钟昌建
太原师范学院教育学院 太原 030619
摘 要:本文经前端分析制定培养学生生物学学科核心素养的教学目标，围绕教学目标设计、实施，拓展实验，在此过程中逐步发展学生科学思维和探究能力，最后将习得概念迁移应用，引导学生主动承担社会责任。
关键词：核心素养 变量 对照实验
1前端分析及设计思路
1.1前端分析
前端分析包括教材和学情分析两方面，“比较过氧化氢在不同条件下的分解”是选自普通高中2019人教版教材第五章第一节中的实验，教材在左上角明确用蓝体字标明：探究.实践，按照《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》对生物学学科核心素养的培养要求，应当适时开展探究性实验[1]，其内容是整个高中第一个生物学对照实验，即首次学习控制自变量，检测因变量，以及控制无关变量，因此掌握一套对照实验的基本设置方法，以理性态度对待生物学实验是开展后续实验的基础，其重要性不言而喻。
高一学生在初中阶段就接触了对照实验，但对自变量、因变量以及无关变量的相关知识还缺乏理性认识，而在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”这一实验中，要求学生能够学会设计对照实验，掌握控制变量，因此对学生的科学思维能力提出了更高要求。在学习本节内容之前学生已经掌握了无机催化剂的相关知识，但对酶是生物催化剂还只停留在感性认识上，可以引导学生尝试设计定量实验，通过不断尝试、改进和完善，最终获得符合实验需求的装置，在实验过程中让学生学会 “像科学家一样思考问题”，逐步培养学生生物学学科核心素养。
1.2设计思路
课前精心编制学案，课中创设真实的问题情境，通过有关实验，分析酶的作用，并在此基础上学会控制自变量、观察和检测因变量，掌握设置对照实验的基本方法；本节教学思路如图1。
.png)
图1 比较过氧化氢在不同条件下的分解实验教学思路
2教学目标
基于课程标准的内容要求、学业要求、学业质量标准，结合本节前端分析，围绕培养学生生物学学科核心素养的要求，制订如下教学目标：
（1）通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，学会控制自变量，观察和检测因变量，以及尝试设置对照组和重复实验。
（2）设计定量实验，掌握在新情境中迁移“对照实验”设置方法，培养勇于尝试、大胆创新的科学精神。
3教学过程
3.1课前预习，填写学案
课前教师精心编制学案，学生依据学案要求：阅读教材，根据实验原理、目的，选择实验器材（仪器和药品），设计实验方案并绘制实验观察表格，解释自变量、因变量、无关变量的具体含义。教师回收学案，对学生设计方案和填写的概念进行批改与分析，根据学生较为普遍的典型错误进行课堂集体讨论和更正。
设计意图：以具体任务驱动学生课前预习并完成学案，帮助学生养成预习习惯和培养自学能力，减轻课堂任务，同时有助于教师了解学情，知道学生的易错点，使得课堂的分析讨论真正做到有的放矢。
3.2创设情境，导入新课
教师课件展示资料：上海举行的中国国际食品添加剂和配料展上，帝斯曼展出了一系列酶制剂产品，以帮助食品生产厂商节能减排。该公司推出的Panamore Spring产品与其他乳化剂相比，能降低生产过程近80%的碳排放量；微生物磷脂酶Cake Zyme产品能使食品厂商在生产蛋糕等食品中节省20%的鸡蛋用量，延长保质期；高性能酶制剂Rapidase FP Super能有效避免新鲜水果在经过机械或热处理加工后产生的不良副作用，改善口感。酶在人们的生活中越来越重要，为什么酶能在工业生产和生活中大放异彩，酶具有什么作用？
设计意图：用酶在社会活动中发挥作用的真实案例引导学生关注生物学热点问题，将学生迅速带入到新课情境中积极思考，让其感受到生物学知识并非空洞，来源于生活，拉近知识与自己的距离。
3.3探究学习，开展实验
3.3.1分析讨论，完善方案
一是精选材料，教师介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的，机体通过过氧化氢酶催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。教师提问：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，为什么新鲜的肝脏需制成研磨液再加入试管？学生思考后回答：整块的肝脏中过氧化氢酶不能与底物充分接触，而研磨液能增大其与底物间的接触面积，加速底物的分解。二是设置对照实验，教师讲解P77-78相关内容，让学生了解对照实验设计原则，教师适时提问：根据教材提供的材料用具，你打算做几组对照实验，哪组是对照组，哪些是实验组，实验中的变量如何控制？试验中可以利用哪些方法检测过氧化氢的分解速率？学生分组讨论得出以下结果：（1）可以选取四支洁净试管分别标号1、2、3、4，变量控制、对照组和实验组的设置如表1所示，（2）根据已有的化学知识可以用气泡目测法和卫生香复燃法检测过氧化氢分解速率。三是完善表格，学生对照自己方案、表格进一步开展小组讨论，教师选取代表进行讲解，师生共同形成表2。
.png)
3.3.2实施实验，归纳小结
将学生分为若干小组，每组学生素质各不同（4人左右），学生小组根据实验方案开展实验，将实验结果记录在表2中，就实验结果展开讨论。
教师设问：（1）与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象?（2）3号试管和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么?（3）3号试管和4号试管相比，哪支试管中的反应速率快?学生讨论后回答：1号试管无明显现象，卫生香很快熄灭，2号试管有少量气泡产生．卫生香熄灭，说明加热使过氧化氢分子得到能量，使其从常态转化为容易分解的活跃状态，3号和4号试管虽未获得能量，但加入FeCl3和猪肝研磨液降低了底物分解反应的活化能，4号试管较3号试管快速产生大量气泡，卫生香很快复燃。依据每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍，说明酶具有高效性。
设计意图：教师抛出问题，学生小组合作讨论分析，师生共同制定实验方案并形成实验观察表格，帮助学生在实验过程中对相关概念进一步理解，同时学会控制变量，领悟设置对照实验的意义；实施实验，将实验结果填写在表格中，培养学生观察和动手能力，使学生意识到科学知识来源于实践。
3.4拓展延伸，迁移应用
3.4.1设计实验，深化内容
“比较过氧化氢在不同条件下的分解”是一个定性实验，学生仅通过该实验很难理解酶在反应过程中起催化作用，因此可以补充设计一个定量实验帮助学生进一步理解；教师提问：作为催化剂，它应该具备哪些特点？学生思考后回答：催化剂是指在化学反应里能改变底物反应速率(既能提高也能降低)而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在反应前后没有发生改变。实验中可以提供新鲜的土豆、西红柿和橘子等材料供学生选择，教师提问：选择哪种材料既能探究酶高效性，又能够验证酶起催化作用？学生结合无机催化剂特点，通过讨论分析实验材料优缺点，发现土豆便宜易存储，在反应前后物理性状稳定便于称量，所以选择土豆作为探究性实验材料，为了验证酶在反应前后物理化学性质不改变，在教材提供实验基础上小组讨论补充设计了两个方面的探究实验如表3所示。
.png)
教材呈现的实验可以观察到，注入新鲜肝脏研磨液的底物在相同时间产生气泡要比加入三氯化铁和加热产生的气泡更多更快，但只是对实验现象作直观描述，而没有对结果定量的比较分析，教师追问：根据提供的器材设计定量实验，怎样确定自变量、因变量、无关变量；哪组作为对照组，实验组？学生小组讨论分析，比较不同方案，根据化学知识分析过氧化氢分解会产生氧气，利用氧气难溶于水的性质确定排水法搜集氧气，并同时记录好过程中产生氧气所耗用的时间，把实验数据绘制成坐标曲线图。通过对图的分析发现，不同条件下过氧化氢溶液分解产生氧气量是一样的，但加入土豆片的反应时间明显更短，通过数据和曲线图科学说明酶具有高效性，设计装置如图2，结果如坐标图3所示。
.png)
3.4.2概念迁移，实践应用
生物学学科核心素养的内在要求就是学生通过学习后能够在面对复杂情境时具备分析和解决问题的能力，能够主动承担起相应的社会责任[2]。通过以上实验学生已建立了酶作用的逻辑基础，此时教师适时设问：为什么在洗涤衣物的时候，我们更愿意选择加酶洗衣粉而不是普通洗衣粉呢；在食品厂中常用果胶酶提高果汁产量，从而使果汁变得更清亮；而处理废油脂时要利用脂肪酶？引导学生小组积极讨论、思考。
设计意图：本环节让学生尝试其他生物材料，激发他们进一步探索的欲望，同时引导学生自主设计定量实验，主动参与实验设计，对实验数据进行统计并绘图，不仅提高了学生科学探究能力，又提升了学生分析数据并最终将其转化为数学模型的能力，增强了实验的科学性和说服力，最后将实验中习得的概念进行迁移运用，培养学生在新情境中分析和解决实际问题的能力。
4教学反思
本节课紧紧围绕教学目标，采用“问题引导— —科学探究”的设计理念，用问题为导向，以任务作驱动，在教师的引导下，学生设计、实施方案，并对实验进行拓展延伸，最后学以致用，使学生在学习过程中充分领悟对照实验的设置方法和原则，感悟科学实验的魅力。在学习中激发学生潜能，注意培养学生敢于质疑，勇于创新，大胆猜想的科学精神和态度价值观；由于时间紧任务重，教师需得控制好教学进程，把握好时间，才能在有限的时间内完成教学任务，实现教学目标，并在课堂中尽可能的照顾到每一个学生。
主要参考文献：
[1]中华人民共和国.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[M].人民教育出版社 2020:4.
[2]谭永平.发展学科核心素养——为何及如何建立生命观念[J].生物学教学,2017,42(10):7-10.