肝臟研磨液？

學(xué)生：不能。因?yàn)榉磻?yīng)速率太快，氣體漏出。

4.2 演示實(shí)驗(yàn)感知酶反應(yīng)前后性質(zhì)不發(fā)生改變

教師提出問題：

一段時(shí)間后O2產(chǎn)生量不再增加的原因是什么？

是不是H2O2已耗盡呢？

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中，教師演示兩組實(shí)驗(yàn)：加1 mL過氧化氫到試管中，繼續(xù)產(chǎn)生氣泡；另一組加酶到試管中，反應(yīng)并不再發(fā)生。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也說明酶在反應(yīng)前后自身的性質(zhì)和數(shù)量不發(fā)生變化，可以重復(fù)使用。

優(yōu)化策略：教師通過定量實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的檢驗(yàn)；通過短短的演示實(shí)驗(yàn)，可以迅速解答學(xué)生心中的疑惑。實(shí)驗(yàn)形式的變換有效地維持了學(xué)生高漲的探究欲，也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)學(xué)生定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的生根。

5 探究：酶的作用機(jī)理

5.1 問題引領(lǐng)，動(dòng)畫體驗(yàn)

教師設(shè)置問題：

① 分子處于什么狀態(tài)才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？

② 分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)所需要的能量稱為什么？

教師講授活化能的概念和相關(guān)曲線，要求學(xué)生結(jié)合動(dòng)畫思考：

① 加熱促使H2O2分解的機(jī)理是什么？

② 催化劑促進(jìn)H2O2分解的機(jī)理是什么？

③同F(xiàn)e3+相比，H2O2酶催化效率更高的原因是什么？

學(xué)生回答：各條件使反應(yīng)速率加快的本質(zhì)是：加熱能提高分子能量；氯化鐵能降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能；酶能顯著降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，這也是酶催化效率更高的原因。

5.2 數(shù)據(jù)分析，建構(gòu)模型

根據(jù)表格中H2O2分解所需的活化能的數(shù)據(jù)，學(xué)繪制反應(yīng)過程中能量變化的坐標(biāo)曲線圖并在圖中標(biāo)出氯化鐵和酶所降低的活化能（圖2）。

優(yōu)化策略：通過動(dòng)畫的直觀演示和科學(xué)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析，教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同酶能顯著降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用原理。學(xué)生通過觀看動(dòng)畫和分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的獲得、處理、運(yùn)用能力以及圖表轉(zhuǎn)換、模型建構(gòu)能力的生根。

本節(jié)課通過對(duì)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，有效地達(dá)成了實(shí)驗(yàn)變量控制、實(shí)驗(yàn)探究、定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型建構(gòu)等多項(xiàng)能力生根的教學(xué)目標(biāo)。學(xué)科能力生根是個(gè)漫長的過程。教師關(guān)注每一堂課，才是使學(xué)生走向能力生根的正道。