如何让学生习得一个生物学概念

一、引言

2003年3月31日，教育部颁布了《普通高中生物课程标准》（以下简称《标准》），《标准》研制的完成是我国生物学教育发展中具有标志性的成果。它的颁布必将有力地推进我国高中生物课程的发展。《标准》倡导高中生物教学应遵从“提高生物科学素养”、“面向全体学生”、“倡导探究性学习”、“注重与现实生活联系”的新课程理念，其核心任务是提高学生的生物学素养。因此，教学时，要关注知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观有机地统一起来，不仅让全体学生有效地习得生物学知识，更要关注知识所负载的方法、蕴涵的价值和体现的科学素养。

二、背景分析

《新陈代谢与酶》是高中生物第一册(人教版)第三章《生物的新陈代谢》的第一节，内容主要包括酶的发现、酶的概念、酶的特性和影响因素。酶的发现过程蕴含着丰富的生物科学发现史，如科学家们是怎样发现生物体内有酶存在的？如何证明酶的物质属性？是对学生进行科学史教育的好素材；酶的概念，原高中生物必修课本同许多科学资料一样，多年来一直讲述酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。随着生物科学研究的发展，这一结论现已显得不够全面了，本章教材根据20世纪80年代以来最新科学研究成果，指出绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA，从而使酶的概念反映出科学研究的新成果。这不仅有利于学生获取新的科研成果，而且得出“酶”是一个动态的概念，进一步激发以后从事科学研究的动机。酶的特性（高效性与专一性）以及影响酶活性因素，都需要实验来证明和探究，是培养学生多种能力和提高学生科学素质的一条重要途径。酶的知识与日常生活又密切联系，如人体血液中转氨酶与健康密切关系，加酶洗衣粉与日常生活也密切相关。这些内容若充分挖掘出来，对提高学生的科学素养大有裨益。《新陈代谢与酶》安排两课时，下面是在某重点高中二年级上的第一课时课堂教学实录的部分整理材料。

三、教学设计思想

《新陈代谢与酶》的教学设计思想，总体上是遵循《普通高中生物课程标准》所倡导的新课程理念── “面向全体学生”、“注重与现实生活联系”、“倡导探究性学习”和“提高生物科学素养”。教学对象为高二重点班的学生，由于他们的领悟能力、推理判断能力、实验方案设计和实验操作能力较强，这节课在设计时，比较关注现实生活、科学发展史、探究能力和学习方法，具体如下：

1.关注现实生活

上课导入时，引导学生联系酶在日常生活中的作用，学生提出了加酶洗衣粉、多酶片和转氨酶等；结束时，又要求学生学以致用，利用所学的生物学知识解决这些现象。同时达到前后呼应效果。

2.关注生物科学史

设计时，对教材中的科学史进行处理，充实了美国科学家切赫和奥特曼的实验内容，得出少数RNA也具有催化作用的结论。因为这实验是对酶研究的重大突破，两位科学家也因此而荣获1989年诺贝尔化学奖。通过酶科学史的分析，学生不仅容易生成酶的概念，理解酶是一个动态概念，而且知道科学发展的一般过程并有利于激发学生以后从事科学研究的动机。

3.关注学生探究能力

以往这节课在教室上，酶的高效性由教师做演示实验，酶催化的影响因素只是看图讲解。但实施新课程后，为了提高学生的实验能力和探究能力，一般在实验室上，而且要求学生通过实验探究酶的影响因素。尽量让学生亲身体验知识的生成过程，同时也提高学生探究意识和能力。

4.关注学习方法

设计时，对酶的高效性的实验，要求学生用V型图写实验报告，通过V型图实验报告，很明了展示实验研究的概念理论、探究主题、探究过程、实验记录、实验结果和实验价值；总结归纳时，通过画思维导图，学生可以清晰地建构酶的概念体系，从而使知识得到内化巩固。

四、案例描述

[生活导入、激发兴趣]

师：“酶”与我们日常生活和健康密切相关，比如，吃饭时，慢慢咬嚼时，会有一种淡淡的甜味，是因为唾液淀粉酶把淀粉分解成麦芽糖，淡淡的甜味就是麦芽糖的味道。同学们能再否举些例子？

生1：“加酶”洗衣粉能够很好地除去衣物上的奶渍和血渍

生2：胃消化不好时，医生会给病人开些“多酶片”

生3：体检肝功能时，要检测血液中的“转氨酶”

[科学再现、感知概念]

师：新陈代谢是生物体内全部有序的化学变化的总称，其中的化学反应一般都是在酶的催化作用下进行的。那么，酶是什么？怎么发现的？[媒体展示]：酶的科学发现史部分材料，要求学生思考、讨论下列材料分别说明什么问题，从中受到哪些启示？

材料1：1773年，意大利科学家斯巴兰让尼的实验──将肉放在金属丝编的小笼内，然后，让鹰把小笼吞下，过一段时间后，观察到肉块不见了。

材料2：1836年，法国科学家施旺从胃液中提取出胃蛋白酶。

材料3：1926年，美国科学家萨姆纳通过化学实验证实，从刀豆中提取的脲酶是蛋白质。 材料4：1982-1983,美国科学家切赫和奥特曼研究发现，有一种叫做RNase P的酶，这种酶由20%的蛋白质和80%的RNA组成，将这种酶中的蛋白质除去，并且提高了Mg²⁺的浓度，他们发现留下来的RNA仍具有与该种酶相同的催化活性，得出少数RNA也具有催化作用，两人也因此而荣获1989年诺贝尔化学奖.

生1：材料1说明胃对食物除了物理性消化，还有化学性消化。

生2：材料2说明胃液中有消化蛋白质的蛋白酶。

生3：材料3说明胃蛋白酶的本质是蛋白质。

生4：材料4说明少数RNA也是酶。

师生：酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物。绝大多数是蛋白质，少数是RNA。

生5：启示1，“酶的概念”是个不断发展中、不断完善的动态概念。

生6：启示2，“酶的发现”离不开科学实验，实验促进科学发展。

生7：启示3，科学发展道路是曲折的、坎坷的，但科学发展的前景总是美好的。“酶”肯定还有很多未知领域等着我们去研究。

[实验探究、体验过程]

师：科学家们对“酶”的科学研究始终没有中断，现在我们已经概括出“酶的概念”──活细胞产生的一类具有催化作用的有机物，绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA。但是酶作为催化剂，有什么特点？[媒体展示]：信息材料和实验材料，要求学生设计实验，探究酶与无机催化剂的催化效率，哪个更高？

材料1：H₂O₂在体外可被无机催化剂Fe³⁺分解为H₂O和O₂；在体内可被H₂O₂ 酶分解为H₂O和O₂。

材料2：H₂O₂酶可从动植物体内获得──新鲜动物的肝脏或新鲜的马铃薯。

材料3：每滴FeCl₃溶液中Fe³⁺数，大约是肝脏研磨液中H₂O₂酶分子数的25万倍。

实验材料：H₂O₂溶液、动物肝脏研磨液（马铃薯块茎）、FeCl₃溶液、卫生香等。

生：分析实验素材，小组讨论，提出实验方案：

师：引导学生对实验设计方案进行评价；提醒学生注意实验设计原则──可重复性、可操作性、对照性、控制单一变量等；引导学生利用不同的实验材料进行实验探究。

生：小组合作，实验探究，观察实验现象，分析实验结果，得出实验结论：

1、H₂O₂酶的催化效率远高于Fe³⁺，即生物催化剂具有高效性。

2、动物肝脏中的H₂O₂酶的活性比植物马铃薯中的强。

[V型报告、形成方法]

师：指导学生用V型图写实验报告。V形图是美国康乃尔大学郭温（D.B.Gowin）教授历经二十年的钻研所悉心设计出来的，其目的在于提供一种方法来帮助学生了解知识的结构和人类产生知识的方法。同学们可以将V形图当成是一种帮助学习的工具，应用于科学实验上，以理解所做实验的原理、过程和意义。V形图的制作较简单，主要包括四个步骤：1.确定主题、呈现概念；2.聚焦问题、开展活动；3.提炼记录、生成新知；4.小结探讨、生成价值。下面让我们一起做V型图写实验报告。

[深入探究、完善概念]

师：通过刚才的探究实验，我们知道酶具有高效性，那么，酶作为生物催化剂，酶催化反应时受哪些因素影响呢？请同学们利用上面提供的实验材料（再增加10%NaOH、10%HCl和酒精灯等），设计实验方案，并通过实验验证自己的假设。

生：假设：酶的催化受温度和溶液pH影响。

实验方案、实验过程和结论：

师：刚才同学们的实验假设与实验结果基本上相符合，其实，科学家们已分别在不同的温度、不同的pH条件下测同一种酶的活性，并且根据所得到的数据绘制成P48的曲线图（图3-3，图3-4）。请同学们看图说文，说说你对图的解读。

生：分析这两个图，可知：

　（1）在最适宜的温度和PH下，酶的活性最高。

　（2）若温度和PH偏高或偏低，酶的活性都会降低。

[总结归纳、解决生活]

师：今天我们学了酶的发现、酶的概念、酶的高效性和影响因素，下面想请同学们利用思维导图总结这节课的知识体系。

师生：（板书）

师：从一定意义上讲，学习是为了应用，请利用所学知识解决上课时你们提出的与我们生活、健康密切相关的一些问题：

（1）“加酶”洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的奶渍和血渍，而且温水洗涤效果更好？

（2）胃消化不好时，医生为什么会给病人开些“多酶片”？

（3）体检肝功能时，为什么要检测血液中的“转氨酶”含量？

（4）人的正常体温是37 ℃，体温升高到38 ℃，虽然体温只是升高了1 ℃，但人已感觉非常没有精神，如果升高到39 ℃甚至40 ℃以上，而且持续高烧，就会出现一系列严重的反应，如昏睡、昏迷、惊厥、甚至危及生命，这是为什么呢？（补充）

生：（答案略）

五、教学反思

经过精心设计、弹性教学，基本上达到期初制定的教学目标和设计思想。通过学习，学生基本上对酶的由来、功能、本质、高效性和影响因素有一个感性的认识和理解；对探究性、对照性实验方案设计有初步的了解；对V型图实验报告和概念图有进一步的理解（V型和思维导图过去曾经应用多次，学生基本上较了解）。但教学过程中也明显暴露一些问题，首先，这节课的内容既有丰富的理论（如酶的发现史、V型图实验报告），又有两个实验（如酶的高效性和影响因素）。而且又在实验室上，总感觉课堂空间上有点“乱”和时间上有点“紧”；其次，对酶的影响因素温度与酸碱度，只做了简单的对照实验，若多做几组对照实验，得出的结论就更有说服力。

生物学发展史表明，生物学的发展首先是概念的发展，概念是生物学理论的基础和精髓，概念也是思维过程的核心，一个新概念的提出，往往标志着人们观念的改变，促进生物学科的发展，甚至是对生物学科全新的认识，如酶的概念就是如此。在人教版《全日制普通高级中学教科书──生物》(2003年6月第一版)后附录上就有211个生物概念，其中必修本有154个，选修本上有57个。 但近年来，人们对生物概念教学的研究却很少，基本上是关于生物概念教学的体会，如如何识记、辨别、掌握概念等，几乎没有涉及概念所负载的方法、蕴涵的价值和体现的科学素养。

如何让学生科学地、有效地习得生物学概念，这值得我们深思和探讨。