蔣金珍

(上海市進才中學 上海 200135)

1 教材分析

“生物體內的化學反應”是上海高中生命科學第1冊教材中第4章第1節(jié)的內容，主要包括“合成反應和分解反應”“生物催化劑——酶”“生命活動直接能源——ATP”。其中，酶的作用特點和影響酶活性的因素是教學重點，酶的作用機理是難點。本節(jié)內容為學習“光合作用、細胞呼吸”等內容作了鋪墊，又與第2章中“生物體內的有機化合物”部分密切聯(lián)系，因此，本節(jié)內容具有承前啟后的作用。本節(jié)內容在《普通高中生物學課程標準(2017年版)》中，屬于必修課程模塊1中大概念2。課程標準對本部分的內容要求是： 說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應的蛋白質，酶活性受到環(huán)境因素(如pH和溫度等)的影響；在教學提示部分，課程標準對本節(jié)內容提出了如下教學活動建議： 探究酶催化的專一性、高效性及影響酶活性的因素。

2 設計思路

2.1 聚焦大概念，引導學生形成生命觀念 圍繞生物學大概念組織教學內容，強調對重要概念的深入理解，為學生主動學習留出更多的時間，實現(xiàn)課程內容少而精，這是課程標準對課堂教學變革的要求和期待?；谡n程標準要求和教材分析，筆者對本節(jié)內容進行了合理取舍，將“生命活動直接能源——ATP”安排在第2課時，確保在本節(jié)課中，讓學生有比較充裕的時間進行實驗探究，能夠深入理解“酶的作用特點和酶活性受到環(huán)境因素(如pH和溫度等)的影響”這一生物學概念。從而有助于學生形成“細胞的功能絕大多數(shù)基于化學反應”這一重要概念，為理解“細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質”這一大概念起支撐作用，進而幫助學生從細胞角度，形成生命觀念中的“物質和能量觀”。

2.2 注重科學探究，培養(yǎng)學生科學思維 科學探究和科學思維是生物學學科核心素養(yǎng)的兩個重要方面，也是生物學課程育人價值的集中體現(xiàn)?？茖W探究既是科學工作的核心內容和基本范式，也是一種學習方式，被普遍認為是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的有效策略之一。因此，在生物學課堂教學中，教師要為學生創(chuàng)設更多的機會，讓他們參與動手實踐、思考、觀察、記錄和交流等活動；在探究過程中，學會提出、支持、評價以及修正觀點，在運用事實和證據(jù)進行論證過程中，提升科學思維的能力。

本節(jié)課，通過“探究酶的高效性”和“探究影響酶活性的因素”這兩個實驗，給學生提供參與動手實踐的機會，讓他們親歷科學發(fā)現(xiàn)的過程；基于實驗現(xiàn)象(即事實和證據(jù))的比較和分析，引導學生運用歸納和概括等思維方法，進行邏輯推理，闡明“酶具有高效性以及溫度和pH會影響酶的活性”這一科學概念，從而發(fā)展學生的科學思維。

2.3 遷移應用知識，培養(yǎng)學生社會責任 課程標準對“社會責任”的界定是： 基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。學生應積極運用生物學知識和方法，嘗試解決現(xiàn)實生活問題。依據(jù)課程標準的要求，本節(jié)課布置的課后作業(yè)，注重聯(lián)系學生生活實際，將“生物催化劑——酶”的原理應用于解釋加酶洗衣粉的洗滌條件、不適用于洗滌真絲類衣物的原因，并設計洗滌方案加以實踐體驗。通過網(wǎng)上搜索資料，讓學生感悟酶在生活和生產實踐中的應用價值和發(fā)展前景。設置這樣的課后作業(yè)，目的是讓學生更加關注學習后的實踐經(jīng)歷，加深對生物學概念的理解，提升應用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實生活中的真實問題，從而實現(xiàn)生物學的學科育人價值。

3 教學目標

依據(jù)課程標準并圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學目標：

(1) 能運用物質與能量觀，舉例說明生物與環(huán)境及體內細胞之間的物質變化和能量轉換，進而實現(xiàn)機體的自我更新。

(2) 通過“探究酶的高效性”和“探究影響酶活性的因素”的實驗，能運用簡單符號和文字記錄描述觀察到的實驗現(xiàn)象，在探究過程中，能與同學主動合作并交流結果。

(3) 能基于實驗現(xiàn)象(即事實和證據(jù))的比較和分析，運用歸納和概括等思維方法，進行邏輯推理，闡明“酶具有高效性以及溫度和pH會影響酶的活性”這一科學概念。

(4) 能運用酶的原理解釋加酶洗衣粉的洗滌條件、不適用于洗滌真絲類衣物的原因，并設計洗滌方案進行實踐體驗，解決生活中的實際問題。通過資料搜索，感悟酶在生活和生產實踐中的應用價值和發(fā)展前景。

4 教學過程

4.1 創(chuàng)設情境，引出新陳代謝 聯(lián)系學生生活實際，教師提出系列問題： 我們每天三餐攝入食物的目的是什么？食物中含有哪些營養(yǎng)成分？其中，哪些屬于能源物質？學生在思考回答這些問題的過程中，歸納和概括出： 人體攝食的目的是獲取機體生命活動所需的物質和能量。教師補充說明： 人體細胞每時每刻都在消耗能量，大家坐在教室里聽課、思考，腦細胞消耗的能量大約占20%。因此，同學們日常三餐都要確保合理的營養(yǎng)，以補充細胞生命活動的需要。通過設問“細胞是如何從這些能源物質中獲取所需的能量”引出細胞通過氧化分解有機物，釋放能量，并將代謝產生的廢物排出體外。教師小結： 正是由于生物體與環(huán)境之間不斷地進行著物質交換和能量轉換，機體內細胞之間也時刻發(fā)生著物質交換和能量轉換，才能實現(xiàn)機體的自我更新，即新陳代謝。

設計意圖： 從學生最熟悉的一日三餐導入，創(chuàng)設生活化的問題情境。一方面，引導學生在思考回答這些問題的過程中，理解物質代謝和能量代謝對于機體生命活動的重要性，引出本節(jié)課的重要概念——新陳代謝；另一方面，這些問題是真實的生活問題，對學生來說，感到十分親近，學生非常自然地、快速進入學習狀態(tài)，也縮短了師生之間的距離。

4.2 溫故知新，判斷反應類型 過渡： 新陳代謝是通過一系列化學反應完成的，生物體內常見的化學反應有兩種類型，即合成反應和分解反應。

教師出示合成反應和分解反應的定義，組織學生依據(jù)定義，說出分析和判斷化學反應所屬類型的關鍵是什么？學生認為，關鍵是要區(qū)分哪些是大分子物質，哪些是這些大分子物質的基本單位或化學組成。然后組織學生回顧第二章學習過的有機化合物，如多糖、脂肪、蛋白質、核酸及其基本組成。

教師在PPT中列舉氨基酸脫水縮合、多肽水解、葡萄糖脫氫分解三個化學反應，讓學生分析、判斷其所屬化學反應類型，并講出判斷理由。再組織學生比較多肽水解與葡萄糖脫氫分解的異同，說明水解反應與氧化分解反應的異同。

設計意圖： 在讓學生回顧第2章生物體內主要有機物及其組成的基礎上，讓學生判斷列舉的化學反應所屬的類型。既能讓學生舉一反三，觸類旁通，又復習鞏固了有機物的相關知識。通過新舊知識的銜接，有助于學生建構前后知識的內在聯(lián)系。

4.3 設置探究，培養(yǎng)科學思維 過渡： 從剛才的反應中可以看出，生物體內不管哪一類化學反應，都需要在酶的作用下才能有條不紊地進行，酶是一種生物催化劑。我們在初中化學課上已經(jīng)學過無機催化劑，讓學生回顧無機催化劑的特點，引出生物催化劑也有此共性，但是兩者有差異。

4.3.1 探究酶的高效性 學生通過下列實驗(表1)，觀察比較3支試管中出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象。

表1 試管1～3的實驗步驟及實驗現(xiàn)象

教師組織學生對實驗現(xiàn)象進行分析討論： 設置1號試管的目的是？比較2號與1號試管的現(xiàn)象，說明酶具有什么作用？比較2號與3號試管的現(xiàn)象，說明酶的作用特點。通過上述實驗現(xiàn)象的觀察、比較，由學生推導出： 酶具有催化作用；與無機催化劑相比較，酶的催化效率更高。

4.3.2 探究影響酶活性的因素 學生通過4、 5、 6三支試管實驗現(xiàn)象的觀察和比較(表2)，分析推導出： 影響酶活性的因素包括溫度和pH。教師補充說明，除溫度和酸堿度外，還有抑制劑、射線、重金屬離子等也會影響酶的活性。

表2 試管4～6的實驗步驟及實驗現(xiàn)象

設計意圖： 通過兩個探究實驗，提供學生實踐的機會，引導學生學會用簡單符號和文字記錄描述觀察到的實驗現(xiàn)象；在探究過程中，學會與同學主動合作，并交流結果；學會基于事實和證據(jù)，運用歸納和概括等思維方法，進行邏輯推理，闡明生物學概念。

4.4 分析討論，闡明酶的作用機理 組織學生圍繞下列問題開展小組討論： 為什么高溫下，酶會失活？酶的化學本質究竟是什么？為什么酶具有催化作用，它的作用機理是怎樣的？為什么酶具有專一性？教師出示兩只分別放入蛋清和煮熟雞蛋的燒杯，讓學生觀察比較，說明經(jīng)過高溫后，蛋白質凝固了，其形態(tài)結構發(fā)生了變化。然后，教師提供科學研究資料： 大多數(shù)酶是蛋白質。由此，讓學生遷移解釋酶經(jīng)過高溫后會變性失活的原因。

教師出示教材中“酶的專一性示意圖”，說明圖中酶分子的活性部位，只有與底物在結構和形狀上完全契合，才能起催化作用。不同的反應物，結構和形狀不同，所以一種酶只能催化一種物質或一類物質的化學反應。酶與底物之間的契合關系好比是鎖和鑰匙之間的關系，正如，你家的鑰匙不能打開他家的門；反過來，如果由于某種因素破壞了酶分子的活性部位，那么底物也不能與之契合，就好比家里的鎖壞了，鑰匙也打不開。

設計意圖： 酶經(jīng)過高溫后會變性失活，學生對此比較難以理解。教師通過讓學生觀察和比較蛋清和煮熟雞蛋的蛋白質形態(tài)差異，易于理解蛋白質在高溫下變性失活，從而遷移解釋“酶經(jīng)過高溫后會變性失活”的原因。通過實物比較以及用“鎖和鑰匙關系”比喻“酶的專一性”，可以化抽象為形象，有助于學生更深刻地理解“絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應的蛋白質，酶活性受到溫度的影響”。

4.5 課堂小結，遷移應用解決問題 組織學生歸納小結酶的定義、作用特點、影響因素、作用場所。讓學生舉出實例，如： 加多酶片、加酶洗衣粉、酵素等，說明酶在生產實踐和日常生活中的應用，并歸納本節(jié)的知識導圖(圖1)。

圖1 本節(jié)知識導圖

教師布置課后作業(yè)： ①仔細閱讀洗衣粉袋上的說明，解釋加酶洗衣粉的洗滌條件、適用何種材質的衣物、去污力強的原因；②運用“影響酶活性的因素”這一知識，設計一個合理的洗滌方案，使加酶洗衣粉中的酶發(fā)揮最好效果，并在家中實踐一次；③以“酶”為關鍵詞，在網(wǎng)上搜索相關資料，分析其在生活和生產實踐中的應用價值和發(fā)展前景。

設計意圖： 組織學生自己歸納本節(jié)課所學內容，促進學生自己建構知識框架，形成知識之間的內在聯(lián)系。課后布置的實踐類作業(yè)，有助于學生學以致用、實踐體驗、感悟“生物催化劑——酶”在日常生活和生產實踐中的價值。

5 教學反思

基于課程標準的要求，筆者認為： 在進行教學設計時，教師首先要理解生物學核心素養(yǎng)是本學科實現(xiàn)“立德樹人”根本任務的價值所在，要仔細分析并挖掘教材內容中隱含的學科育人價值，學會將專家的頂層設計細化落實到每一節(jié)課堂教學中，始終將學科核心素養(yǎng)作為教學設計的出發(fā)點和落腳點。其次，教師要將“以學生發(fā)展為本”的理念，落實到課堂教學設計中，要有意識地創(chuàng)設有助于學生有效學習的探究實驗、動手實踐、互動交流等學習環(huán)節(jié)，讓學生在科學探究過程中，發(fā)展科學思維，基于事實和證據(jù)，作出理性解釋和判斷，具有解決生產生活問題的擔當和能力。

本節(jié)課在學科核心素養(yǎng)導向下，注重關注學生的生活經(jīng)驗，創(chuàng)設真實問題情境；通過科學探究，對比分析實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)學生科學思維；注重新舊知識的銜接，引導學生建構內在聯(lián)系，形成物質和能量觀；遷移應用所學知識，解決生活中的真實問題。彰顯了生物學教學的獨特育人價值，實現(xiàn)從“學科教學”向“學科教育”的轉變。