高 科 楊凱鈞 朱家華

（臨沂大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東臨沂 276000）

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》在“分子與細胞”模塊的“教學(xué)提示”中指出，教師要組織好觀察、實驗等探究性學(xué)習(xí)活動，幫助學(xué)生增加感性認識，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法?！氨容^過氧化氫在不同條件下的分解”實驗說明，酶比無機催化劑具有更強的降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用，體現(xiàn)了酶的“高效性”的特點。該實驗環(huán)節(jié)有助于幫助學(xué)生理解“細胞的功能絕大多數(shù)基于化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細胞的特定區(qū)域”這一重要概念，并促使學(xué)生在探究中學(xué)會分析使用控制變量法，通過類比分析，進而理解“降低活化能”的內(nèi)涵，發(fā)展科學(xué)思維能力。通過對比2019年版人民教育出版社、2020年版上?？萍冀逃霭嫔绺咧猩飳W(xué)教科書，對如何開展好該實驗教學(xué)進行了思考與討論。

1 對實驗內(nèi)容的比較

1.1 實驗在教科書中的所處位置比較分析

本實驗旨在通過研究過氧化氫酶和氯化鐵溶液對過氧化氫溶液的分解作用來發(fā)現(xiàn)酶的高效性。兩個版本都利用了動物肝臟研磨液作為實驗材料，都將其放在“酶”的相關(guān)章節(jié)中。在完成對細胞的結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)習(xí)之后，學(xué)生實施該實驗，有利于理解酶作為生命活動的催化劑。教師結(jié)合酶的相關(guān)內(nèi)容進行組織教學(xué)，利用實驗探究，加深學(xué)生對于酶的相關(guān)知識的理解和學(xué)習(xí)，并為學(xué)生之后學(xué)習(xí)呼吸作用等重要的生理活動提供了一定的基礎(chǔ)。

1.2 實驗探究目標的比較分析

在人教版教科書中，該實驗探究的主要內(nèi)容是酶的高效性與催化作用，經(jīng)過實驗對照研究，能夠得出酶有催化作用且具有高效性的結(jié)論。關(guān)于酶的性質(zhì)與特性并未在該實驗環(huán)節(jié)涉及，而是在后面的章節(jié)中集中學(xué)習(xí)，凸顯了實驗主題，引導(dǎo)學(xué)生專注于實驗設(shè)計本身，一方面得出“酶比無機催化劑具有更強的降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用”這一結(jié)論，另一方面，經(jīng)過類比分析，理解“降低活化能”的內(nèi)涵。

滬科版教科書將本實驗的內(nèi)容與酶的專一性和環(huán)境因素對于酶的活性的影響進行了整合，將相關(guān)實驗結(jié)論都放在本實驗中驗證，所以在實驗的過程中會有較為復(fù)雜的實驗步驟和實驗器材。教學(xué)中，教師和學(xué)生需要厘清問題主線和探究目標，挖掘不同實驗環(huán)節(jié)彼此之間的邏輯聯(lián)系。

1.3 實驗材料用具的比較分析

人教版教科書中，該實驗采用的實驗器材和實驗材料相對簡單，大部分的高中學(xué)校都能夠達到該實驗條件，有利于學(xué)校進行實驗課程教學(xué)。滬科版的教科書所采用的實驗器具相對復(fù)雜，實驗數(shù)據(jù)的處理分析也相對復(fù)雜。從表1可以看出，兩本教科書的用具、材料選擇方面有較大區(qū)別。在實施過程中，在適用性方面存在一定的差異，人教版教材的實驗用具要求更符合普通學(xué)校的實驗室要求；而滬科版的實驗用具雖然復(fù)雜，但有助于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思想、跨學(xué)科思維整合能力。兩者對比，各有特色。

表1 人教版與滬科版實驗材料選擇比較

1.4 實驗內(nèi)容與設(shè)計的比較分析

在實驗內(nèi)容與設(shè)計上，兩版教科書都重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，重視探究實驗，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究。人教版的教科書在實驗的設(shè)計上更加注重于科學(xué)思維的培養(yǎng)，在實驗設(shè)計上采用了較為直接簡單的思路和方法。人教版教科書遵循“提出問題—作出假設(shè)—制定計劃—實施計劃—得出結(jié)論—表達與交流”的探究性實驗邏輯。滬科版的教科書在實驗設(shè)計上以驗證性和探究性相結(jié)合的實驗思路，在實驗內(nèi)容設(shè)計上，由于內(nèi)容復(fù)雜、操作程序繁瑣，書中大量的篇幅在詮釋實驗基本程序，留給學(xué)生自主探究的余地相對較少?？偟膩碚f，滬科版的實驗設(shè)計較為復(fù)雜，對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、操作能力和思維能力提出了更高要求。反觀人教版，實驗內(nèi)容相對簡單且可操作性更強。所以，從實驗內(nèi)容與設(shè)計的比較分析可看出，人教版的教科書更適宜用于新授課的學(xué)習(xí)，而滬科版的教科書則擁有更豐富的深化學(xué)習(xí)空間。教師在使用中應(yīng)善于把握兩本教科書的特點，結(jié)合學(xué)情靈活使用。

1.5 實驗中討論題比較分析

兩版教科書中都設(shè)置了4道討論題（表2）。分析發(fā)現(xiàn)，人教版教科書中設(shè)計的討論題，分別對標生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)4個維度，4個問題分別指向科學(xué)思維、生命觀念、科學(xué)探究、社會責(zé)任4個方面。而滬科版的教科書所設(shè)計的問題主要是集中在實驗本身的深度理解，提出的問題有深度。從該內(nèi)容看，人教版的教科書對學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)更顯化。

表2 人教版與滬科版實驗討論題比較

2 對實驗內(nèi)容的建議

2.1 實驗材料的建議

通過耿旭珂等的實驗研究，發(fā)現(xiàn)真菌材料——香菇可替代動物肝臟進行“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗，香菇方便易得，便于保存，且含有大量過氧化氫酶，代替動物肝臟進行該實驗可以避免肝臟易腐敗等諸多弊端。建議本實驗可以采用更為優(yōu)質(zhì)的實驗材料——香菇，因其有大量的過氧化氫酶，有著動物肝臟所不具有的優(yōu)勢。香菇的保存時間更長，也可以避免動物肝臟容易腐爛、不易保存的問題。另外，香菇可以降低學(xué)生做實驗的危險性，能避免反應(yīng)過快而產(chǎn)生的大量泡沫飛濺，傷到同學(xué)。

2.2 實驗裝置的建議

對比教科書中的實驗內(nèi)容，新鮮的肝臟研磨液催化分解過氧化氫的速度極其迅速，如果滴加的量稍多，瞬時產(chǎn)生的大量泡沫有時會飛濺到實驗者臉上，傷到實驗者。且該實驗所采用的儀器是試管，由于試管是敞口的，不利于對氣體進行收集。鑒于此，對實驗裝置進行了優(yōu)化設(shè)計，如圖1所示。在分液漏斗中加入過氧化氫溶液，錐形瓶中放入氯化鐵溶液或者香菇提取液形成對照，反應(yīng)充分后打開橡膠管上的夾子，觀察衛(wèi)生香的燃燒情況。用衛(wèi)生香的燃燒程度判斷實驗結(jié)果，用時間的長短來反映產(chǎn)生的氧氣量的多少，實驗現(xiàn)象更易于觀察。這樣有助于對實驗結(jié)果進行量化，使得實驗結(jié)果更加具有說服力，學(xué)生處理起來更為簡便。利用該實驗裝置能夠提高實驗成功率，且安全程度更高。

圖1 改進的實驗裝置示意圖

3 對實驗教學(xué)的啟示

3.1 應(yīng)注重實驗選材恰當

在生物學(xué)實驗教學(xué)中，實驗材料的選擇應(yīng)體現(xiàn)取材便捷、無毒環(huán)保、現(xiàn)象明顯等特點。而在組織實驗教學(xué)的過程中，本實驗可以優(yōu)先選擇香菇作為更安全、便捷的實驗材料，并提前進行一定的預(yù)實驗來確保實驗的可行性。

3.2 應(yīng)注重實驗的探究性

探究性是科學(xué)實驗的本質(zhì)屬性。學(xué)生在參與實驗的過程時，就是經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題—作出假設(shè)—制定計劃—實施計劃—得出結(jié)論—表達交流”的過程，利用科學(xué)方法收集證據(jù)，基于知識基礎(chǔ)去推理、判斷結(jié)論的合理性，不僅觀察得到了實驗現(xiàn)象，還培養(yǎng)了思考和解決問題的能力。因此，生物學(xué)實驗的設(shè)置應(yīng)當盡量回歸其探究本質(zhì)。教學(xué)時，教師應(yīng)盡可能在探究性實驗的一般過程中設(shè)置問題和思考，達成學(xué)習(xí)目標。本實驗作為探究性實驗，是有效的實驗教學(xué)實踐，是核心素養(yǎng)中科學(xué)探究部分的落實。

3.3 注重發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)

兩個版本教科書在該實驗教學(xué)既有各自的特點，也有共性之處：對實驗的設(shè)計絕不僅限于實驗探究本身，還關(guān)注學(xué)生在科學(xué)思維方面的發(fā)展。人教版教科書設(shè)計了豐富的問題，引導(dǎo)學(xué)生進行探究設(shè)計、類比分析，從而對實驗現(xiàn)象作出結(jié)論；滬科版教科書則關(guān)注學(xué)生的圖表分析能力、數(shù)學(xué)建模能力等多種跨學(xué)科思維的應(yīng)用。兩個版本的教科書在編寫中都指向?qū)W(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，對今后的實驗教學(xué)開展帶來了啟示與思考。