林書嫻

【摘要】以“探究pH對(duì)酶活性的影響”為實(shí)例，論述高中階段基于“以學(xué)生為主體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，通過(guò)多樣化引導(dǎo)、優(yōu)化教學(xué)模式、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，有效落實(shí)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)探究學(xué)習(xí)核心素養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】學(xué)生視角;引導(dǎo)探究;自主探究

探究教學(xué)是以人本主義理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)教師啟發(fā)下的學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，發(fā)揮學(xué)生主體性，達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的有意義構(gòu)建。探究實(shí)驗(yàn)的開展對(duì)分析思維、動(dòng)手操作、團(tuán)體協(xié)作能力提出較高的要求，以“探究影響酶活性的條件”為例，學(xué)生的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：缺乏設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)、動(dòng)手能力不強(qiáng)操作不當(dāng)、不能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行深入分析等。因此教師要充分考慮教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，站在“學(xué)生視角”去思考——了解學(xué)生的能力，預(yù)判學(xué)生的反應(yīng)，觀察學(xué)生的課堂表現(xiàn)，記錄實(shí)踐中的難點(diǎn)，反思教學(xué)設(shè)計(jì)的不足并持續(xù)改進(jìn)。

一、關(guān)注學(xué)生的課程體驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上做“減法”

探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容不需要局限于一節(jié)課內(nèi)完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該以教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，同時(shí)結(jié)合學(xué)生的能力和基礎(chǔ)：一些簡(jiǎn)單明晰的體驗(yàn)式探究，可以將幾個(gè)實(shí)驗(yàn)合并完成;一些引導(dǎo)式探究、自主式探究的實(shí)驗(yàn)則可以加長(zhǎng)時(shí)間，如劃分為課前的準(zhǔn)備階段（提出問(wèn)題、查閱資料、制定方案、預(yù)實(shí)驗(yàn)等）、課堂的實(shí)踐階段、課后的延伸階段（重復(fù)實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、拓展新問(wèn)題等）。

在大部分教師的教學(xué)實(shí)踐中，“探究影響酶活性的條件”都是安排一個(gè)課時(shí)完成，即在一節(jié)課內(nèi)探究溫度和pH對(duì)酶活性的影響。教學(xué)流程通常是先分別設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的方案，然后分組操作得出結(jié)果。受時(shí)間限制，每個(gè)小組只能完成其中一種自變量的操作。我從“學(xué)生視角”出發(fā)進(jìn)行反思：“學(xué)生在這種課程安排下會(huì)有怎樣的體驗(yàn)?zāi)?？”必然是疲于?yīng)對(duì)的。想要兼顧兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，探究活動(dòng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)只能匆匆掠過(guò)，學(xué)生沒(méi)有時(shí)間去主動(dòng)思考，沒(méi)有空間去內(nèi)化對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方案的理解，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的疑問(wèn)沒(méi)有機(jī)會(huì)自主解決，被課堂進(jìn)度機(jī)械地拉動(dòng)。這樣“蜻蜓點(diǎn)水”般的課程設(shè)計(jì)只是表面的、形式上的探究，不能帶動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)參與。另外每位學(xué)生只能完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作，即使能聽(tīng)其他小組介紹另一個(gè)實(shí)驗(yàn)，但無(wú)法動(dòng)手操作、觀察現(xiàn)象，這樣的“紙上談兵”缺失了將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

為確保學(xué)生能體驗(yàn)探究活動(dòng)的完整過(guò)程，我將本實(shí)驗(yàn)安排調(diào)整為兩個(gè)課時(shí)，在第一節(jié)課做“減法”——只進(jìn)行“pH對(duì)酶活性影響”實(shí)驗(yàn)。先引導(dǎo)學(xué)生將這個(gè)實(shí)驗(yàn)做的完整、準(zhǔn)確、透徹，夯實(shí)基礎(chǔ)，再遷移到第二節(jié)課的“溫度對(duì)酶活性影響”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就能自主完成探究。

二、思考學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)的難點(diǎn)，在引導(dǎo)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置“任務(wù)”

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案是探究活動(dòng)中難點(diǎn)集中的環(huán)節(jié)，教師已普遍認(rèn)同不應(yīng)給出既定的方案讓學(xué)生按部就班地完成，而應(yīng)以學(xué)生為主體來(lái)生成。那么，是否讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)方案才能體現(xiàn)主體性呢？在“探究影響酶活性的條件”早期教學(xué)中，我采用“學(xué)案導(dǎo)學(xué)、先學(xué)后教”的策略，設(shè)計(jì)的學(xué)案中只列出探究活動(dòng)的流程，開放性很強(qiáng)，要求學(xué)生課前分組設(shè)計(jì)方案，課堂上交流后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從實(shí)際情況反饋，只有四分之一的實(shí)驗(yàn)小組能設(shè)計(jì)出稍成形的方案，教師需在課前針對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，工作量非常大，而如果沒(méi)有指導(dǎo)到位，大部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中將始終處于茫然的狀態(tài)。遇到阻力后，我站到“學(xué)生視角”進(jìn)行分析：這是高一開展較早的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏經(jīng)驗(yàn)的積累，實(shí)驗(yàn)本身在選材、分組、控制變量方面要考慮的細(xì)節(jié)眾多，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)是脫離能力基礎(chǔ)的。因此我將教學(xué)策略改進(jìn)為“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題導(dǎo)學(xué)”，把重心放在加強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的引導(dǎo)，設(shè)置形式多樣的學(xué)習(xí)任務(wù)為難點(diǎn)的突破鋪設(shè)臺(tái)階。

面對(duì)實(shí)驗(yàn)桌上的多種試劑，學(xué)生感覺(jué)無(wú)從下手，我整理了以下信息引導(dǎo)學(xué)生選擇材料：“酶溶液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的淀粉酶溶液、肝臟研磨液。底物：質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的淀粉溶液（酸能促進(jìn)淀粉水解）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的HO溶液（高溫下HO分解加快）”，請(qǐng)學(xué)生選取材料填寫表格（如下表）。填表任務(wù)能帶動(dòng)學(xué)生有條理地思考：首先是酶和底物的組合選擇，一種酶對(duì)應(yīng)于相應(yīng)底物，體現(xiàn)酶的專一性;其次，材料的選擇應(yīng)依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，如考慮到HO分解受溫度影響，以溫度作為自變量時(shí)便不能選擇這一組合，體現(xiàn)單一變量原則。學(xué)生明白了原理，選對(duì)了材料，便邁出了自信的第一步。

下一步是引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)操作步驟，我列出了以下問(wèn)題：（1）要探究pH對(duì)酶活性的影響，你將設(shè)定哪幾個(gè)pH值？（2）怎樣調(diào)節(jié)各組的pH達(dá)到設(shè)定的數(shù)值？（3）無(wú)關(guān)變量有哪些，如何控制？（4）因變量是什么，你怎樣檢測(cè)因變量？（5）根據(jù)你的假設(shè)，各組會(huì)看到怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？這些問(wèn)題涵蓋了設(shè)置自變量、控制無(wú)關(guān)變量、檢測(cè)因變量等核心要點(diǎn)，逐步思考和解決這些問(wèn)題，一套比較成形的操作方案就水到渠成了。

根據(jù)以往的觀察，學(xué)生在調(diào)節(jié)pH時(shí)往往缺乏思辨，操作隨意，導(dǎo)致自變量的控制不準(zhǔn)確。直接告訴學(xué)生正確方法肯定是下策，那么是否提前組織學(xué)生討論，總結(jié)出統(tǒng)一的做法就是上策呢？我在這里做了“留白”的設(shè)計(jì)——在操作前提出任務(wù)：“每個(gè)pH條件下，酶、底物、緩沖溶液應(yīng)該按什么順序加入試管呢？請(qǐng)各小組討論后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。”首先，提醒學(xué)生要思考這個(gè)問(wèn)題，但不馬上交流，各組按討論的方案去實(shí)施，教師在實(shí)驗(yàn)后引導(dǎo)回歸這個(gè)步驟的討論，合理的方法屆時(shí)便會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)。這樣的策略鼓勵(lì)學(xué)生先想后做，在做中學(xué)，在實(shí)踐后反思，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程獲得動(dòng)態(tài)的生成性，無(wú)疑是更勝一籌的選擇。

經(jīng)過(guò)這節(jié)課的訓(xùn)練，當(dāng)開展“溫度對(duì)酶活性的影響”新實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)完整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆桨妇屯耆尚辛?，從而?shí)現(xiàn)了從“引導(dǎo)式探究”到“自主式探究”的螺旋化提升。當(dāng)教師積極提供輔助，在學(xué)案中以資料、表格、圖例等直觀形式呈現(xiàn)信息，在課堂上設(shè)置問(wèn)題、討論、反思等學(xué)習(xí)任務(wù)帶動(dòng)思考，學(xué)生始終是參與探究的主體，那么實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將不再是最難攻克的攔路虎，而更可能轉(zhuǎn)化為催化探究能力發(fā)展的最佳契機(jī)。

三、多層次引導(dǎo)學(xué)生剖析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果成為推動(dòng)探究的“支點(diǎn)”

實(shí)驗(yàn)操作完成后對(duì)于結(jié)果的分析是十分重要的，但這一環(huán)節(jié)很容易被學(xué)生忽略，觀察到現(xiàn)象后就認(rèn)為實(shí)驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束了。從“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”得出“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”可以經(jīng)過(guò)幾個(gè)層次的推進(jìn)：（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、測(cè)量、統(tǒng)計(jì);（2）交流實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)出共同規(guī)律或不同點(diǎn);（3）將結(jié)果與預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，看是否一致。若不同于預(yù)測(cè)要分析原因;（4）反思實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作過(guò)程，做出必要改進(jìn);（5）依據(jù)準(zhǔn)確結(jié)果得出科學(xué)結(jié)論。學(xué)生一般只會(huì)本能地進(jìn)行到第一個(gè)階段，在看到表觀的現(xiàn)象后，不能自覺(jué)地提煉規(guī)律，面對(duì)意料之外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果找不到分析的切入點(diǎn)。認(rèn)識(shí)到學(xué)生的局限后，教師應(yīng)注重發(fā)揮引導(dǎo)作用，挖掘出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的隱藏價(jià)值。

在“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生以HO分解產(chǎn)生的氣泡情況作為因變量。操作結(jié)束后，我這樣啟發(fā)學(xué)生分析：“你觀察到的現(xiàn)象是什么？與預(yù)期是否一致？”有學(xué)生描述到：“在pH為3、5、7、9、11的五個(gè)組中，pH為9的條件下產(chǎn)生的氣泡比pH為7的條件下更多，這與預(yù)期的不同。”我提出第2個(gè)問(wèn)題：“實(shí)測(cè)結(jié)果與預(yù)測(cè)不同，可能的原因有哪些？”學(xué)生提出有三種可能性：“單次實(shí)驗(yàn)存在偶然性需要重復(fù)實(shí)驗(yàn);可能是實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤導(dǎo)致結(jié)果偏差;也可能是預(yù)測(cè)有誤，pH為9時(shí)H2O2酶活性實(shí)際上更高?！蔽翼樦@三種可能性逐一地分析：先請(qǐng)所有小組匯總結(jié)果，90%的學(xué)生都表示觀察到了類似的“意外現(xiàn)象”，這便基本排除了單個(gè)小組單次實(shí)驗(yàn)的誤差。那是不是操作有誤影響了結(jié)果呢？我請(qǐng)學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)過(guò)程：“你是按什么順序加入酶、底物和緩沖溶液的？”當(dāng)聽(tīng)到與自己不同的做法時(shí)，學(xué)生會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生疑惑進(jìn)行辨析，緊接著的問(wèn)題便是：“同學(xué)們交流的方法中哪種更科學(xué)？為什么？”通過(guò)討論，學(xué)生明確了要分別調(diào)好酶和底物的pH后再混合，才能保證反應(yīng)在設(shè)定的pH條件下進(jìn)行，所以確實(shí)有不少小組是存在操作錯(cuò)誤的。為什么有些小組的操作正確但仍觀察到“不對(duì)”的現(xiàn)象呢？如果是預(yù)測(cè)有誤，如何進(jìn)一步檢驗(yàn)這種可能性呢？我提示了思考的方向：“觀察氣泡產(chǎn)生情況作為因變量有何不足？”學(xué)生指出：“觀察氣泡的多少很主觀，不同實(shí)驗(yàn)者的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同無(wú)法對(duì)比，現(xiàn)象相近的實(shí)驗(yàn)組之間不容易區(qū)分?！薄坝袥](méi)有辦法客觀地檢測(cè)反應(yīng)速率呢？”有了化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，學(xué)生紛紛提議可以用排水法測(cè)量氧氣生成量，這個(gè)問(wèn)題就迎刃而解了。

經(jīng)過(guò)這一系列討論，學(xué)生的思維在問(wèn)題的推進(jìn)下積極地流動(dòng)、碰撞，體驗(yàn)到一種抽絲剝繭般的暢快感。能夠達(dá)到這一效果，正是基于從“學(xué)生視角”出發(fā)的教師引導(dǎo)，即協(xié)助學(xué)生梳理問(wèn)題的脈絡(luò)，提倡他們大膽推測(cè)、有邏輯地論證。因此，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果不應(yīng)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)的“終點(diǎn)”，而應(yīng)作為一個(gè)有力的“支點(diǎn)”，承上啟下，在討論中把探究引向深入，啟發(fā)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。

四、給予學(xué)生試錯(cuò)、反思、改進(jìn)的空間，在實(shí)驗(yàn)操作中鋪設(shè)“梯度”

當(dāng)學(xué)生找出了進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方向時(shí)，他們最期待的是什么呢？當(dāng)然是摩拳擦掌地再做一次實(shí)驗(yàn)了。若能為學(xué)生提供多次操作的機(jī)會(huì)，不僅保證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，更重要的是順應(yīng)了學(xué)習(xí)熱情，鼓勵(lì)學(xué)生不滿足于理論推理，而是通過(guò)實(shí)踐來(lái)找到答案，這才是探究實(shí)驗(yàn)所提倡的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

經(jīng)過(guò)多次教學(xué)實(shí)踐的積累，我將“探究pH對(duì)酶活性的影響”的教學(xué)模式優(yōu)化為“遞進(jìn)生成式”——通過(guò)“初次探究”（設(shè)計(jì)方案及第一次的定性實(shí)驗(yàn)）→“再次探究”（分析結(jié)果，改進(jìn)后進(jìn)行第二次的定量實(shí)驗(yàn)）→“進(jìn)一步探究”（得出結(jié)論并提出新問(wèn)題），三個(gè)梯度環(huán)環(huán)相扣、層層推進(jìn)。在初次實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生充分地嘗試、獲得直觀體驗(yàn)。再次探究中學(xué)生能夠熟練操作技能，改正之前的錯(cuò)誤，并使用排水法檢測(cè)反應(yīng)速率，獲得數(shù)據(jù)后進(jìn)行再次的交流，得出明確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上可以提出進(jìn)一步探究的問(wèn)題，如H2O2 酶的最適pH是多少，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案等。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師先向?qū)W生預(yù)示可能的錯(cuò)誤，做出詳細(xì)提示，束縛了學(xué)生思維，在操作時(shí)縮手縮腳。而本課的教學(xué)模式提倡“試錯(cuò)學(xué)習(xí)，先做后改”，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”，學(xué)生對(duì)于通過(guò)自己觀察、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證出來(lái)的知識(shí)和方法理解的更透徹，記憶更深刻。

五、以課堂實(shí)效為原則創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，為學(xué)生成功完成實(shí)驗(yàn)提供“助力”

高中生物教材上的實(shí)驗(yàn)編排整體是科學(xué)合理的，原理清晰、材料易獲取、現(xiàn)象明顯。因此教師不必“為了創(chuàng)新而創(chuàng)新”，應(yīng)結(jié)合教學(xué)實(shí)際，從學(xué)生角度思考：“哪個(gè)步驟的操作有難度？實(shí)驗(yàn)成功率低的原因是什么？”然后查閱資料，多做預(yù)實(shí)驗(yàn)，找到合理的改進(jìn)措施。

我對(duì)“探究pH對(duì)酶活性的影響”的實(shí)驗(yàn)方法所做的優(yōu)化體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是改進(jìn)了自變量的調(diào)節(jié)方式。原實(shí)驗(yàn)中提供的材料是HCl、NaOH溶液和pH試紙，這需要學(xué)生一邊滴加酸、堿試劑一邊檢測(cè)，操作繁瑣，也不能通過(guò)觀察試紙的顏色準(zhǔn)確測(cè)定pH值。因此我改用具有pH梯度的緩沖溶液，由實(shí)驗(yàn)室在課前配制，學(xué)生直接使用，這樣能夠節(jié)省大量時(shí)間，而且準(zhǔn)確性強(qiáng)，穩(wěn)定性高。二是改進(jìn)了因變量的檢測(cè)方式。原實(shí)驗(yàn)觀察氣泡產(chǎn)生情況，直觀但不準(zhǔn)確，運(yùn)用排水法可以定量檢測(cè)。由于酶和底物用量很少，若使用化學(xué)的排水法裝置測(cè)量誤差很大。根據(jù)需要我設(shè)計(jì)了“反應(yīng)—排水”裝置（如下圖），這些器材在實(shí)驗(yàn)室中都是容易獲得的。在操作時(shí)先將酶滴入試管，塞上橡膠塞，然后用注射器吸取HO溶液穿刺塞子，注射后酶和底物發(fā)生反應(yīng)就可收集氣體，操作簡(jiǎn)單，學(xué)生能輕松掌握用法。當(dāng)最后匯總實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定pH為9時(shí)氧氣生成量是各組中最多的，很多學(xué)生的眼中閃現(xiàn)出了豁然開朗的光芒。

通過(guò)這兩處改進(jìn)，得到了明確的自變量和因變量數(shù)據(jù)，學(xué)生就可以描點(diǎn)畫坐標(biāo)圖，借由直觀的曲線模型，pH對(duì)酶活性的影響便一目了然。上述對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)，目的是服務(wù)于“遞進(jìn)生成式”的教學(xué)模式，幫助學(xué)生在一節(jié)課內(nèi)順利完成兩次實(shí)驗(yàn)操作。因此實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新應(yīng)該從改善實(shí)驗(yàn)效果、提高成功率出發(fā)，而不能刻意標(biāo)新立異，使實(shí)驗(yàn)原理、方法、裝置復(fù)雜化，給學(xué)生帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)，沖散了探究實(shí)驗(yàn)的核心主線。

本課例的教學(xué)策略能夠有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)的知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)，而給我最深刻體會(huì)的是情感目標(biāo)的達(dá)成——探究實(shí)驗(yàn)不是驗(yàn)證一個(gè)已知結(jié)果的問(wèn)題，基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)有可能是錯(cuò)的，需要大膽質(zhì)疑和實(shí)踐的檢驗(yàn);實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鞑皇且货矶偷?，需要同學(xué)間的團(tuán)體協(xié)作。只有從“學(xué)生視角”出發(fā)制定的教學(xué)策略，才能實(shí)現(xiàn)這種師生之間、學(xué)生之間的密切互動(dòng)和思想交流。從“學(xué)生視角”出發(fā)的教學(xué)設(shè)計(jì)，要求教師把學(xué)生看作“完整的人”，相信學(xué)生能發(fā)現(xiàn)自己的潛能，進(jìn)行自我教育。教師要做的就是提供堅(jiān)實(shí)的支持和平臺(tái)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不斷推動(dòng)教學(xué)策略的“進(jìn)化”，追求師生的共同成長(zhǎng)。在這種教育思維和教學(xué)模式的長(zhǎng)期熏陶下，學(xué)生逐漸萌發(fā)、成長(zhǎng)起來(lái)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和探究能力，也將是可持續(xù)發(fā)展的，具有蓬勃的生命力和創(chuàng)造力。

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