序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的實(shí)證型生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的案例分析樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

“探究影響酶活性的因素”是人教版高中生物學(xué)教材必修1《分子與細(xì)胞》第5章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”第2節(jié)的內(nèi)容。教材中通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)來探究影響酶活性兩個(gè)最主要的外界因素———溫度和pH。但是，沒有將溫度和pH影響酶活性的本質(zhì)與細(xì)胞代謝過程結(jié)合在一起分析與討論。在學(xué)習(xí)完本節(jié)課后，學(xué)生較容易將酶促反應(yīng)當(dāng)成一個(gè)簡單的化學(xué)反應(yīng)來理解。溫度對(duì)酶活性的影響不是影響酶促反應(yīng)速率那么簡單，而是外界溫度影響了生物整個(gè)生命周期變化。在不同的溫度條件下，生物適應(yīng)環(huán)境，會(huì)從酶的數(shù)量和活性上調(diào)整細(xì)胞的代謝強(qiáng)度。生物體內(nèi)的酶絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)對(duì)外界環(huán)境的敏感，也影響細(xì)胞代謝的強(qiáng)度。因此，筆者嘗試引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)證性探究學(xué)習(xí)［1］。通過比較不同的實(shí)驗(yàn)材料和相關(guān)資料，在發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)上，小組討論后做出新的假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)施的結(jié)果，得出更深入的分析和結(jié)論，從而實(shí)現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)情境為基礎(chǔ)的探究式學(xué)習(xí)［2］。這樣的學(xué)習(xí)方式，不僅能將學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)與教材知識(shí)有效地結(jié)合，來完成知識(shí)體系的建構(gòu)過程，也能提升學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力，激發(fā)好奇心和求知欲，較好地達(dá)成課堂教學(xué)的目標(biāo)，一舉多得。

1創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

結(jié)合上節(jié)課學(xué)習(xí)酶的概念和特性，教師提出:動(dòng)物肝臟中含有過氧化氫酶，那么植物組織中會(huì)有嗎?請說明作出相關(guān)推測的理由。進(jìn)一步提問:如果同種酶可存在于不同的生物組織中，其活性在不同組織中相同嗎?如何通過實(shí)驗(yàn)比較不同生物組織中同種酶的活性?在課堂教學(xué)時(shí)可以直接將教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟展示在課件上(表1)，并通過演示實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生的思考，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行結(jié)果分析。設(shè)計(jì)意圖:本實(shí)驗(yàn)是用學(xué)生熟悉的生物材料進(jìn)行比較，就能直觀地看出:不同生物組織內(nèi)可以含有同種酶，酶的分布具有普遍性;同種酶在不同組織中其活性有差異，同種酶在不同生物組織中催化反應(yīng)的速率也有所不同。以直觀的實(shí)驗(yàn)證據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行生命現(xiàn)象的探討，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究問題的熱情。

2分析問題

組織學(xué)生結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步的討論分析，通過查閱資料發(fā)現(xiàn):土豆塊莖中也存在著大量的過氧化氫酶?？蓪?dòng)物肝臟和土豆中的過氧化氫酶分別提取出來，通過觀察實(shí)驗(yàn)過程中氣泡的產(chǎn)生量或是產(chǎn)生速率，來比較過氧化氫酶在不同生物組織中的活性大小。加入肝臟研磨液的試管1產(chǎn)生的氣泡數(shù)量較多、氣泡體積大;而加入等量土豆研磨液的試管2產(chǎn)生的氣泡數(shù)量也很多，但氣泡小而細(xì)密，而且黏性較強(qiáng)。用帶火星的衛(wèi)生香進(jìn)行復(fù)燃實(shí)驗(yàn)，在試管1中可看到明顯的復(fù)燃現(xiàn)象但試管2就無法復(fù)燃，這說明什么?如何從結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的角度進(jìn)行分析?當(dāng)學(xué)生不能快速找到原因時(shí)，教師可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行引導(dǎo):如動(dòng)物的肝臟是解毒器官，機(jī)體產(chǎn)生的許多代謝廢物，需要在肝臟中進(jìn)行分解，那在肝臟中過氧化氫酶的濃度或是活性相比其他生物組織就要高。從而能夠更快地分解代謝廢物，以避免對(duì)組織細(xì)胞造成傷害。設(shè)計(jì)意圖:教師不要直接將答案告知學(xué)生，而是要用學(xué)生學(xué)過的生理學(xué)知識(shí)進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，讓學(xué)生去感悟，并學(xué)會(huì)應(yīng)用生物體結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)來解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成知識(shí)的自主建構(gòu)過程，從而達(dá)到幫助學(xué)生更好地理解同種酶在不同生物組織中活性差異的目的。

3發(fā)現(xiàn)新問題

通過實(shí)驗(yàn)與分析，已明確同種酶在不同生物組織中的活性差異，是與其功能直接相關(guān)。那同一生物組織中含有多種酶，這些酶活性是否有差異呢?如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究?前面的演示實(shí)驗(yàn)已知土豆塊莖中確實(shí)含有大量的過氧化氫酶，而大家更熟悉的是土豆中的淀粉含量很高，那么土豆塊莖中淀粉酶的活性如何?想了解土豆塊莖中淀粉酶的活性，就需要先提取適量的土豆塊莖中的淀粉酶，那如何提取生物組織中的酶呢?教師引導(dǎo):關(guān)于酶的初步提取，可借鑒教材中從肝臟研磨液中獲取過氧化氫酶的方法。有了酶溶液，才能進(jìn)一步對(duì)酶活性進(jìn)行測定。教師提出的新問題能引發(fā)學(xué)生進(jìn)行更深入的思考:在活性測定時(shí)，反應(yīng)體系中是否存在干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的物質(zhì)，如何排除這些干擾物質(zhì)而保證檢測結(jié)果科學(xué)、準(zhǔn)確?設(shè)計(jì)意圖:該實(shí)驗(yàn)是學(xué)生初步嘗試進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，教師可給予適當(dāng)?shù)妮o助和引導(dǎo)，一定程度上降低設(shè)計(jì)的難度，以保證學(xué)生在課堂上能順利完成初步的設(shè)計(jì)。由于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)條件的限制，只能完成對(duì)酶的初步提取，無法做到提取純凈的酶。所以，需要提醒學(xué)生在活性檢測時(shí)，要注意對(duì)干擾因素的排除，才能保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。

4嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

引導(dǎo)學(xué)生在課堂上利用5分鐘時(shí)間進(jìn)行小組討論，并嘗試寫出實(shí)驗(yàn)原理和基本步驟。教師可提醒學(xué)生按照教材的范例來設(shè)計(jì)，但需要注意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中變量的控制方法。5分鐘后請1—2個(gè)小組派代表來介紹設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行方案交流時(shí)，重點(diǎn)要求說明以下幾個(gè)問題:①實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理和檢測原理各是什么;②本實(shí)驗(yàn)如何設(shè)置對(duì)照組(空白對(duì)照和陽性對(duì)照)和實(shí)驗(yàn)組。這個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生需要多一些思考與組織語言書寫方案的時(shí)間，教師可在這個(gè)時(shí)間段走下講臺(tái)來觀察不同小組學(xué)生的設(shè)計(jì)過程，也可與小組學(xué)生交流設(shè)計(jì)步驟中需要注意的細(xì)節(jié)。設(shè)計(jì)意圖:小組代表在課堂上通過電腦屏幕展示自己小組的設(shè)計(jì)，這樣的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的表達(dá)和交流能力提出了更高的挑戰(zhàn)。利用網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上和線下交互學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)，是一種快速學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的過程，能夠讓學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)不足之處。也實(shí)現(xiàn)了課堂的快速反饋和互動(dòng)，有利于教學(xué)效能的進(jìn)一步提升。

5分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論

從表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，學(xué)生預(yù)想中土豆塊莖中的淀粉酶活性并不高，完全無法催化淀粉分解。為進(jìn)一步增強(qiáng)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說服力，教師提前為每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組準(zhǔn)備一組發(fā)芽的綠豆提取液進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是:發(fā)芽的綠豆提取液中淀粉酶活性較高，可催化淀粉分解產(chǎn)生相應(yīng)的現(xiàn)象。兩種生物材料的現(xiàn)象如此不同，該如何解釋?土豆的塊莖處于休眠狀態(tài)，淀粉分解代謝緩慢，淀粉酶活性極低。而發(fā)芽的綠豆淀粉酶，需要催化淀粉快速分解，以提供種子發(fā)芽和生長的能量需求。因此，其淀粉酶活性較高。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可說明:生物體內(nèi)酶活性的高低不僅受到溫度和pH這些因素的影響，也受到生物體新陳代謝狀態(tài)的影響。從本質(zhì)上來說，環(huán)境溫度的變化會(huì)影響植物和動(dòng)物的代謝速率，使不同的生物通過調(diào)整自身的基因表達(dá)過程，如通過調(diào)整合成酶的數(shù)量和酶的活性來調(diào)節(jié)代謝，從而適應(yīng)環(huán)境溫度的變化，這其實(shí)也是生物經(jīng)歷長期進(jìn)化與適應(yīng)的結(jié)果。設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考為什么同樣的淀粉分解實(shí)驗(yàn)，土豆塊莖提取液淀粉酶的活性很低，而發(fā)芽綠豆提取液的淀粉酶活性較高。不同植物材料的同一代謝反應(yīng)現(xiàn)象為什么有差異，差異產(chǎn)生的本質(zhì)原因是什么。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可讓學(xué)生從結(jié)構(gòu)和功能觀及適應(yīng)和進(jìn)化觀兩個(gè)角度進(jìn)行分析，從而提升學(xué)生對(duì)生命現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，是一個(gè)極好的提升學(xué)生核心素養(yǎng)的案例。

主要參考文獻(xiàn)

［1］魏亞靜．圍繞實(shí)證的“被動(dòng)運(yùn)輸”教學(xué)設(shè)計(jì)［J］．生物學(xué)教學(xué)，2021，46(8):3436．

［2］桂俠夏，喻娟．真實(shí)情境下的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施———以“鐵鹽和亞鐵鹽”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例［J］．實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2022(7):2022．

作者:黃芯婷 單位:福建省福州第三中學(xué)