《新陈代谢与酶》探究性教学设计

《降低化学反应活化能的酶》探究性教学设计
一、设计理念
根据新课程理念，高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养，因此，本节课以“自主探究科学发现的过程来学习科学研究的方法”为设计理念，打破了学生以往接受结论性知识的习惯，注重知识的形成过程，切实落实主体性教学。让学生通过体验质疑、分析和解决问题的科学探究过程，掌握科学探究的基本方法，培养和发展科学探究的基本能力和获取新知识的能力。
二、教学内容分析
1.教材分析
“降低化学反应活化能的酶”是高中《生物（全日制普通高级中学教科书必修）》（人教版）第五章“细胞的能量供应和利用”中的第一节，本节内容大约需要2课时完成。其中酶的发现及实验设计需1课时，酶的特性需要1课时。本节课是第一课时。本节从酶的发现史入手，简要介绍了200多年来科学家对酶开展的科学研究，其中渗透着科学的思维方法和研究方法，这为培养学生的科学素质提供了契机,最后概括出酶的概念。
关于酶的催化特性的特点，教材中首先安排了有关实验，让学生通过实验，切身体会到酶的催化作用具有高效性的特点。符合学生由感性到理性的认知规律。
2.重点和难点
教学重点：酶的作用、本质和特性。
教学难点：控制变量的科学方法。
3．学情分析
学生已有了有关酶的知识基础和一定的观察思维能力，但发现问题、提出问题以及逻辑思维能力和实验设计能力有待于进一步提高和培养，所以在教学过程中，教师要注意创设探究情景，通过精心设置疑问，层层推进，引导学生自主探究，得出合理结论，培养学生发现、分析和解决问题的能力。
三、教学目标
1.说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性，
2.通过阅读分析“关于酶的发现”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的。
3.进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。
四、教学模式
根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿，本节课采用“引导探究”教学模式，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程，进行分析、讨论、归纳和总结。
“引导探究”教学模式流程: 设疑导入→引导探索→归纳总结→拓展升华。
五、教学程序
程序 教学内容 教学手段 设计意图
情景创设 同学们，我们经常从报纸、广播中听到与时俱进这个词，其实从生物学的角度，我们每个人都在与时俱进，同学们知道为什么吗？对了，生物体内每时每刻都进行着新陈代谢，新陈代谢是生物体内全部有序的化学变化的总称。据统计，细胞每分钟进行7000－8000次化学反应，并且这些化学变化都在常温常压下完成的。生物体为什么有这种本领呢？因为酶的催化。早在4000多年前，我国劳动人民就已用粮食、水果发酵酿酒，在周朝就知道用麦芽糖酶催化淀粉水解来获得麦芽糖，春秋战国时已能利用曲来治疗消化不良症。但是长期以来人们一直是处在知其然而不知其所以然的状态中。直到十八世纪，蒙在酶身上的迷团才逐渐被解开。今天我们就追随前辈的脚步一起来回顾这一曲折漫长又充满智慧的过程。 学生思考、讨论 与学生生活实际联系，激发其学习兴趣和热情
新课学习 一、酶的发现 关于食物消化的研究在酶的发现史上起着重要的作用。简单介绍斯帕兰札尼实验的背景和实验过程，依次提出以下问题：①斯帕兰札尼做这个实验是为了解决什么问题呢？（提出问题）②对于这个问题能做出哪些假设？（作出假设）并请根据你的假设对实验结果进行预测。（设计实验，预测实验结果）③这个实验巧妙之处在哪里？（实验设计原则）④最后斯帕兰札尼将笼子取出，发现肉块消失了，据此你能得到什么结论？（实施实验获取现象与数据后分析得出结论）⑤斯帕兰札尼推测胃液中一定含有消化肉块的物质，那么怎么证明有这种物质呢？（发现新问题） 针对学生的回答进行进一步分析、总结。对于第一个问题，提醒学生问题的提出要用疑问句。第二个问题提醒同学们注意因果关系，因为假设，所以出现某种实验结果。并且强调假设可以是多方位的，不一定要求是能被证实的。第三个问题适当展开，引入实验设计中的无关变量等概念。用小笼子是排除了物理性消化对实验结果的影响，而这个影响是我们所不希望有的，故此我们称其为无关变量。第四个问题还是提醒要注意因果关系，结论是根据实验结果得到的。因为肉块消失了，所以胃里确实存在着化学性消化。第五个问题相对简单，将胃里的物质提取出来，进行体外实验。 1836年，德国科学家施旺用氯化汞和胃液作用，得到一些白色沉淀，把汞除去后，发现剩余物质分解蛋白质的能力比胃液还强。分析这段材料提出三个问题①施旺解决了什么问题？②他没有解决什么问题？③那么他为什么不解决呢？施旺证实了胃液中确实含有消化蛋白质的物质，但是施旺也留下了遗憾，他没有对这种物质进行鉴定！这是由于当时的科学技术的限制，施旺没有办法进一步提纯这种物质，也就无法直接对它进行鉴定。 1930年美国生化学家诺斯罗普才得到了这种物质的结晶，取名胃蛋白酶，并进一步鉴定，证实它是一种蛋白质。经过了157年，数位科学家的不懈努力，终于揭开了胃消化之谜，并且在这个过程中，酶也慢慢浮出水面。其实在其他很多的领域，酶都开始向人展示它的风采。 1897年，德国化学家毕希纳从酵母细胞中获得了含有酶的提取液。1926年，萨姆纳首次从刀豆中提出脲酶结晶，并证明其具有蛋白质性质。20世纪，三十年代科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶。思考，这些事实说明酶的化学本质是什么？酶是一种蛋白质，具有催化作用的蛋白质。1982年美国科学家切赫、奥特曼等人发现具有催化活性的RNA，并命名这一类酶为核酶。科学家们的这一发现使酶的概念又扩展成什么？ 二、酶的概念 学生归纳总结得出概念后对比目前科学家们对酶的定义：酶(enzyme)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。学生分析与自己总结的有什么异同？强调酶概念中三个重要信息：酶的来源是活细胞，酶的功能是催化作用，酶的化学本质是有机物。 两百多年来，人们对酶的认识越来越深入，那么你认为导致酶的概念发展的因素是什么？科学家们不畏艰难，不懈努力的钻研精神；科学家们集体智慧的结晶，既利用前人的成果，又敢于质疑。技术限制和推动着科学的发展；科学发展离不开实验；真理是相对的，科学的探索是无止境的。酶肯定还有很多未知领域等着我们去研究。 PPT课件出示背景材料及依次出现问题。 学生思考、分析、回答问题。 学生分析材料，独立思考，回答问题。 学生根据材料归纳总结得出酶的概念。 比较法：通过比较两个概念之间差别，突出重点。 学生分组讨论后回答。 精心设置问题，引导学生分析前人实验，了解探究的基本步骤，以及实验设计的关键。 培养学生处理信息和归纳总结能力培养学生的语言组织能力。 学生沿着科学的发展轨迹领会科学发展的艰辛，以及真理是相对的，培养学生刻苦、质疑、合作等科研精神。
新课学习 三、酶的特性 现已发现的酶约有4000种，它们分别存在于各种细胞中，催化着各种化学变化，使生物的化学反应能在常温、常压下顺利进行。让我们进一步来探讨酶与无机催化剂相比，具有哪些不同的特点！首先比较催化能力！根据以下程序进行发现问题：酶与无机催化剂的催化效率，哪个更高？提出假设：酶的催化效率高，还能做出其他假设吗？知识铺垫： Fe3＋和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解成水和氧气。 过氧化氢酶可从动植物体内获得－－新鲜的动物肝脏或土豆浸出液。设计实验：实验材料： 新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为3.5%FeCl3溶液，新鲜的质量分数为20％的肝脏研磨液。 量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯等。实验方案：四个同学一组设计讨论实验步骤ａ．取两只试管，分别加入2mL过氧化氢的体积分数为3％的溶液。ｂ．同时把等量20％的肝脏研磨液、氯化铁的质量分数为3.5％的溶液分别加入两个试管。ｃ．轻轻地振荡两只试管。两只试管内都会有气泡产生，但放入肝脏研磨液的试管内的反应明显快于另一只试管内的反应。ｄ．将点燃但无火焰的卫生香分别放在试管口，检验试管内的气体及数量。 投影某组学生的示意图，对照讲解 实验设计的关键，控制变量。什么是变量？实验过程中可以变化的因素称为变量。这个实验中变量有哪些？1.过氧化氢溶液量2.加入的催化剂的量3.催化剂的种类。我们要研究的变量3催化剂的种类对实验结果的影响，我们称其为实验变量，其余的变量也会对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。我们应该尽可能的排除它们对实验的干扰，那么怎么才能做到这点呢？ 用两根试管，分别加入等量的过氧化氢溶液量和等量的两种不同催化剂。两次等量就是排除无关变量的干扰，保证两根试管中仅仅只有催化剂的种类这个实验变量不同，即单一变量原则。除了一个因素以外，其余保持不变的一组实验叫做对照实验。这是实验设计的又一个原则，对照原则。这个实验中的两根试管互为对照，通常实验还应设有空白对照。首先，空白对照它仍然是对照，所以它应该与实验组仅有实验变量不同，其余都相同。接下来空白体现在用已知不会引起实验结果改变的物质代替实验变量，且量与实验变量相等。 请同学们给这个实验再设置空白对照。实验预测：根据假设进行预测 如果酶的催化效率高，则加入肝脏研磨液的试管产生的氧气多如果Fe的催化效率高，则加入FeCl3的试管产生的氧气多实施实验：学生分组实验观察现象：得到结论：组内，组间交流 学生分组讨论、设计实验方案，相互交流。 学生分组讨论，掌握设置空白对照的方法。 进行实验，汇报交流实验现象、分析原因得出结论。 培养学生探究问题与设计实验的能力及创新意识。
小结 科学探究的基本过程发现问题　　做出假设 　设计实验　　实施实验　　分析数据　　得到结论交流反思发现解决问题方案、预测、材料、仪器实验设计的要点实验设计的关键：控制变量包括实验变量和无关变量实验设计的原则：单一变量原则和对照原则 师生共同归纳总结 培养学生分析、总结的能力。
六、教学反思
本节课的教学有三方面的突出优点：一是采用了引导探究式的教学方法，教师通过创设自主合作的学习情景、平等融洽的人际环境，激发学生的学习积极性。教师由单纯的信息表达者转变成信息的加工者、组织者，处于主导地位；学生不是被动地接受知识，而是走进科学家的探究历程，在观察和思考中，愉快地学习，处于主体地位。课堂教学过程中通过师生互动、生生互动，让课堂充满了活力，新课改理念得到了落实；二是本节课以科学探究的过程为主线贯穿始终，课堂教学思路十分清晰，挖掘了教学内容中的科学探究内涵，充分利用它让学生感受、理解知识的产生和发展过程，提高了科学探究的技能，三是通过引导学生分析科学探究的过程，培养学生实验设计的能力，使学生站在更高的高度上认识教材中的实验，增强了实验效果。