吳惠平（漳州第一中學(xué)，福建漳州363000）

論證教學(xué)模式在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的案例研究

吳惠平
（漳州第一中學(xué)，福建漳州363000）

以“探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)”為例，引導(dǎo)學(xué)生以探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果作為證據(jù)提出主張，進(jìn)行相互質(zhì)疑，最后達(dá)到完善或認(rèn)可的主張，使得學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)建構(gòu)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的建構(gòu)和深刻理解，有利于提高學(xué)生的探究能力和論證能力。

論證教學(xué)模式；探究實(shí)驗(yàn)；質(zhì)疑；實(shí)驗(yàn)結(jié)果；主張

運(yùn)用論證教學(xué)模式進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，將探究實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性與論證教學(xué)的實(shí)證性相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生歸納、梳理探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并作為證據(jù)進(jìn)行質(zhì)疑或維護(hù)各自的主張，有利于達(dá)成科學(xué)探究與應(yīng)用知識(shí)相結(jié)合的教學(xué)目的?，F(xiàn)以人教版《高中生物》必修1中“探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)”為例，探討如何在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用論證教學(xué)模式。

一、論證教學(xué)模式概述

論證教學(xué)模式是將科學(xué)領(lǐng)域論證工作的方式引入課堂，使得學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家的論證過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)，發(fā)展學(xué)生的思維能力。［1］根據(jù)論證教學(xué)模式的要求，高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般包括分析“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”得出“主張”，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為“論據(jù)”解釋支持“主張”，經(jīng)過(guò)“質(zhì)疑”后“完善或認(rèn)可主張”（如圖1）。［2］

圖1 論證探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程

二、論證教學(xué)模式的案例研究

（一）指導(dǎo)學(xué)生課前設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

“探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)”涉及較多化學(xué)知識(shí)，包括實(shí)驗(yàn)試劑、檢測(cè)試劑的化學(xué)性質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果有偏差甚至相違背。因此，實(shí)驗(yàn)課前，師生應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備。要求學(xué)生從實(shí)驗(yàn)試劑、溫度、pH等單一變量的控制、檢測(cè)試劑的選擇等方面查閱影響酶活性的相關(guān)資料，思考①選擇什么試劑進(jìn)行溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)最合適？②如何嚴(yán)格保持實(shí)驗(yàn)中每組酶所處的溫度始終是所設(shè)置的溫度？③若選擇好實(shí)驗(yàn)的底物和酶時(shí)，那么應(yīng)選擇什么作為檢測(cè)試劑來(lái)檢測(cè)反應(yīng)速度的快慢？并完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)（如表1、表2）。

表1 第1組實(shí)驗(yàn)方案

表2 第2組實(shí)驗(yàn)方案

（二）探究實(shí)驗(yàn)與論證教學(xué)有機(jī)結(jié)合

學(xué)生整理、歸納實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，梳理其中的邏輯關(guān)系，提出主張，并進(jìn)行相互質(zhì)疑。通過(guò)論證，修正實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。將獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做為證據(jù)進(jìn)一步論證，從而得出正確的主張。

1.以實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為資料提出主張

根據(jù)課前設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生4人一小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、觀察與記錄。

第1小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是0℃、37℃、100℃的3支試管分別是淺磚紅色、磚紅色、淺磚紅色。因此，第1小組提出“溫度對(duì)酶活性有影響，低溫和高溫酶活性下降，但是都還有活性”的主張。

第2小組質(zhì)疑第1小組“實(shí)驗(yàn)檢測(cè)試劑”的問(wèn)題：第1小組使用斐林試劑作為檢測(cè)試劑，試管中的溶液必需加熱到55℃才會(huì)有顏色變化，但是該實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度，加熱到55℃的處理改變了原來(lái)控制的溫度梯度，因此不能選擇斐林試劑進(jìn)行檢測(cè)。第2小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2，選擇碘液作為檢測(cè)試劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是0℃、37℃、100℃試管的溶液分別是深藍(lán)色、無(wú)色、無(wú)色。第2小組支持第一小組的“溫度對(duì)酶活性有影響，低溫時(shí)酶活性下降”的主張；同時(shí)提出超過(guò)最適溫度時(shí)，隨著溫度的升高，溫度對(duì)酶活性基本沒(méi)影響。

2.教師提供資料，學(xué)生重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

第3小組學(xué)生質(zhì)疑第2小組的主張：唾液淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)易變性，因此高溫情況下酶應(yīng)當(dāng)沒(méi)有活性。

教師提供資料：酶對(duì)溫度變化極為敏感，天然態(tài)酶分子會(huì)經(jīng)過(guò)一系列相對(duì)穩(wěn)定的中間態(tài)U1、U2、U3等，最終過(guò)渡到變性狀態(tài)，中間狀態(tài)時(shí)仍具有部分活性，而且是可逆過(guò)程。［2］學(xué)生恍然大悟。進(jìn)一步要求學(xué)生思考“如何修改實(shí)驗(yàn)方案，保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各組的溫度一直保持不變？”

經(jīng)過(guò)論證學(xué)習(xí)，學(xué)生重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（如表3）。

表3 修正后的實(shí)驗(yàn)方案

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，所得的結(jié)果與第2小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一樣，即0℃、37℃、100℃試管的溶液分別是深藍(lán)色、無(wú)色、無(wú)色。學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)方案：5號(hào)淀粉試管和6號(hào)唾液淀粉酶試管皆在100℃保溫5分鐘，混合后繼續(xù)保溫5分鐘，難道是唾液淀粉酶保溫時(shí)間太短？

3.尋找證據(jù)，再次修正實(shí)驗(yàn)方案

學(xué)生閱讀教師提供的資料：直鏈淀粉并不是直線型分子，而是借分子內(nèi)氫鍵卷曲成螺旋狀。直鏈淀粉遇碘顯藍(lán)色，碘與淀粉之間并不是形成化學(xué)鍵，而是I2鉆入螺旋當(dāng)中的空隙。I2與淀粉之間借助于范德華力聯(lián)系在一起，形成深藍(lán)色的淀粉-碘絡(luò)合物。淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)并不是十分穩(wěn)定，溫度高使直鏈淀粉分子劇烈運(yùn)動(dòng)，形態(tài)發(fā)生變化，螺旋消失，以致藍(lán)色的淀粉—碘絡(luò)合物分解，溶液呈現(xiàn)無(wú)色。［3］思考“應(yīng)如何檢測(cè)高溫組溶液是否含有淀粉？”

學(xué)生分析資料：高溫條件下，滴加碘液，碘與淀粉無(wú)法形成藍(lán)色的淀粉—碘絡(luò)合物，所以溶液呈現(xiàn)無(wú)色。因此需修改檢測(cè)方法，待高溫組溶液冷卻后再滴加碘液。學(xué)生實(shí)驗(yàn)后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：高溫組溶液冷卻后滴加碘液，溶液變?yōu)樯钏{(lán)色。

指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析“只要高溫組有淀粉存在就說(shuō)明酶沒(méi)有活性嗎？”學(xué)生分析：不能說(shuō)明，還需設(shè)計(jì)對(duì)照試驗(yàn)，探究高溫組的淀粉是否被水解。學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：再取兩支試管，編號(hào)為7號(hào)、8號(hào)，在7、8號(hào)試管中分別加入3%淀粉溶液2ml和1ml的蒸餾水，在100℃的水浴鍋中保溫5分鐘，之后將8號(hào)試管的水倒入7號(hào)試管中繼續(xù)保溫，5分鐘后拿出并冷卻，滴加碘液觀察顏色變化，并與高溫組進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是高溫組溶液的顏色與對(duì)照組的顏色一致。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正主張：高溫下酶沒(méi)有活性，而且該過(guò)程不可逆。

教師講解：高溫使酶沒(méi)有活性是由于高溫使酶的空間結(jié)構(gòu)被破壞，酶的空間結(jié)構(gòu)被破壞后，酶的空間結(jié)構(gòu)不可能重新形成。高溫處理，使得酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終導(dǎo)致酶的功能喪失稱為變性。

4.完善低溫組實(shí)驗(yàn)，得出正確的主張

教師引導(dǎo)：高溫時(shí)酶變性，該過(guò)程不可逆；那么低溫條件下，酶活性下降，是否可逆？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：直接將0℃的試管放于37℃的水浴鍋保溫一段時(shí)間并進(jìn)行觀察。試管溶液轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)色。

學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出正確的主張：低溫使酶活性下降，但隨著溫度升高酶活性上升，所以低溫酶沒(méi)變性失活。

在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用論證教學(xué)模式，學(xué)生以實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為資料提出主張，或以實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為論據(jù)質(zhì)疑他組提出的主張，最后完善或認(rèn)可的主張：溫度對(duì)酶活性有影響。整個(gè)探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生經(jīng)歷了類似于科學(xué)家一樣的論證過(guò)程，由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)建構(gòu)知識(shí)，有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的建構(gòu)和深刻理解，培養(yǎng)學(xué)生的論證能力和探究能力。

［1］許桂芬.在論證式教學(xué)中如何引導(dǎo)質(zhì)疑和辯駁——以“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”為例［J］.生物學(xué)通報(bào)，2014（7）.

［2］李福琴.變性一定導(dǎo)致酶永久失活嗎［J］.中學(xué)生物學(xué)，2015（2）.

［3］黃廣慧.探究“影響酶活性”的兩個(gè)“意外”［J］.生物學(xué)教學(xué)，2006（1）.

（責(zé)任編輯：陳欣）

2015年度漳州市基礎(chǔ)教育課程教學(xué)研究立項(xiàng)課題“高中生物論證式教學(xué)模式的案例研究”（項(xiàng)目編號(hào)：ZPKTY15003）。