尚俊 葉克姣

1. 活動(dòng)目的

STEM是一個(gè)整合學(xué)科的概念，其中涉及科學(xué)、科技、工程、數(shù)學(xué)。不少國(guó)家多年前也大力推廣STEM教學(xué)的成效及意義。而有效落實(shí)及推廣完善STEM教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)顯得尤為重要，本文通過(guò)影響酶活性的因素探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)計(jì)STEM教學(xué)設(shè)計(jì)，為其他相關(guān)教育教學(xué)設(shè)計(jì)活動(dòng)提供參考，推動(dòng)STEM教育的宗旨和目標(biāo)。強(qiáng)化科學(xué)科技、數(shù)學(xué)教育，為學(xué)校教育教學(xué)積累更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2. STEM是什么

STEM教育的主要目的不是將學(xué)生裝備成科學(xué)家、技術(shù)員工程師及數(shù)學(xué)家，而是為了使所有學(xué)生都能夠在這瞬息萬(wàn)變的世界，有效發(fā)展及發(fā)揮作用，培養(yǎng)及提升STEM素養(yǎng)。STEM素養(yǎng)整合了科學(xué)素養(yǎng)、科技素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)這四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，但STEM素養(yǎng)沒(méi)有設(shè)定的閾值，即是說(shuō)其素養(yǎng)可以按照個(gè)人的生活一生持續(xù)發(fā)展。提高自己的能力和技能，不斷改善自己STEM領(lǐng)域的知識(shí)。STEM不是四個(gè)獨(dú)立的功能，而是強(qiáng)調(diào)更好地了解科學(xué)、科技、工程、數(shù)學(xué)的相互聯(lián)系和重疊的能力，并學(xué)會(huì)運(yùn)用這些知識(shí)來(lái)回答問(wèn)題和解決問(wèn)題，因此作為教師需要不斷提升STEM教育知識(shí)水平。

3. 活動(dòng)內(nèi)容及過(guò)程

3.1 活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)理念

生命活動(dòng)離不開(kāi)酶，人教版高中生物必修一第五章第一節(jié)介紹了酶。作為生命的催化劑，酶活性的高低影響著我們體內(nèi)的每一個(gè)生化反應(yīng)。因此教材83頁(yè)發(fā)起活動(dòng)探究影響酶活性的條件，但是沒(méi)有給出具體的裝置和步驟，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力提出了新的挑戰(zhàn)。面對(duì)這一難題學(xué)生將怎樣應(yīng)戰(zhàn)呢？調(diào)查發(fā)現(xiàn)這屆學(xué)生均為零零后，作為信息時(shí)代的學(xué)生，獲取知識(shí)的方法多、途徑廣，學(xué)生學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，且我校為省級(jí)一類示范高中，學(xué)生學(xué)習(xí)能力強(qiáng)且具備一定的科研能力?；谝陨辖滩暮蛯W(xué)情的特點(diǎn)，我確定了STEM教學(xué)模式，將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的知識(shí)，通過(guò)綜合的課程結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)了四種檢測(cè)酶活性的方法。讓學(xué)生從學(xué)科學(xué)變?yōu)橥婵茖W(xué)，真正提升生命科學(xué)核心素養(yǎng)。根據(jù)以上理念，我確定了以下教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)教學(xué)環(huán)節(jié)中提供的四種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)STEM教學(xué)模式的開(kāi)發(fā)，以此來(lái)提高學(xué)生核心素養(yǎng)。

3.2 活動(dòng)環(huán)節(jié)

3.2.1 創(chuàng)設(shè)情景

創(chuàng)設(shè)情景讓學(xué)生在具體的問(wèn)題環(huán)境中激發(fā)探究的內(nèi)在動(dòng)力，這里筆者以童話故事國(guó)王的種子引入話題。提出問(wèn)題：為什么煮過(guò)的種子不會(huì)發(fā)芽呢？學(xué)生想到原因之一可能是溫度影響了酶活性，提出課題探究溫度對(duì)a-淀粉酶活性的影響。

3.2.2活動(dòng)過(guò)程

方案一：變色法定性觀察酶活性（實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)的融合）

確定課題后學(xué)生很快設(shè)計(jì)出了方案一，開(kāi)發(fā)出了第一種酶活性檢測(cè)方法變色法定性觀察酶活性。讓淀粉和淀粉酶溶液在不同的溫度條件下反應(yīng)，再加入碘液定性比較酶活性的高低，具體步驟為：將等量的淀粉和淀粉酶設(shè)置溫度（0℃，60℃，100℃），溫度設(shè)置相同后混合均勻，再繼續(xù)保溫相同的時(shí)間，待淀粉充分分解后加入等量的碘液，加入碘液后觀察溶液顏色變化;實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：0℃和100℃溫度下出現(xiàn)了藍(lán)色，說(shuō)明淀粉在該溫度下被分解得很少甚至沒(méi)被分解，而60℃下沒(méi)有藍(lán)色出現(xiàn)，說(shuō)明淀粉被分解。得出結(jié)論：溫度不同酶活性不同。但是有學(xué)生提出問(wèn)題，不同的同學(xué)對(duì)顏色的描述不一致，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法統(tǒng)一。那么能否對(duì)顏色劃定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定量檢測(cè)酶活性呢，學(xué)生查閱資料設(shè)計(jì)方案二。

方案二：傳感器法檢測(cè)酶活性（實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)的融合）

學(xué)生利用色度傳感器開(kāi)發(fā)了第二種檢測(cè)方法傳感器法定量檢測(cè)酶活性。首先連接安裝朗威數(shù)字化色度傳感器，將待測(cè)樣液裝入傳感器中，打開(kāi)朗威通用軟件，檢測(cè)樣液的數(shù)據(jù)會(huì)顯示在電腦數(shù)據(jù)終端最后進(jìn)行記錄。

該方法利用現(xiàn)代技術(shù)色度傳感器將顏色變化轉(zhuǎn)變?yōu)榱司唧w的色度讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)字化，使定性檢測(cè)轉(zhuǎn)向了定量檢測(cè)，使我們本次探究向前邁進(jìn)了一大步。然而美中不足的是，有同學(xué)提出他們的結(jié)果不夠直觀，那么有沒(méi)有更加具象的檢測(cè)方法呢？學(xué)生查閱資料設(shè)計(jì)第三種方案。

方案三：分解圈法定量檢測(cè)酶活性（實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)的融合）

學(xué)生想到了遵義鴨溪的涼粉。我們吃涼粉的過(guò)程，不就是口腔中的唾液淀粉酶水解涼粉中淀粉的過(guò)程嗎？從而提出了一個(gè)新的視角，我們可否模擬消化涼粉的過(guò)程，讓酶促反應(yīng)在固體環(huán)境中進(jìn)行呢？從液相到固相開(kāi)發(fā)了第三種檢測(cè)方法分解圈法定量檢測(cè)酶活性。

選用市面上賣(mài)的白色涼粉，裝入培養(yǎng)皿中，并在其中加入適量的碘液使涼粉變藍(lán)，然后在其中放入大小相等的含酶濾紙片，紙片周圍的淀粉被酶分解后藍(lán)色褪去而出現(xiàn)透明圈，可用直尺測(cè)量透明圈的大小定量檢測(cè)酶活性。具體步驟：首先將切好的涼粉裝入培養(yǎng)皿中，向培養(yǎng)皿中加入等量的碘液，向培養(yǎng)皿中加入含酶濾紙片，不同的培養(yǎng)皿分別放入0℃、室溫、60℃、100℃溫度下培養(yǎng)保溫相同的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2：

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果? ? ? ? ? ? ?圖2? 60℃條件下分解圈最大

為了實(shí)現(xiàn)STEM向STEAM轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究。

從圖片中可以看到此方法安全簡(jiǎn)單、效果明顯，且易于推廣，學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可回到家中用涼粉和冰箱自主探究。并且還可以用于探究PH和酶抑制劑對(duì)酶活性的影響，正因?yàn)槿绱?，該方法一?jīng)提出便得到了同學(xué)們的認(rèn)可，并試著將該方法加以推廣制作出一款可以檢測(cè)酶活性的產(chǎn)品，學(xué)生從PH試紙中找到靈感開(kāi)發(fā)了第四種檢測(cè)方法。

方案四：試紙法簡(jiǎn)化測(cè)量酶活性（實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程的融合）

學(xué)生從PH試紙利用比色法確定酸堿度中找到靈感開(kāi)發(fā)出試紙法簡(jiǎn)化測(cè)量酶活性，制作流程如下：先將濾紙剪成條狀，將其侵泡在淀粉溶液中一晚上，取出并晾干，再在濾紙條上加入碘液變成藍(lán)色，最后在不同溫度下處理后檢測(cè)淀粉酶的活性。剪、泡、染、看四個(gè)步驟。

4. 活動(dòng)小結(jié)

通過(guò)四種檢測(cè)方法，我們得到了四種結(jié)果，可以看到本次實(shí)驗(yàn)選用的溫度大概在六十?dāng)z氏度左右為最適溫度，回答了課堂開(kāi)始提出的問(wèn)題，高溫條件下淀粉酶失活無(wú)法促進(jìn)種子萌發(fā)。同時(shí)學(xué)生親歷了科學(xué)探究的一般流程，了解了溫度對(duì)酶活性的影響，突破了本堂課的重難點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)數(shù)學(xué)工程藝術(shù)的有機(jī)融合。由于時(shí)間關(guān)系，以上只展示了部分學(xué)生的參與過(guò)程，班上還有很多同學(xué)提出了很多問(wèn)題，通過(guò)本次STEM教學(xué)學(xué)生對(duì)生物學(xué)科產(chǎn)生了濃厚的興趣，并啟發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)的一般方法與思路，STEM教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)我們一直在路上。

5. 活動(dòng)亮點(diǎn)

5.1該活動(dòng)有相關(guān)的STEM科學(xué)理論，有學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)及制作，科學(xué)性高。

5.2 貼近世界科學(xué)教育的趨勢(shì)，延展教材內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自由制作出產(chǎn)品，創(chuàng)新性高。

5.3 該活動(dòng)以學(xué)生興趣出發(fā)，重在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并親自操作實(shí)驗(yàn)，有效提高核心素養(yǎng)綜合素質(zhì)。

5.4 本設(shè)計(jì)能全面培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的STEM素養(yǎng)，完整性高。

6. 總結(jié)

STEM或STEAM教育對(duì)于不同能力的學(xué)生發(fā)展非常重要，只要教師及學(xué)生們分別在教授及學(xué)習(xí)時(shí)綜合運(yùn)用，培養(yǎng)其系統(tǒng)，最后必能慢慢掌握，同時(shí)推動(dòng)STEM教育的宗旨和目標(biāo)，強(qiáng)化科學(xué)、科技、數(shù)學(xué)及工程教育，最終與世界連接，增強(qiáng)學(xué)生在社會(huì)上的競(jìng)爭(zhēng)力。