王瓊霞 劉曉昕 趙新桐

（1 北京教育學(xué)院石景山分院 北京 100043 2 中國人民大學(xué)附屬中學(xué)石景山學(xué)校 北京 100042）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）中指出，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問題時(shí)所表現(xiàn)出來的價(jià)值觀、必備品格與關(guān)鍵能力[1]。知識轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的重要途徑是情境，構(gòu)建從真實(shí)情境中學(xué)習(xí)的認(rèn)知路徑是知識通向素養(yǎng)的必然要求[2]。將學(xué)科概念置于真實(shí)情境中，在問題與活動的驅(qū)動下，學(xué)生積極體驗(yàn)、主動構(gòu)建概念，形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)在課堂中逐漸提升面向未來學(xué)習(xí)與生活所需核心素養(yǎng)的學(xué)科大目標(biāo)。在“酶的特性”一節(jié)教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)圍繞多酶片的情境，啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究酶的特性，引導(dǎo)學(xué)生思考分析多酶片結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)與功能觀解釋酶特性的機(jī)理，挖掘酶在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用等，不僅完成概念的構(gòu)建，而且達(dá)成強(qiáng)化生命觀念、發(fā)展科學(xué)探究、提升科學(xué)思維、領(lǐng)悟社會責(zé)任的目標(biāo)。

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“酶的特性”位于人教版生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》第5 章第1 節(jié)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”第2 課時(shí)，內(nèi)容包括酶具有高效性、酶具有專一性和酶的作用條件溫和。課程標(biāo)準(zhǔn)要求說明酶活性受到環(huán)境因素的影響，并建議探究影響酶活性的因素。學(xué)生學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容不僅可進(jìn)一步理解酶的作用與本質(zhì)，還為學(xué)習(xí)細(xì)胞代謝等其他相關(guān)知識奠定基礎(chǔ)。特別需要強(qiáng)調(diào)的是，其中涉及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)施及結(jié)果分析等過程和方法更是提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的良好載體。

美國教學(xué)設(shè)計(jì)專家喬納森認(rèn)為，情境是利用一個熟悉的參照物，幫助學(xué)習(xí)者將一個要探究的概念與熟悉的經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，引導(dǎo)其利用這些經(jīng)驗(yàn)解釋、說明、形成自己的科學(xué)知識。受人教版教材本節(jié)內(nèi)容的課后閱讀資料——“酶為生活添姿彩”中多酶片的啟發(fā)，又考慮到學(xué)生初中已學(xué)習(xí)了“人體內(nèi)的消化酶”等知識，通過查閱相關(guān)素材，按照符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的知識呈現(xiàn)方式對素材進(jìn)行整合，創(chuàng)設(shè)本節(jié)課的教學(xué)情境——揭開多酶片的“層層面紗”，圍繞該情境精心設(shè)計(jì)問題與活動，引導(dǎo)學(xué)生主動構(gòu)建概念（表1），并在此過程中發(fā)展相應(yīng)的學(xué)科核心素養(yǎng)。

表1 情境中的核心問題及其對應(yīng)的活動及概念

2 教學(xué)目標(biāo)

1）闡明酶具有專一性、高效性、其作用條件較溫和。

2）概述酶空間結(jié)構(gòu)與其專一性的關(guān)系，進(jìn)一步樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

3）在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中學(xué)會控制變量及設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)等，提升科學(xué)探究能力，并發(fā)展分析、歸納與概括、推理等科學(xué)思維。

4）認(rèn)同酶在生產(chǎn)實(shí)踐中的重要作用，能用酶的特性解釋生物學(xué)現(xiàn)象，領(lǐng)悟社會責(zé)任。

3 教學(xué)流程

將“酶的特性”這一重要概念細(xì)分，圍繞多酶片的情境開展4 個相關(guān)活動，幫助學(xué)生按照認(rèn)知規(guī)律和科學(xué)思維過程自主生成相關(guān)次位概念，落實(shí)核心素養(yǎng)。主要的教學(xué)流程如圖1。

圖1 教學(xué)流程示意圖

4 教學(xué)過程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣 教師通過提示學(xué)生回憶消化酶可催化食物分解，提出有人在消化不良時(shí)服用多酶片以緩解癥狀的生活經(jīng)驗(yàn)，并展示多酶片實(shí)物，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)或“多酶片”的名稱判斷其功效及成分，形成初步認(rèn)識，為學(xué)習(xí)多酶片背后蘊(yùn)藏的相關(guān)知識作好鋪墊。

4.2 體驗(yàn)情境，構(gòu)建概念

4.2.1 情境1：多酶片中含有多少種酶？ 教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)食物的營養(yǎng)成分推測多酶片的成分，接著展示其成分——胰酶（包含胰淀粉酶、胰脂肪酶及蛋白酶）與胃蛋白酶，并提示學(xué)生思考多酶片中添加多種酶的原因。學(xué)生依據(jù)食物的主要成分為淀粉、脂肪及蛋白質(zhì)，推理得出：催化淀粉分解需淀粉酶、催化脂肪分解需脂肪酶、催化蛋白質(zhì)分解需蛋白酶，從而初步得出酶具有專一性的假設(shè)。

活動1：驗(yàn)證酶的專一性。教師組織學(xué)生從多酶片中選取相關(guān)的酶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生基本都能提出“將同一種酶分別加入不同的底物中，觀察底物是否被分解”的思路。以探究淀粉酶的專一性為例，考慮到淀粉與蛋白質(zhì)、脂肪不屬于同種物質(zhì)，結(jié)構(gòu)差異較大，故建議學(xué)生可用食物中常見的另一種糖類——蔗糖溶液替代蛋白質(zhì)和脂肪。完善后的方案如下：分別將1 mL 淀粉酶溶液加入2 mL 淀粉溶液（1 號試管）和等量的蔗糖溶液（2 號試管）中，利用斐林試劑鑒定是否有還原糖生成。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：1 號試管出現(xiàn)磚紅色沉淀，2 號試管無明顯的顏色變化，由此證明了酶具有專一性。

將教材中的實(shí)驗(yàn)“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”巧妙置于多酶片的情境中，創(chuàng)設(shè)符合邏輯的教學(xué)環(huán)節(jié)，既強(qiáng)化理論需要實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持的學(xué)科思想，又提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施方案及討論等科學(xué)探究能力。

學(xué)生很容易對多酶片中添加2 種蛋白酶產(chǎn)生疑問，教師需帶領(lǐng)學(xué)生分析原因，并補(bǔ)充資料，幫助學(xué)生理解2 種蛋白酶水解不同氨基酸之間形成的肽鍵（圖2）。胰蛋白酶專一地水解賴氨酸或精氨酸羧基形成的肽鍵；胃蛋白酶水解芳香族或其他疏水氨基酸的羧基或氨基形成的肽鍵[3]。總結(jié)酶專一性的內(nèi)涵，即一種酶只能催化一種或一類反應(yīng)，并展示“鎖鑰學(xué)說”的圖示，幫助學(xué)生明確酶專一性的分子機(jī)理，加深對結(jié)構(gòu)與功能觀的認(rèn)識。

圖2 消化道中幾種蛋白酶的專一性[3]

4.2.2 情境2：多酶片中各種酶的含量分別是多少? 教師介紹多酶片中酶的含量約為0.313 g/片，其中，胰酶0.3 g/片、胃蛋白酶0.013 g/片，結(jié)合成人一頓飯攝入的食物總量約600 g，思考、分析后，學(xué)生可得出少量的酶即可催化大量食物的分解，領(lǐng)悟酶的高效性。教師提示學(xué)生回憶上節(jié)課“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加深對酶高效性的認(rèn)識。

活動2：驗(yàn)證淀粉酶的高效性。借鑒“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)思路，教師補(bǔ)充淀粉可被硫酸溶液催化分解。學(xué)生設(shè)計(jì)并完善方案如下：分別將1 mL 濃度為20%硫酸溶液（1 號試管）和淀粉酶溶液（2 號試管）加入2 mL 淀粉溶液中，利用碘液檢測淀粉的分解情況。根據(jù)圖3（見插頁2）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出酶具有高效性的結(jié)論。

對于酶具有高效性的機(jī)理，教師可結(jié)合“酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能”的示意圖進(jìn)行講解，幫助學(xué)生直觀理解機(jī)理。為更好地指導(dǎo)學(xué)生形成健康的生活方式，教師需指出雖然多酶片可高效催化食物分解，但適量飲食才是最可取的。

4.2.3 情境3：服用多酶片的注意事項(xiàng)是什么？ 教師引導(dǎo)學(xué)生思考服用多酶片時(shí)的注意事項(xiàng)，啟發(fā)學(xué)生圍繞溫度及pH 值對淀粉酶活性影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

活動3：探究溫度對淀粉酶活性的影響。學(xué)生通過思考，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：設(shè)置不同溫度梯度（0～100℃），分別將1 mL 在不同溫度下保溫處理的淀粉酶溶液加入2 mL 對應(yīng)溫度處理的淀粉溶液中，利用碘液檢驗(yàn)淀粉的分解情況。學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖4，見插頁2，注：1～6 號試管對應(yīng)的溫度分別為0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃），得出結(jié)論，即溫度偏高或偏低，酶活性都會明顯降低。

在此基礎(chǔ)上，教師展示淀粉酶活性（或酶促反應(yīng)速率）受溫度影響的曲線圖，明晰酶的最適溫度，并指出溫度影響酶活性主要是對酶空間結(jié)構(gòu)的影響，加深學(xué)生對結(jié)構(gòu)與功能觀的理解，在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生得出多酶片不能用熱水送服，并進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生得出低溫更適宜保存多酶片等酶制劑。

活動4：探究pH 值對淀粉酶活性的影響。組織學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)施探究pH 值對淀粉酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)果見圖5（見插頁2，注：1～7 號試管分別對應(yīng)的pH 值為4～10）。

教師展示淀粉酶活性受pH 值影響的曲線，啟發(fā)學(xué)生說出“多酶片不能與酸性藥物或食物同時(shí)服用”，講述并展示幾種酶的最適pH 值：胃蛋白酶為1.8、胰酶為7.0，為后續(xù)理解“多酶片不能碾碎后服用”作好知識鋪墊。

將本節(jié)課的重要實(shí)驗(yàn)“影響酶活性的條件”置于“多酶片服用時(shí)的注意事項(xiàng)”的情境之中，可激發(fā)學(xué)生主動參與實(shí)驗(yàn)探究，利用生物學(xué)研究思路解釋實(shí)際問題，提升科學(xué)探究與科學(xué)思維。

4.3 挖掘情境，反饋遷移 順沿情境主線，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合多酶片的結(jié)構(gòu)模式圖（圖6）分析藥片進(jìn)入消化道各段后各種酶釋放的大致過程。組織學(xué)生討論多酶片設(shè)計(jì)為4 層的原因。教師總結(jié)：一是為了使多酶片中的胃蛋白酶在胃內(nèi)、胰酶在小腸中發(fā)揮催化相應(yīng)食物成分分解的作用，并利用自制動畫展示該過程；二是為了使多酶片中的胰酶未到達(dá)小腸時(shí)，其活性不會受到胃液pH值的影響。啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識到多酶片進(jìn)入小腸后，其中的胃蛋白酶的活性降低，甚至喪失，隨后被胰蛋白酶催化分解，深刻理解服用注意事項(xiàng)中“多酶片不能碾碎后服用”的生物學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)知識的有效反饋、遷移、拓展。

圖6 多酶片結(jié)構(gòu)模式圖

4.4 整合概念，小結(jié)提升 通過對上述教學(xué)環(huán)節(jié)的回憶、思考，請學(xué)生構(gòu)建“酶的特性”的概念圖（圖7），教師進(jìn)行評價(jià)，幫助學(xué)生建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

圖7 “酶的特性”的概念圖

小結(jié)：機(jī)體內(nèi)含有幾千種酶，酶的高效性與專一性保證機(jī)體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)在溫和的條件下，既高效又有條不紊、互不干擾地發(fā)生。幫助學(xué)生提升對酶重要性的進(jìn)一步理解，促進(jìn)其對酶的特性更深層次的思考。

4.5 遷移應(yīng)用，拓展思維 引導(dǎo)學(xué)生思考加酶洗衣粉中各種酶的作用及使用時(shí)的注意事項(xiàng)等，達(dá)成對酶的特性的反饋，并提示學(xué)生課后查閱酶在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用的事例，制成小報(bào)展示、交流。

5 反思與展望

選擇“多酶片的功效與服用注意事項(xiàng)”作為“酶的特性”一節(jié)的教學(xué)情境，并依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、人教版新教材中的內(nèi)容及學(xué)生認(rèn)知邏輯，巧妙設(shè)計(jì)活動及問題，在情境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究與思維活動，幫助學(xué)生主動構(gòu)建酶特性的概念，并通過精心設(shè)計(jì)的活動及問題，有針對性地幫助學(xué)生落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)，效果較好。

在實(shí)際教學(xué)過程中，教師應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)恼鎸?shí)情境，既要理解情境在激發(fā)興趣和深化思維等方面的重要價(jià)值；又要重視情境材料的取舍和呈現(xiàn)方式，有組織地開展具有學(xué)科特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動[4]。選擇與創(chuàng)設(shè)能貫穿課堂教學(xué)的情境，可使課堂教學(xué)呈現(xiàn)真實(shí)性、吸引性、邏輯性及整體性，學(xué)生可真正參與構(gòu)建概念的課堂學(xué)習(xí)過程，使學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂實(shí)踐中得到落實(shí)與提升。選擇與創(chuàng)設(shè)適合的情境，除了要合理、合邏輯，還要與學(xué)生的生活實(shí)踐及社會發(fā)展現(xiàn)狀緊密聯(lián)系，這些需要教師依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)勇于創(chuàng)新、科學(xué)整合、多實(shí)踐。