林書嫻

【摘要】以“探究pH對酶活性的影響”為實例，論述高中階段基于“以學(xué)生為主體”的實驗教學(xué)策略，通過多樣化引導(dǎo)、優(yōu)化教學(xué)模式、改進實驗方法，有效落實學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，實現(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)，強調(diào)教師啟發(fā)下的學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)的過程，發(fā)揮學(xué)生主體性，達到對所學(xué)知識的有意義構(gòu)建。探究實驗的開展對分析思維、動手操作、團體協(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)生的難點主要表現(xiàn)在：缺乏設(shè)計實驗的經(jīng)驗、動手能力不強操作不當(dāng)、不能對實驗現(xiàn)象進行深入分析等。因此教師要充分考慮教學(xué)對象的特點，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)，記錄實踐中的難點，反思教學(xué)設(shè)計的不足并持續(xù)改進。

一、關(guān)注學(xué)生的課程體驗，在實驗內(nèi)容上做“減法”

探究實驗的教學(xué)內(nèi)容不需要局限于一節(jié)課內(nèi)完成一個實驗，應(yīng)該以教學(xué)目標為依據(jù)，同時結(jié)合學(xué)生的能力和基礎(chǔ)：一些簡單明晰的體驗式探究，可以將幾個實驗合并完成;一些引導(dǎo)式探究、自主式探究的實驗則可以加長時間，如劃分為課前的準備階段（提出問題、查閱資料、制定方案、預(yù)實驗等）、課堂的實踐階段、課后的延伸階段（重復(fù)實驗、改進實驗、拓展新問題等）。

在大部分教師的教學(xué)實踐中，“探究影響酶活性的條件”都是安排一個課時完成，即在一節(jié)課內(nèi)探究溫度和pH對酶活性的影響。教學(xué)流程通常是先分別設(shè)計兩個實驗的方案，然后分組操作得出結(jié)果。受時間限制，每個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)進行反思：“學(xué)生在這種課程安排下會有怎樣的體驗?zāi)?？”必然是疲于?yīng)對的。想要兼顧兩個實驗，探究活動的每一個環(huán)節(jié)只能匆匆掠過，學(xué)生沒有時間去主動思考，沒有空間去內(nèi)化對實驗原理和方案的理解，實驗過程中產(chǎn)生的疑問沒有機會自主解決，被課堂進度機械地拉動。這樣“蜻蜓點水”般的課程設(shè)計只是表面的、形式上的探究，不能帶動學(xué)生的主動參與。另外每位學(xué)生只能完成一項實驗操作，即使能聽其他小組介紹另一個實驗，但無法動手操作、觀察現(xiàn)象，這樣的“紙上談兵”缺失了將理論轉(zhuǎn)化為實踐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

為確保學(xué)生能體驗探究活動的完整過程，我將本實驗安排調(diào)整為兩個課時，在第一節(jié)課做“減法”——只進行“pH對酶活性影響”實驗。先引導(dǎo)學(xué)生將這個實驗做的完整、準確、透徹，夯實基礎(chǔ)，再遷移到第二節(jié)課的“溫度對酶活性影響”實驗，學(xué)生就能自主完成探究。

二、思考學(xué)生設(shè)計實驗方案時的難點，在引導(dǎo)設(shè)計時設(shè)置“任務(wù)”

設(shè)計實驗方案是探究活動中難點集中的環(huán)節(jié)，教師已普遍認同不應(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)生為主體來生成。那么，是否讓學(xué)生獨立設(shè)計方案才能體現(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)計的學(xué)案中只列出探究活動的流程，開放性很強，要求學(xué)生課前分組設(shè)計方案，課堂上交流后進行實驗。從實際情況反饋，只有四分之一的實驗小組能設(shè)計出稍成形的方案，教師需在課前針對各個方案進行個性化指導(dǎo)，工作量非常大，而如果沒有指導(dǎo)到位，大部分學(xué)生在實驗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”進行分析：這是高一開展較早的一個探究實驗，學(xué)生缺乏經(jīng)驗的積累，實驗本身在選材、分組、控制變量方面要考慮的細節(jié)眾多，要求學(xué)生獨立設(shè)計是脫離能力基礎(chǔ)的。因此我將教學(xué)策略改進為“任務(wù)驅(qū)動、問題導(dǎo)學(xué)”，把重心放在加強設(shè)計方案的引導(dǎo)，設(shè)置形式多樣的學(xué)習(xí)任務(wù)為難點的突破鋪設(shè)臺階。

面對實驗桌上的多種試劑，學(xué)生感覺無從下手，我整理了以下信息引導(dǎo)學(xué)生選擇材料：“酶溶液：質(zhì)量分數(shù)2%的淀粉酶溶液、肝臟研磨液。底物：質(zhì)量分數(shù)3%的淀粉溶液（酸能促進淀粉水解）、質(zhì)量分數(shù)3%的HO溶液（高溫下HO分解加快）”，請學(xué)生選取材料填寫表格（如下表）。填表任務(wù)能帶動學(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)實驗?zāi)康?，如考慮到HO分解受溫度影響，以溫度作為自變量時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)計操作步驟，我列出了以下問題：（1）要探究pH對酶活性的影響，你將設(shè)定哪幾個pH值？（2）怎樣調(diào)節(jié)各組的pH達到設(shè)定的數(shù)值？（3）無關(guān)變量有哪些，如何控制？（4）因變量是什么，你怎樣檢測因變量？（5）根據(jù)你的假設(shè)，各組會看到怎樣的實驗現(xiàn)象？這些問題涵蓋了設(shè)置自變量、控制無關(guān)變量、檢測因變量等核心要點，逐步思考和解決這些問題，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時往往缺乏思辨，操作隨意，導(dǎo)致自變量的控制不準確。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——在操作前提出任務(wù)：“每個pH條件下，酶、底物、緩沖溶液應(yīng)該按什么順序加入試管呢？請各小組討論后進行實驗?！笔紫?，提醒學(xué)生要思考這個問題，但不馬上交流，各組按討論的方案去實施，教師在實驗后引導(dǎo)回歸這個步驟的討論，合理的方法屆時便會呈現(xiàn)出來。這樣的策略鼓勵學(xué)生先想后做，在做中學(xué)，在實踐后反思，使實驗設(shè)計過程獲得動態(tài)的生成性，無疑是更勝一籌的選擇。

經(jīng)過這節(jié)課的訓(xùn)練，當(dāng)開展“溫度對酶活性的影響”新實驗時，要求學(xué)生獨立設(shè)計完整嚴謹?shù)姆桨妇屯耆尚辛?，從而實現(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)置問題、討論、反思等學(xué)習(xí)任務(wù)帶動思考，學(xué)生始終是參與探究的主體，那么實驗設(shè)計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。

三、多層次引導(dǎo)學(xué)生剖析實驗現(xiàn)象，使實驗結(jié)果成為推動探究的“支點”

實驗操作完成后對于結(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)象后就認為實驗已經(jīng)結(jié)束了。從“實驗結(jié)果”得出“實驗結(jié)論”可以經(jīng)過幾個層次的推進：（1）對實驗現(xiàn)象進行觀察、測量、統(tǒng)計;（2）交流實驗現(xiàn)象，總結(jié)出共同規(guī)律或不同點;（3）將結(jié)果與預(yù)測進行對比，看是否一致。若不同于預(yù)測要分析原因;（4）反思實驗設(shè)計和操作過程，做出必要改進;（5）依據(jù)準確結(jié)果得出科學(xué)結(jié)論。學(xué)生一般只會本能地進行到第一個階段，在看到表觀的現(xiàn)象后，不能自覺地提煉規(guī)律，面對意料之外的實驗結(jié)果找不到分析的切入點。認識到學(xué)生的局限后，教師應(yīng)注重發(fā)揮引導(dǎo)作用，挖掘出實驗現(xiàn)象中的隱藏價值。

在“探究pH對酶活性的影響”實驗中，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?！蔽姨岢龅?個問題：“實測結(jié)果與預(yù)測不同，可能的原因有哪些？”學(xué)生提出有三種可能性：“單次實驗存在偶然性需要重復(fù)實驗;可能是實驗操作錯誤導(dǎo)致結(jié)果偏差;也可能是預(yù)測有誤，pH為9時H2O2酶活性實際上更高?！蔽翼樦@三種可能性逐一地分析：先請所有小組匯總結(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小組單次實驗的誤差。那是不是操作有誤影響了結(jié)果呢？我請學(xué)生回憶實驗過程：“你是按什么順序加入酶、底物和緩沖溶液的？”當(dāng)聽到與自己不同的做法時，學(xué)生會自發(fā)地產(chǎn)生疑惑進行辨析，緊接著的問題便是：“同學(xué)們交流的方法中哪種更科學(xué)？為什么？”通過討論，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條件下進行，所以確實有不少小組是存在操作錯誤的。為什么有些小組的操作正確但仍觀察到“不對”的現(xiàn)象呢？如果是預(yù)測有誤，如何進一步檢驗這種可能性呢？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，不同實驗者的判斷標準不同無法對比，現(xiàn)象相近的實驗組之間不容易區(qū)分?！薄坝袥]有辦法客觀地檢測反應(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量氧氣生成量，這個問題就迎刃而解了。

經(jīng)過這一系列討論，學(xué)生的思維在問題的推進下積極地流動、碰撞，體驗到一種抽絲剝繭般的暢快感。能夠達到這一效果，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)生梳理問題的脈絡(luò)，提倡他們大膽推測、有邏輯地論證。因此，分析實驗結(jié)果不應(yīng)是一個實驗的“終點”，而應(yīng)作為一個有力的“支點”，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)問題，解決問題。

四、給予學(xué)生試錯、反思、改進的空間，在實驗操作中鋪設(shè)“梯度”

當(dāng)學(xué)生找出了進一步改進實驗的方向時，他們最期待的是什么呢？當(dāng)然是摩拳擦掌地再做一次實驗了。若能為學(xué)生提供多次操作的機會，不僅保證了實驗的準確性，更重要的是順應(yīng)了學(xué)習(xí)熱情，鼓勵學(xué)生不滿足于理論推理，而是通過實踐來找到答案，這才是探究實驗所提倡的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

經(jīng)過多次教學(xué)實踐的積累，我將“探究pH對酶活性的影響”的教學(xué)模式優(yōu)化為“遞進生成式”——通過“初次探究”（設(shè)計方案及第一次的定性實驗）→“再次探究”（分析結(jié)果，改進后進行第二次的定量實驗）→“進一步探究”（得出結(jié)論并提出新問題），三個梯度環(huán)環(huán)相扣、層層推進。在初次實驗中，學(xué)生充分地嘗試、獲得直觀體驗。再次探究中學(xué)生能夠熟練操作技能，改正之前的錯誤，并使用排水法檢測反應(yīng)速率，獲得數(shù)據(jù)后進行再次的交流，得出明確的實驗結(jié)論。在此基礎(chǔ)上可以提出進一步探究的問題，如H2O2 酶的最適pH是多少，如何設(shè)計實驗方案等。

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中教師先向?qū)W生預(yù)示可能的錯誤，做出詳細提示，束縛了學(xué)生思維，在操作時縮手縮腳。而本課的教學(xué)模式提倡“試錯學(xué)習(xí)，先做后改”，符合學(xué)生的認知規(guī)律?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，學(xué)生對于通過自己觀察、設(shè)計、驗證出來的知識和方法理解的更透徹，記憶更深刻。

五、以課堂實效為原則創(chuàng)新實驗方法，為學(xué)生成功完成實驗提供“助力”

高中生物教材上的實驗編排整體是科學(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)實際，從學(xué)生角度思考：“哪個步驟的操作有難度？實驗成功率低的原因是什么？”然后查閱資料，多做預(yù)實驗，找到合理的改進措施。

我對“探究pH對酶活性的影響”的實驗方法所做的優(yōu)化體現(xiàn)在兩個方面：一是改進了自變量的調(diào)節(jié)方式。原實驗中提供的材料是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，操作繁瑣，也不能通過觀察試紙的顏色準確測定pH值。因此我改用具有pH梯度的緩沖溶液，由實驗室在課前配制，學(xué)生直接使用，這樣能夠節(jié)省大量時間，而且準確性強，穩(wěn)定性高。二是改進了因變量的檢測方式。原實驗觀察氣泡產(chǎn)生情況，直觀但不準確，運用排水法可以定量檢測。由于酶和底物用量很少，若使用化學(xué)的排水法裝置測量誤差很大。根據(jù)需要我設(shè)計了“反應(yīng)—排水”裝置（如下圖），這些器材在實驗室中都是容易獲得的。在操作時先將酶滴入試管，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，操作簡單，學(xué)生能輕松掌握用法。當(dāng)最后匯總實驗數(shù)據(jù)確定pH為9時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。

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

本課例的教學(xué)策略能夠有效地實現(xiàn)教學(xué)的知識目標和能力目標，而給我最深刻體會的是情感目標的達成——探究實驗不是驗證一個已知結(jié)果的問題，基于經(jīng)驗的預(yù)測有可能是錯的，需要大膽質(zhì)疑和實踐的檢驗;實驗方案的設(shè)計和科學(xué)嚴謹?shù)牟僮鞑皇且货矶偷?，需要同學(xué)間的團體協(xié)作。只有從“學(xué)生視角”出發(fā)制定的教學(xué)策略，才能實現(xiàn)這種師生之間、學(xué)生之間的密切互動和思想交流。從“學(xué)生視角”出發(fā)的教學(xué)設(shè)計，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，進行自我教育。教師要做的就是提供堅實的支持和平臺，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，不斷推動教學(xué)策略的“進化”，追求師生的共同成長。在這種教育思維和教學(xué)模式的長期熏陶下，學(xué)生逐漸萌發(fā)、成長起來的科學(xué)實驗素養(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。

參考文獻：

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