“降低化学反应活化能的酶”教学设计
1.教材分析
人教版高中生物教材必修1中“降低化学反应活化能的酶”的基本知识相对比较简单,包括酶的作用和本质两部分;但是其潜在的知识和能力要求比较高。对照实验规范、变量分析能力和生物学研究思想的领悟是本节关键。这些都是新课程中探究性学习必须具备的素质。教师利用课本资源,加强学生实验能力的训练非常必要。
1.1教学目标
①说明酶在细胞代谢中的作用、本质。②通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料,认同科学是在不断地探索和争论中前进,并能够说出生物学研究的基本思想。③学会实验探究基本方法;学会分析、设置实验自变量;观察和检测因变量以及对照设置方法等。
1.2教学重点
教学重点为:酶的作用、本质和酶降低活化能的原理。对照实验思想以及控制变量的科学方法。 1.3教学难点:酶的作用实验探究,对照实验基本思想和生物学研究基本思想领悟。 2.教学过程
2.1联系生活,问题固着 演示一段介绍性文字:“酶——据统计,至今已发现2000多种酶,作为商品的有120多种。在工业生产、食品加工、医药、生活和科研等方面发挥着巨大作用”。配以相关图片(如木瓜酶、注射用降纤酶、加酶洗衣粉、加酶牙膏等图片)。将某品牌加酶洗衣粉包装袋使用说明部分拍成放大图片展示。提出相关问题:酶到底有什么作用?与化学催化剂比较有何不同?某品牌洗衣粉为什么可以用于清洗上粘有血渍的棉、麻和化纤织物而不适合洗涤丝织品?酶的作用有什么特点?某品牌加酶洗衣粉使用说明上为什么要标注低于700C?酶作用可能影响因素有哪些?酶到底是什么物质?酶一定是蛋白质吗?通过问题推进,诱导学生明白酶学习的主题。基于介绍细胞代谢概念,点明细胞代谢与细胞产生的酶有着密切关系。以过氧化氢为例,联系初中有关过氧化氢知识(如反应与温度、MnO2的催化等),尝试与无机催化剂比较,激发学生探究细胞内过氧化氢受到酶作用的求知欲望。
2.2演示实验,注重规范 注重实验规范、实验分析、实验结果描述和呈现方式。演示实验故漏破绽,设置部分不影响结果的不规范操作,要求同学给老师实验挑“不足”,促进学生“卷入”。实验规范教学过程中提醒学生:要对试管进行编号,以便结果记录和描述! 实验结果是指具体可观察到的现象,即有具体指标。本实验可用气泡多少或卫生香的复燃表示。这两个指标表示反应速度进行得快慢。实验设计时,注意描述的实验结果应该是一个具体可观察的现象。实验结果呈现形式常用表格。教师提供一个表格范例,要求学生汇报实验结果并填表。一般将处理方法和结果对应。左侧是处理方法(或是具体的自变量),右侧依次是实验结果。至于对照实验,就是除了一个因素以外,其他因素都保持不变的实验叫做对照实验。对照实验中包括实验组和对照组。基于对照要求的领悟,以问题形式引导学生对课本进行质疑,向权威挑战,促进知识内化和实验能力养成。众所周知,人为改变的变量叫做自变量;随自变量的变化而变化的变量;除自变量外,对实验结果造成影响的可变因素。一般而言,无关变量需设置在最适宜的情况下。组织学生分析演示实验中的几个变量问题。上课过程中的提问:①教师实验操作中的不足是什么?②实验结果如何?如何呈现?③刚才实验中1为对照组,与之相对应的2、3或4为实验组,严密吗?④上面实验中的自变量分别是什么?
2.3类比分析,机理探究 将抽象的活化能概念与直观性语言、图片以及间接经验作类比促进学生思考。如展示化肥厂设备和圆褐固氮菌的图片(图片标注为:“工业上将N2加H2还原成NH3,必须在350C、500大气压的高温、高压下并以 Fe做催化剂时才能完成。在固氮酶作用下,固氮菌只需在常温常压下,就能将N2催化还原成NH3”)。两个反应所需条件的确差异很大,实质是能量问题。呈现过氧化氢反应相关数据:1mol H2O2由常态变为容易发生化学反应的活跃状态时需要吸收75KJ的热量。加入过氧化氢酶时,H2O2只要吸收29KJ的热量就可以转变为活跃的状态。随着信息的推进式呈现,学生求知欲望不断被激发,顿悟水到渠成。一个人若将山顶深坑里石头推下山需消耗一定体能,则分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态也需要一定能量。通过类比,“活化能”概念的领悟轻而易举。因此,1molH2O2发生化学反应所需活化能为75KJ。加入过氧化氢酶后,1molH2O2发生化学反应所需活化能为29KJ。结合课本图片,酶的作用机理即为降低活化能。与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更明显,催化效率更高。
2.4体验历程,感悟研究 酶的本质部分最关键的是:酶研究科学历程中隐藏的生物学研究科学方法或思想。酶一定是蛋白质吗?通过问题组织学生阅读“关于酶本质的思考”。思考以下几个问题:①巴斯德的观点哪些是正确的,哪些是错误的?李毕希呢?②从毕希纳实验示意图中可得出什么结论?为什么当时只能推测酶是蛋白质,而不能证明酶是蛋白质?③根据酶本质的探索历程,生物学实验研究一般思想是什么?④用自己的话给酶下个定义。在阅读并回答问题后,展示酶学研究简史内容:“公元前两千多年,我国已有酿酒记载。一百余年前,巴斯德认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年,屈内首次提出Enzyme一词。1897年,毕希纳兄弟用不含细胞的酵母提取液,实现了发酵。获得1907年诺贝尔奖。1926年,独臂青年化学家萨姆纳首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。接着,美国化学家诺思谱双把一系列酶提纯出来,证明它们都是蛋白质。他俩因而共同获得了诺贝尔奖。从此,几十年来科学家公认酶的成分是蛋白质。1982年,切赫和奥特曼首次发现少数RNA也具有酶的催化活性。1983年的诺贝尔奖。1995年,Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段,称为脱氧核酶。”结合酶学研究简史的介绍,组织学生归纳研究过程和生物学实验研究一般方法、思想。即现象到结构,然后是物质,最后对物质进行分离、提纯和鉴定。
2.5问题探究,学以致用 以1773年意大利科学家斯帕兰札尼的实验作为问题情景,组织学生探究。问题为:①斯帕兰札尼的实验巧妙在何处?他的推断是什么?②什么物质使肉块消失?假如你继续斯帕兰札尼的探究工作,请设计实验探究人胃是如何消化蛋白的?要求学生设计实验,体验前人的科学探究。为避免学生设计实验的盲目性,呈现有关胃液的小贴士(胃液是由胃壁黏膜各种细胞分泌物组成的液体。人的纯净胃液是一种无色透明酸性液体,PH约为2。其成分含有盐酸、胃蛋白酶、凝乳酶等)。
3.教学反思 生物学教学中如何有效组织实验教学?演示实验价值如何体现?如何促进学生领悟生物实验以及生物研究的精华?这是我在备课、上课和课后反思过程中反复思考的三个问题,尤其对于那些刚刚接触高中生物的学生,更显它们的问题价值 。基于个人理解,示范、规范领悟和尝试运用是程序性知识习得的有效途径。本节课教学中自认为可取之处有:①组织学生挑教师精心设计的演示实验的“不足”,创设情境让学生“卷入”到教师的演示实验中来,促进学生领悟实验规范。②展示研究历程,激发学生对生物研究方法思想的领悟,培养学生科学探究意识和能力。在后面问题探究寻求解决过程中,发现学生巧妙地运用由现象到结构,再到物质,最后对物质进行分离、提纯和鉴定的科学探究思想,而且尝试类比研究(如学生利用已知蛋白酶处理蛋白质,看是否与胃中提纯物质功能相似等)。自认为不足部分有:①对
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学生实验规范要求是满足高考需要还是满足培养科学素养需要,很难把握。②实验教学中情景创设和新课导入与新课改要求之间还存在很大差距。