王景花

摘 要 本案例基于生物學(xué)科教室的資源支持，以課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)為載體，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，產(chǎn)生認(rèn)知沖突問(wèn)題，重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并利用生物學(xué)科教室資源實(shí)施方案。在小組的交流碰撞中歷練探究思維，在層層追問(wèn)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移應(yīng)用，提升學(xué)科關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞 學(xué)科教室 探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 二次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) Q-331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 學(xué)科教室

學(xué)科教室是傳統(tǒng)的教室、辦公室、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備室、圖書(shū)館等功能場(chǎng)館的結(jié)合體，可以讓教學(xué)實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又恢復(fù)課堂的本真性。一方面讓常態(tài)課與實(shí)驗(yàn)課的區(qū)別消失，另一方面教師自己管理實(shí)驗(yàn)器材藥品、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，讓教師與實(shí)驗(yàn)員的區(qū)別消失，同時(shí)也讓實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)過(guò)程即時(shí)透明，讓實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和過(guò)程并行，避免了設(shè)計(jì)的盲目性，讓理論實(shí)踐并行，從而具有更突出的求真功能。

2 探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是科學(xué)探究過(guò)程中解決問(wèn)題的首要步驟，是學(xué)生歷練探究思維能力的重要途徑。其設(shè)計(jì)思路包括：圍繞實(shí)驗(yàn)要求和目的、明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、明確實(shí)驗(yàn)的變量和檢測(cè)的指標(biāo)、正確選擇實(shí)驗(yàn)的材料和用品、合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、注意遵循實(shí)驗(yàn)的對(duì)照和單一變量等最基本的原則、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論并作出評(píng)價(jià)。

3 二次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

二次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)首次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和實(shí)施過(guò)程遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析整改，在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，從理念到步驟和細(xì)節(jié)，再到評(píng)價(jià)，體現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中思維品質(zhì)的提升和設(shè)計(jì)能力的成熟。

4 教學(xué)案例

本節(jié)課以高中生物《必修1·分子與細(xì)胞》第五章第一節(jié)“酶的本質(zhì)和特性”江蘇學(xué)業(yè)水平測(cè)試復(fù)習(xí)課為案例教學(xué)，充分利用我校生物學(xué)科教室資源，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施和二次設(shè)計(jì)。

活動(dòng)一——探究酶具有專一性?；顒?dòng)內(nèi)容：

（1） 說(shuō)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和遵循的原則。

（2） 按設(shè)計(jì)步驟（表1）進(jìn)行操作出現(xiàn)的問(wèn)題。

（3） 說(shuō)說(shuō)你對(duì)這些實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的思考并嘗試重新操作。

（4） 實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)注意的事項(xiàng)并嘗試改進(jìn)。

學(xué)生總結(jié)：按照設(shè)計(jì)步驟（表1）操作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于冬季室內(nèi)溫度較低，操作中酶活性不夠影響到實(shí)驗(yàn)效果；用碘液鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1號(hào)試管內(nèi)有藍(lán)色產(chǎn)生，2號(hào)無(wú)色，說(shuō)明淀粉沒(méi)有被完全水解，這是因?yàn)槊富钚圆桓咭鸬摹?shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明溫度這一無(wú)關(guān)變量未控制好，需要進(jìn)行60℃保溫處理，但處理后實(shí)驗(yàn)結(jié)果是兩支試管均無(wú)明顯的變色反應(yīng)，無(wú)法證明蔗糖是否已經(jīng)被水解。改用斐林試劑鑒定后，可以排除溫度這一無(wú)變量的影響。此外本實(shí)驗(yàn)的目的是要探究是否有淀粉被分解，而不是探究淀粉是否被完全分解。所以只要檢測(cè)分解產(chǎn)物是否存在就夠了。

二次設(shè)計(jì)見(jiàn)表2?；顒?dòng)內(nèi)容為：

（1） 說(shuō)出再設(shè)計(jì)的理念思路。

（2） 還可以用兩種酶一種底物方法證明酶有專一性，試設(shè)計(jì)。

（3） 談?wù)劯倪M(jìn)后的實(shí)驗(yàn)感想。

活動(dòng)二——探究影響唾液淀粉酶活性的最適宜溫度。

（1） 說(shuō)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。

（2） 按設(shè)計(jì)步驟（表3）進(jìn)行操作出現(xiàn)的問(wèn)題及你對(duì)這些問(wèn)題的思考，并嘗試重新操作。

（3） 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意事項(xiàng)并嘗試改進(jìn)。

學(xué)生總結(jié)：將底物保溫在三個(gè)溫度下，加入酶，經(jīng)斐林試劑鑒定發(fā)現(xiàn)1、3試管內(nèi)試管均有磚紅色沉淀出現(xiàn)，分析可能是斐林試劑加熱時(shí)改變了低溫這一變量。改用碘液可以解決其影響，同時(shí)對(duì)最適溫度的探究應(yīng)該先做預(yù)實(shí)驗(yàn)確定溫度范圍，確定更小的溫度梯度通過(guò)精敏比色分析尋找最適溫度。

二次設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。活動(dòng)內(nèi)容為：

（1） 再設(shè)計(jì)的理念思路。

（2） 說(shuō)說(shuō)不選用過(guò)氧化氫酶探究的原因及反應(yīng)后不用斐林試劑檢測(cè)的原因。

（3） 繪制酶活性受溫度影響曲線，說(shuō)明曲線的含義。

（4） 還可以用什么酶和底物來(lái)探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)，試設(shè)計(jì)。

活動(dòng)三——自主設(shè)計(jì)和分析pH對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)要說(shuō)明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的材料、步驟、鑒定，繪制酶活性受pH影響的曲線模型。

學(xué)生總結(jié)：步驟和探究溫度影響酶活性的實(shí)施相似但選材不用淀粉和淀粉酶的理由：

（1） 單一變量不可控。淀粉與碘的藍(lán)色反應(yīng)在pH為3～5的弱酸性環(huán)境下進(jìn)行最靈敏，59時(shí)不顯色（或一開(kāi)始顯藍(lán)色，后褪色）。這是由于碘會(huì)與調(diào)節(jié)pH所用的NaOH反應(yīng)，產(chǎn)生次碘化鈉和碘化鈉，使之喪失作為檢測(cè)試劑的功用。

（2） 產(chǎn)物檢測(cè)不可行。利用碘液來(lái)檢測(cè)pH對(duì)淀粉酶活性的影響實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將淀粉加入體積分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液后加入淀粉酶，經(jīng)60℃保溫反應(yīng)，加入碘液后，呈現(xiàn)棕紅色。在重復(fù)實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)甚至?xí)尸F(xiàn)出紅色、褐色，且與滴加淀粉酶的時(shí)間有關(guān)（即淀粉于HCl中存留時(shí)間有關(guān)）。這是由于淀粉及其水解產(chǎn)物都能與碘液發(fā)生反應(yīng)，原理是碘分子嵌入淀粉螺旋體中，形成絡(luò)合物，且淀粉在酸性條件下加熱，也會(huì)發(fā)生自然水解。因此，上述實(shí)驗(yàn)中淀粉在HCl中存留的時(shí)間不同，顯色也不一樣。即使在強(qiáng)酸環(huán)境下，淀粉酶失活，淀粉也可能不與碘產(chǎn)生藍(lán)色反應(yīng)，而呈現(xiàn)出紅色、褐色等，不能準(zhǔn)確檢測(cè)淀粉酶于該pH下是否失活。那么是否就能用斐林試劑作為檢測(cè)試劑呢？也不可行。斐林試劑的Cu（OH）2可與HCl產(chǎn)生中和作用，使斐林試劑失去鑒定作用。即使在酸性條件下，淀粉酶具活性，使淀粉水解成還原糖，也檢測(cè)不出來(lái)。若利用磷酸鹽-檸檬酸鹽緩沖液調(diào)節(jié)pH，以唾液淀粉酶作實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)誤差可能會(huì)減少。所以用淀粉酶來(lái)做pH對(duì)酶活性影響的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)需要考慮的因素太多。最好的方法還是改變反應(yīng)底物與酶，用過(guò)氧化氫酶催化過(guò)氧化氫的分解來(lái)完成此實(shí)驗(yàn)。這樣就能回避選擇試劑中需要考慮的種種復(fù)雜問(wèn)題。

5 總結(jié)反思

本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作由學(xué)生在老師帶領(lǐng)下在學(xué)科教室內(nèi)完成，學(xué)生的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備和課堂教學(xué)均以學(xué)科教室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)為背景，避免了設(shè)計(jì)的盲目性。將酶的三個(gè)實(shí)驗(yàn)分別從定性分析到定量分析再到自主選擇類型，大大拓展學(xué)生的知識(shí)廣度和深度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其能力，提高了學(xué)科素養(yǎng)。同時(shí)江蘇學(xué)業(yè)水平考核實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)要求短平快，簡(jiǎn)明高效，往往缺乏課堂的理性思維和科學(xué)探究的空間。本節(jié)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課堂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵基于學(xué)科教室的資源支持，通過(guò)實(shí)驗(yàn)視頻的精心引入，防止課堂時(shí)間等待和酶的高效性實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容從定性到定量的遞進(jìn)和優(yōu)化層層深入，讓學(xué)生的理性思維得到充分訓(xùn)練。設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中問(wèn)題的分析都有小組和教師的參與和點(diǎn)評(píng)，讓知識(shí)應(yīng)用準(zhǔn)確定位。許多專家學(xué)者提出課堂深度學(xué)習(xí)概念，實(shí)驗(yàn)課堂上要讓學(xué)生產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)，教師要特別注意問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)（特別是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題一定要正面分析解決）、知識(shí)的對(duì)接、方法的遷移、思維的遞進(jìn)，走出“做實(shí)驗(yàn)不如做實(shí)驗(yàn)題”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。從本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶實(shí)驗(yàn)過(guò)程再帶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，反復(fù)鍛煉學(xué)生的理性思維和動(dòng)手操作本領(lǐng)，其中學(xué)科教室的理論支持和實(shí)踐平臺(tái)功能突顯，說(shuō)明基于學(xué)科教室的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作的必要性、優(yōu)越性，對(duì)于江蘇現(xiàn)行的學(xué)業(yè)水平必修考試中的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)是一種參照模式。教師要關(guān)注學(xué)生理性思維、科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，這是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。教師在平時(shí)的教學(xué)中，要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)，將提高學(xué)生的核心素養(yǎng)作為教學(xué)的價(jià)值取向，將總目標(biāo)分解到每一節(jié)課中，做到春風(fēng)化雨，潤(rùn)物無(wú)聲之效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱正威.探究性學(xué)習(xí)實(shí)施中的幾個(gè)問(wèn)題[J].生物學(xué)通報(bào)，2006，（1）：27-28.

[2] 李能?chē)?guó)等.基于學(xué)科教室的生物學(xué)課程設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2016，（9）：13-14.

[3] 徐學(xué)福.科學(xué)課程的探究教學(xué)案例[M].重慶：西南師范大學(xué)出版社，2003，9.

[4] 傅道春.新課程中教學(xué)技能的變化[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2003，8.

[5] 鄭春和.中學(xué)生物學(xué)探究教學(xué)模式的研討[J].課程·教材·教法，2001，（11）：39-44.