基于概念构建的实验教学设计
摘要：教学过程重实践是《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的基本理念之一，倡导学生通过探究性学习活动，加深对生物学概念的理解。本文以“酶的作用和本质”一节实验的教学设计为例，浅谈如何引导学生参与探究性实验活动，并自主构建酶的相关概念。
关键词：实验探究；概念构建；酶
文章编号：1003-7586（2024）10-0009-03中图分类号：G633.91文献标识码：B
在生物科学史中，某一科学概念的构建，往往需要通过一系列的实验和观察逐渐完善。有关酶的研究从19世纪开始，经历了100多年间多位科学家坚持不懈的实验研究、归纳和总结、辩论和修正，才有了教材中短短的一句话“酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质”。实验与观察在概念构建的过程中具有重要作用。学生在学习概念时，往往重视记忆背诵教材内容而忽略实验与观察，造成实验可有可无的教学现状。以记忆取代实验的体验过程，以固定套路代替科学思维与科学探究的内涵，以机械重复背诵代替学生自主构建概念的情况，不仅没有体现概念构建的一般过程，更与学科课程标准提倡的“组织以探究为特点的主动学习”的理念相悖。本文以“酶的作用和本质”一节实验的教学设计为例，浅谈如何将实验教学与理论教学相融合，将实验探究活动与学生自主构建概念的过程结合，通过实验引导学生自主构建酶的相关概念。
1实验探究酶的作用
学生通过对初中生物学知识的学习了解到，口腔中的唾液淀粉酶使没有甜味的淀粉消化成具有甜味的麦芽糖。胃中存在消化蛋白质的胃蛋白酶，能够帮助消化蛋白质。小肠中还有淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶帮助消化食物。教师通过问题“酶是一种怎样的物质”导入“酶的作用和本质”一节内容的学习。
1.1细胞代谢的概念
教师指出细胞代谢的场所是在细胞内，实质则是细胞内发生的化学反应。而细胞代谢可能产生过氧化氢等有害物质，这些物质在细胞中积累后需要及时分解，避免对细胞造成毒害。
设计意图：教师创设情境“细胞如何快速分解代谢产生的有害物质过氧化氢”，激发学生的学习兴趣。
1.2实验探究酶的作用
1.2.1加热促进过氧化氢分解实验
教师给出实验材料和实验方案，学生通过比较90℃与常温条件下的过氧化氢分解速率，验证高温能够促进过氧化氢的分解。实验方案如表1所示。
学生观察到90℃水浴加热的试管有少量气泡，而不进行加热处理的试管中无明显气泡，说明高温可以促进过氧化氢的分解。教师根据实验设计表格讲解实验中自变量、因变量、无关变量等重要概念，并讲解实验设计中如何控制变量和设计对照实验。
设计意图：教师通过实验培养学生的实验操作技能，引导其学习控制变量法和设计对照实验。学生分析总结设计对照实验的原则：除自变量不同外，无关变量要保持相同且适宜。控制变量和设计对照实验是贯穿高中生物学实验的重要科学方法，其在多数实验设计中被应用，而本实验正是学习该科学方法的良好素材。
1.2.2加过氧化氢酶促进过氧化氢分解实验
教师提出问题：细胞能否用加热的方法分解过氧化氢？学生指出过高温度会损伤细胞。教师指出细胞分解过氧化氢主要依靠过氧化氢酶，并组织实验探究过氧化氢酶对过氧化氢分解的催化作用。［1］学生根据给出材料，展开讨论并确定实验方案。实验方案如表2所示。
教师指出，肝脏研磨液中除了有肝脏组织液外还有溶剂水，因此不能确定少量的水是否会对实验结果产生影响，所以应该在对照组中加入等量的溶剂，并提出如果实验组的溶剂是生理盐水或缓冲溶液，加入对照组的也应是等量的生理盐水或缓冲溶液。
确定实验方案后，教师询问学生实验开始后要观察的指标是什么？学生回答应该观察气泡产生量。教师组织学生讨论实验可能得到的结果与结论，猜测可能的结果有：①加酶组产生气泡更多，说明过氧化氢酶能促进过氧化氢的分解；②两组气泡量相当，说明过氧化氢酶不能促进过氧化氢的分解；③加酶后气泡产生量更少，说明过氧化氢酶抑制过氧化氢的分解。
学生带着问题开展分组实验，学生观察到实验组的过氧化氢溶液产生大量气泡，对照组的过氧化氢无明显气泡，学生根据前面的猜测快速得出结论：过氧化氢酶能促进过氧化氢的分解，酶具有催化作用。
设计意图：教师基于控制变量和对照实验的原则设计实验，让学生在设计实验的过程中体验到科学研究的严谨。教师组织学生预测实验结果与结论，培养学生的科学思维和科学探究的能力。通过这一实验，学生能够初步建立酶的概念，得出酶具有催化作用的结论。
1.2.3实验探究过氧化氢酶的催化效率
教师创设过氧化氢消毒液在运输时不能和三氯化铁、二氧化锰共同储存的真实情境，进而引出问题：酶与无机催化剂的催化效率相比哪个更高？教师指出可以通过对照实验进行比较，学生据此设计实验方案，方案如表3所示。
学生带着疑问开展实验，发现肝脏研磨液组产生的气泡多于三氯化