指向深度学习的高中生物学“酶的特性”教学

2021-11-25 18:02姚丽梅
中小学班主任 2021年22期
关键词:深度学习实验教学情境

[摘要] 深度学习作为落实生物学学科核心素养的重要方式,教学实践中亟待让其不断沉潜。以人教版“酶的特性”一课为例,从创设情境,引导学生深度体验;聚焦问题,引导学生深度思考;设计实验,引导学生深度探究;进行实验,解决实际问题四个维度促进学生展开真实、有效的深度学习。

[关键词] 深度学习;探究;情境;问题;实验教学

深度学习是学习者获取与应用知识体系的一种学习方式。学习者深度理解知识后,精准地批判获取的新知识,并将新知识融入自身的知识框架中,然后在思维空间中进行有效整合,建立新的知识架构,从而有效地解决实际问题。可以说,深度学习和浅层学习是两个相对的概念,深度学习的过程实则以高阶思维为主导,是更接近知识本质和智慧内核的学习方式。生物学教学中如何使学生从浅层学习步入深度学习呢?现以人教版高中生物学“酶的特性”一课为例,探讨深度学习在高中生物学课堂中的做法。

一、创设情境,引导学生深度体验

课堂开始,教师展示三则实例:

白米饭含在嘴里一段时间,会有甜味,那是因为唾液腺能分泌唾液淀粉酶,将淀粉分解为麦芽糖,可是塞进牙缝里的肉丝(主要成分蛋白质)两天后却依然存在。

不同消化液的pH不一样,唾液的pH为6.2~7.4,胃液的为0.9~1.5,小肠液的为7.6,这些部位的温度都是差不多的,而当口腔中的唾液淀粉酶进入胃中以后,它不再具有催化淀粉分解的功能。同样,胃液中的胃蛋白酶进入小肠后也不能发挥正常的催化功能。

切洋葱时会不由自主地流下眼泪,那是因为洋葱被切开时会释放出蒜胺酸酶,这种酶会使氨基酸转化成次磺酸。次磺酸分子重新排列后成为硫代丙醛氧化物被释放到空气中,这种化学物质接触到眼睛后,会刺激角膜上的游离神经末梢,引发泪腺流出泪水。如果将洋葱浸入热水中3分钟后再切,或将洋葱放在冰箱保鲜室里几小时后再切,就可以解决这个问题。

[设计意图]这三则实例都来源于日常生活,因此它们有利于激活学生的先期知识,便于学生将要学的新知识与目前已有的认知建立联系。此时学生的大脑皮层处于相对活跃状态,非常有利于新知识的输入与转化。

二、聚焦问题,引导学生深度思考

针对上述三个实例,教师抛出以下三个问题:

为什么塞进牙缝里的肉丝两天后依然存在?你能根据资料做出你的假设性解释吗?

唾液淀粉酶和胃蛋白酶分别进入胃和小肠后为什么都不能发挥正常的催化功能?你能根据资料做出你的假设性解释吗?

洋葱为什么在热水中浸泡3分钟或冰箱冷藏几小时可以解决辣眼睛的问题?你能根据资料做出你的假设性解释吗?

[设计意图]问题的抛出进一步激发了学生的思维,学生马上以4人为一组展开热烈的讨论。经过讨论,他们有了对上述问题的一些假设性解释,如肉丝的主要成分是蛋白质,口腔中只有唾液淀粉酶,它只能分解淀粉而不能分解蛋白质,所以肉丝依然存在;胃和小肠的pH是不同的,而pH会影响酶的活性,所以唾液淀粉酶和胃蛋白酶分别进入胃和小肠后就不能发挥正常的催化功能;绝大多数酶是蛋白质,温度会影响酶的空间结构而影响到酶活性,所以洋葱在热水中浸泡3分钟或冰箱冷藏几小时,蒜氨酸酶活性下降了,就不会使人辣眼睛了。在此过程中,学生运用分析、比较、概括、综合等思维方法,对问题进行辩证、批判性探讨,提出了针对问题的假设性解释,在不知不觉中实现了新知识的获取和转化,很好地发展了学生的高阶思维。

三、设计实验,引导学生深度探究

在各小组得出假设性解释的基础上,教师进一步引导,要通过实验来验证假设性解释是否科学。待研究课题:淀粉酶能催化淀粉分解,不能催化蛋白质分解;pH会影响酶的活性;温度会影响酶的活性。

随后,布置如下任务:(1)自主选择其中一个课题,进行实验方案讨论;(2)结合所给的材料选择要研究的课题所涉及的底物和酶,并完成表格填写。

可供选择的底物:3%的H2O2溶液、3%的可溶性淀粉溶液、3%的蛋白质溶液、蛋白块。可供选择的酶:H2O2酶、淀粉酶、蛋白酶。可供选择的检测试剂:碘液、斐林试剂、双缩脲试剂。

(3)进行实验变量的分析,完成下表。

课题 自变量 因变量 无关变量

(4) 将实验步骤以图画、表格或文字的形式呈现出来。

[设计意图]学生先以小组为单位进行选题,然后展开讨论,确定本课题应用的底物和酶,分析本课题中存在的自变量、因变量和无关变量,最后设计实验。并且将自己组的设计成果在班级交流展示,其他组的成员对他们的实验设计方案进行点评和修改。

经过互动交流,发现学生三个实验设计方案中主要存在以下几个问题:(1)进行淀粉酶能催化淀粉分解,不能催化蛋白质分解的课题研究时,学生大多选择淀粉酶、淀粉和蛋白质溶液来进行,并选择用碘液检测淀粉是否分解,用双缩脲试剂检测蛋白质是否分解。但讨论后发现双缩脲试剂不能检测蛋白质是否被分解,因为淀粉酶本身也是蛋白质,也会和双缩脲试剂发生紫色反应。所以应将蛋白质溶液改为蛋白块来做该实验,通过观察蛋白块是否消失来判断淀粉酶对蛋白质的作用。(2)在进行温度会影响酶活性的实验设计时,学生大多是先将酶和底物混合,然后再放到不同温度的水浴中保温。经讨论,学生发现一旦酶和底物混合就会发生反应,这会影响实验结果,所以正确的操作是先将两种物质分别放在同一温度下保温2 min再混合。(3)忽视了无关变量的处理,也没有控制单一变量。(4)没有设置对照实验。最终,后两个问题在学生的讨论中得以解决。

在这样的交流讨论中,学生的辩证思维得到了进一步的发展和提升。正是在这样的思维碰撞中,学生真切感受到了实验设计时控制单一变量和设置对照实验的重要性,并能应用这些知识去解决其他实际问题。

四、进行实验,解决实际问题

经过师生对三个课题实验方案的研讨和修改,最后形成了科学的、可操作的实验方案确定版。此时教师宣布:“下面大家可以按照你们设计的实验方案,亲自动手做一做实验,看看结果到底是怎样的。”学生立马投入到紧张的实验中,操作有条不紊,同伴之间配合默契。

[设计意图]通过实验,一方面培养学生的动手能力,掌握生物学实验操作的基本技能,另一方面培养学生的观察能力、实事求是的科学精神和认真严谨的工作态度。同时通过實验,让学生真正感知到生物学实验的魅力和价值所在。比如通过课题(1)的实验现象观察,学生发现淀粉酶确实只能分解淀粉而不能分解蛋白质,从而得出酶具有专一性;通过课题(2)(3)的实验现象观察,学生发现pH和温度确实都会影响到酶的活性。在此实验基础上,学生还会主动提出疑问:那么pH和温度对酶活性到底有着怎样的具体影响呢?激发学生进行pH和温度对酶活性影响的定量实验。这样学生的求知欲被进一步激发,科学探究精神得到了进一步的提升。

整节课中,学生在真实情境中深度体验,在深度思考中提出假设,在实验设计中深度探究,最后通过实验真正地解决问题。在这一探究实验过程中,学生的高阶思维得到了发展,并将主动获取的新知识进行加工并融入自身的知识框架中,迁移到实践中,以解决实际问题。与传统生物学课堂相比,深度课堂教学的有效性大为提高,学生的生物学科核心素养也得到培育。

姚丽梅? ?江苏省太仓高级中学。

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