商 文 薛艷芳

（1.廣州市天河外國語學(xué)校 廣東廣州 510627）

（2.廣州市第二外國語學(xué)校 廣東廣州 510540）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備的核心素養(yǎng)之一是“科學(xué)探究能力”?？茖W(xué)探究是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對結(jié)果的交流與討論的能力。學(xué)生應(yīng)在探究過程中，逐步增強(qiáng)對自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，提高實(shí)踐能力；在探究中，樂于并善于團(tuán)隊(duì)合作，勇于創(chuàng)新。

二次實(shí)驗(yàn)法模式是一種基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，以及探究性教學(xué)模式發(fā)展而來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即針對教材中的一個實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行兩次，給學(xué)生不同的體驗(yàn)。第一次是傳統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)（可以是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也可以是定性實(shí)驗(yàn)）；第二次是針對第一次實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的問題，依據(jù)同樣的原理或同樣的教學(xué)目的從不同角度或同一個角度，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)進(jìn)行第二次的實(shí)驗(yàn)（可以是探究性實(shí)驗(yàn)，也可以是定量實(shí)驗(yàn)）。它由理論學(xué)習(xí)——初次實(shí)驗(yàn)——二次實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)評價(jià)等階段組成。二次實(shí)驗(yàn)法模式的主要步驟如圖1所示。

圖1 二次實(shí)驗(yàn)法模式主要步驟

1 二次實(shí)驗(yàn)法模式的教學(xué)案例

以人教版生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》第五章第一節(jié)“酶的特性”相關(guān)的實(shí)驗(yàn)“探究影響酶活性的條件”為例，探討二次實(shí)驗(yàn)法教學(xué)模式在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

1.1 實(shí)驗(yàn)課題分析

在學(xué)習(xí)該內(nèi)容前，學(xué)生已了解了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中各種變量的含義。通過本課題的學(xué)習(xí)，學(xué)生將學(xué)會通過設(shè)定自變量、觀察因變量以及控制無關(guān)變量的變量設(shè)計(jì)方法進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而加深對有關(guān)實(shí)驗(yàn)原則的理解和對酶本質(zhì)與特性的認(rèn)識，進(jìn)一步鞏固和提高提出問題、做出假設(shè)的能力，提高分析問題、解決問題的能力并掌握數(shù)學(xué)建模的方法，為后階段探究實(shí)驗(yàn)的開展奠定基礎(chǔ)。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 情境創(chuàng)設(shè)，任務(wù)驅(qū)動

教師提供資料，并提出問題:荔枝等水果之所以會變褐色，是由于細(xì)胞中多酚氧化酶作用下，產(chǎn)生了大量褐色物質(zhì)所致。民間保鮮荔枝常常把荔枝在沸水中浸泡幾秒鐘或把荔枝浸泡檸檬酸2 min，從而可以延長果皮變褐色的時間。由以上資料分析，能提出什么值得探究的問題？pH是否會影響酶活性？

1.2.2 變量討論，確定方案

教師首先復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般步驟以及實(shí)驗(yàn)變量。然后，將全班分為兩大組，一組用淀粉酶做實(shí)驗(yàn)，另一組用過氧化氫酶做實(shí)驗(yàn)。教師要提醒學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時著重討論以下3個問題:

①實(shí)驗(yàn)中自變量與因變量分別是什么？

②如何測定因變量？

③如何控制無關(guān)變量？

在討論階段，教師可重點(diǎn)組織學(xué)生探討:在因變量的測定上，使用淀粉酶做實(shí)驗(yàn)材料的組別究竟是用碘液測定淀粉，還是使用斐林試劑測定還原糖？使用過氧化氫酶做實(shí)驗(yàn)的組別用什么方法對氧氣進(jìn)行測定？

該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)主要目的是通過對實(shí)驗(yàn)變量的討論，學(xué)生逐步掌握通過變量控制設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，并針對課本上有關(guān)使用過氧化氫酶探究pH的影響，使用淀粉酶探究溫度的影響的建議進(jìn)行材料選擇的探究。表1與表2分別是兩個組別經(jīng)過討論后最終確定的實(shí)驗(yàn)方案。

表1 探究pH對淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)步驟

表2 探究pH對過氧化氫酶活性影響的實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.3 初次實(shí)驗(yàn)，提出問題

學(xué)生依據(jù)制定的方案，按照事先的分工，開展實(shí)驗(yàn)。教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，并參與小組討論。實(shí)施完第一輪實(shí)驗(yàn)后，小組自我驗(yàn)證質(zhì)疑，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與假設(shè)相吻合。教師挑選有代表性的小組（淀粉酶組與過氧化氫酶組各派一個代表）到講臺上展示設(shè)計(jì)方案與結(jié)果。教師組織全班學(xué)生交流討論，圍繞實(shí)驗(yàn)操作的方法以及實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)其他學(xué)生進(jìn)行分析評價(jià)。

1.2.4 解釋現(xiàn)象，得出結(jié)論

教師展示淀粉酶組用碘液鑒定淀粉時添加氫氧化鈉的試管中不會變藍(lán)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并給予學(xué)生發(fā)表各自獨(dú)特見解的機(jī)會。最后，適時補(bǔ)充碘與氫氧化鈉會發(fā)生反應(yīng)，從而把碘消耗的化學(xué)知識。教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何驗(yàn)證解釋，使學(xué)生最后確定使用過氧化氫酶作為本實(shí)驗(yàn)材料更好，通過排水法收集氣體更能準(zhǔn)確反映酶的活性。這樣為下一步尋找最適pH提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并引導(dǎo)學(xué)生歸納得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。該環(huán)節(jié)中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)設(shè)不一致的時候，是最能激發(fā)學(xué)生興趣，積極探究的時刻。教師應(yīng)當(dāng)給予學(xué)生充分發(fā)表自己看法或解釋的機(jī)會。無論對錯，只要學(xué)生能發(fā)表自己的看法，教師就要給予積極的評價(jià)，從而提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。

1.2.5 提升思維，確定方案

教師引導(dǎo)學(xué)生討論、思考以下問題:

①如何才可以找到酶的最適pH？只取3個pH可以嗎？

②如何準(zhǔn)確地測定氣體產(chǎn)生量？

③如何讓數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確一些？

學(xué)生通過小組討論，最終形成共識，并完成實(shí)驗(yàn)步驟（表3）的設(shè)計(jì):

①通過設(shè)置系列pH梯度來找到酶的最適pH。

②通過使用量筒排水收集氣體的方法，準(zhǔn)確地測定氣體產(chǎn)生量。

③通過數(shù)據(jù)取平均值等方法可以讓數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確一些。

表3 探究過氧化氫酶最適pH的實(shí)驗(yàn)步驟

由于該部分實(shí)驗(yàn)操作較為復(fù)雜，需要教師演示實(shí)驗(yàn)操作過程。該環(huán)節(jié)在完成定性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，嘗試將實(shí)驗(yàn)繼續(xù)深入到定量實(shí)驗(yàn)，有利于提升學(xué)生思維的深度，同時也為后階段的定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

1.2.6 再次實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)

學(xué)生按步驟實(shí)施實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。小組匯集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，小組派代表將數(shù)據(jù)書寫在黑板表格中。實(shí)驗(yàn)過程中，教師巡視指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

1.2.7 構(gòu)建模型，深化拓展

小組學(xué)生代表將實(shí)驗(yàn)結(jié)果描繪在以pH為橫坐標(biāo)、酶活性為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系上，并展示在黑板。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出最適pH的范圍。教師引導(dǎo)學(xué)生分析:除了pH對酶活性有影響外，還有哪些因素也可以影響酶的活性？并建議學(xué)生利用荔枝為實(shí)驗(yàn)材料，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)探究溫度對酶活性的影響。

2 思考與啟發(fā)

“探究影響酶活性的條件”這節(jié)實(shí)驗(yàn)課在教材安排中，是學(xué)生接觸到的第一個真正意義上自主開展探究的實(shí)驗(yàn)課。其最主要的教學(xué)目標(biāo)之一就是要讓學(xué)生學(xué)會使用控制變量的方法來設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

為了增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，教師采用兩次實(shí)驗(yàn)操作的教學(xué)策略，讓學(xué)生能有機(jī)會在第二次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用第一次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)，從而能更好地完善第二次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。由第一次的定性實(shí)驗(yàn)提升到第二次的定量實(shí)驗(yàn)，既充分鍛煉了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，也使得學(xué)生的思維得到更進(jìn)一步的加深。

高中生物教材中有許多實(shí)驗(yàn)都可以嘗試開展二次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，除了“探究影響酶活性的條件”外，“探究植物細(xì)胞的失水與吸水”“探究提取和分離綠葉中的光合色素”等探究實(shí)驗(yàn)也都適合此種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。