商 文 薛艷芳

（1.廣州市天河外國(guó)語(yǔ)學(xué)校 廣東廣州 510627）

（2.廣州市第二外國(guó)語(yǔ)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(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果的交流與討論的能力。學(xué)生應(yīng)在探究過(guò)程中，逐步增強(qiáng)對(duì)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(lè)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(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即針對(duì)教材中的一個(gè)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(duì)第一次實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的問(wèn)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(gè)角度，對(duì)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(píng)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(guò)本課題的學(xué)習(xí)，學(xué)生將學(xué)會(huì)通過(guò)設(shè)定自變量、觀察因變量以及控制無(wú)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(duì)有關(guān)實(shí)驗(yàn)原則的理解和對(duì)酶本質(zhì)與特性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步鞏固和提高提出問(wèn)題、做出假設(shè)的能力，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)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(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 情境創(chuàng)設(shè)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)

教師提供資料，并提出問(wèn)題:荔枝等水果之所以會(huì)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(zhǎng)果皮變褐色的時(shí)間。由以上資料分析，能提出什么值得探究的問(wèn)題？pH是否會(huì)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(guò)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(shí)著重討論以下3個(gè)問(wèn)題:

①實(shí)驗(yàn)中自變量與因變量分別是什么？

②如何測(cè)定因變量？

③如何控制無(wú)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(cè)定上，使用淀粉酶做實(shí)驗(yàn)材料的組別究竟是用碘液測(cè)定淀粉，還是使用斐林試劑測(cè)定還原糖？使用過(guò)氧化氫酶做實(shí)驗(yàn)的組別用什么方法對(duì)氧氣進(jìn)行測(cè)定？

該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)主要目的是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的討論，學(xué)生逐步掌握通過(guò)變量控制設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，并針對(duì)課本上有關(guān)使用過(guò)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(gè)組別經(jīng)過(guò)討論后最終確定的實(shí)驗(yàn)方案。

表1 探究pH對(duì)淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)步驟

表2 探究pH對(duì)過(guò)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(wèn)題

學(xué)生依據(jù)制定的方案，按照事先的分工，開(kāi)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(guò)氧化氫酶組各派一個(gè)代表）到講臺(tái)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(wèn)題，引導(dǎo)其他學(xué)生進(jìn)行分析評(píng)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(shí)添加氫氧化鈉的試管中不會(huì)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(jiàn)解的機(jī)會(huì)。最后，適時(shí)補(bǔ)充碘與氫氧化鈉會(huì)發(fā)生反應(yīng)，從而把碘消耗的化學(xué)知識(shí)。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(guò)氧化氫酶作為本實(shí)驗(yàn)材料更好，通過(guò)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(shí)候，是最能激發(fā)學(xué)生興趣，積極探究的時(shí)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(huì)。無(wú)論對(duì)錯(cuò)，只要學(xué)生能發(fā)表自己的看法，教師就要給予積極的評(píng)價(jià)，從而提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)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(wèn)題:

①如何才可以找到酶的最適pH？只取3個(gè)pH可以嗎？

②如何準(zhǔn)確地測(cè)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(guò)小組討論，最終形成共識(shí)，并完成實(shí)驗(yàn)步驟（表3）的設(shè)計(jì):

①通過(guò)設(shè)置系列pH梯度來(lái)找到酶的最適pH。

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

③通過(guò)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(guò)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(guò)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(shí)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(shū)寫在黑板表格中。實(shí)驗(yàn)過(guò)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(duì)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(duì)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(gè)真正意義上自主開(kāi)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(huì)使用控制變量的方法來(lái)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(huì)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(kāi)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。