1、第 1 页基于生物学科素养的“a-淀粉酶固定化及淀粉水解作用检测”教学设计 浙江师范大学附属中学 喻毅涛 13735672108 一、教学背景普通高中生物课程标准明确要求“倡导探究性学习，力图改变学生的学习方式，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、交流与合作的能力等，突出创新精神和实践能力的培养”。同时作为高中课程设计航标的“核心素养”，把理性思维、勇于探究置于显著地位。因此，在a-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测学习中，通过利用平板电脑、云技术查询网络文献等手段，促进学生合作探究，主动生成知识，进而达成教学目标
2、。2、学习任务分析1.本节内容为浙科版生物学选修 1生物技术实践的第二部分酶的应用中的第三个实验a-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测，是在浙科版生物学必修 1 第三章细胞代谢以及选修 1 第二部分酶的应用的基础上进行的学习。2.本节课最主要的任务是以“a-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测”为例，了解固定化酶的优点及常用方法。教学中通过现代信息技术（平板电脑及云技术）的使用帮助学生建立固定化酶的概念；学习小组讨论合作学习，提出实验方案并加以改进，培养学生不拘泥于现有教材，敢于质疑，勇于创新的品质。在顺利掌握教材方法步骤的基础上，有序高效地开展实验，正确评价实验方案，总结交流实验结果，增强学生
3、科学探究的能力、分工合作精神，提升情感态度价值观。3、学情分析1.学生虽然已在浙科版必修一第三章细胞代谢专题中对酶的定义、化学本质及特点有了初步认识，并且在浙科版选修一实验 4果汁中的果胶和果胶酶了解了酶在生活中的应用，但是本实验是在介绍酶的固定化的定义、优点和常用方法的基础上，让学生通过具体的 a-淀粉酶固定化及淀粉水解作用检测，加强对固定化酶的认知，这是一个非常大的挑战，要求学生具备较好的问题分析能力，实验探究能力及动手操作能力。2.高中学生已具备一定的计算机知识，能通过平板电脑上网查阅文献资料。但是如何在课堂中恰当合理的分配时间、在书本知识及网络文献知识上如何取舍，需要合理引导。3.本节
4、教学应重视直观教学和双向交流，启发引导学生积极思维。通过自学教材内容、结合云技术查阅网络文献、开展小组讨论、建立模型、交流发言等一系列的形式，激发学第 2 页生的学习兴趣，从而提高学习效果。最终学生有效地将新知识整合进原有的认知图式中，知识体系得到了丰富和发展。四、教学目标【知识与技能】1通过理论课的教学活动，以学生自主学习为主，在教师的适当引导下，能够了解固定化酶的定义、常用方法和优点。2通过小组合作，设计实验方案并上传至云盘共享讨论，用不同的实验装置设置对照进行实验探究，对科学探究有更深的认知。3通过平板电脑及云技术的使用，了解固定化酶的最新应用。【过程与方法】1通过使用教材及现代信息技术
5、，能够优化教材的实验步骤，提高实验设计能力。2通过实验的探究和改良来提高实验动手操作能力，使实验效果更明显，实验过程更高效。【情感态度与价值观】1. 通过实验探究活动中的分工协作，形成合作的团队意识。2. 引导学生思考实验部分内容，提出实验改进的方案，增强学生理性思维的能力。3. 通过对平板电脑及云技术在课堂中的应用，培养学生实验兴趣，倡导质疑精神，更全面的利用新知识来解决问题，形成“知识是不断发展”的辨证唯物主义思想。五、教学重点与难点及突破策略教学重点1.了解固定化酶的定义，优点及常用方法。2.掌握 a-淀粉酶的固定化技术。3.结合网络资源优化实验步骤，更好的进行 a-淀粉酶固定化及淀粉水
6、解实验。教学难点1.利用平板电脑及云技术辅助教学，平衡学生对书本内容和网络资源的关注度，体现现代信息技术在生物学教学中的合理高效应用。2.引导学生掌握和理解 a淀粉酶的固定化方法及淀粉水解作用检测的具体过程。3.学生需要理解教材实验步骤中相关的注意事项，由于教学课时的限制，而教材中的操作过程非常繁杂并且耗时，引导学生通过对教材和网络文献资料的整合，得出小组的可行性且高效的实验方案。第 3 页突破策略：通过结合书本和网络文献和视频文献，达到化小为大、化微观为宏观、化静为动的目的，组织学生开展小组讨论的合作学习方式，来突破教学重难点。六、教学方法1. 探究式教学法。教学中以阶梯式问题为载体引导探究
7、，并且在探究中进行合作和思考，逐步达成意义建构。2. 现代信息技术与生物实验教学相结合的方法。利用平板电脑，云技术，自制 PPT 课件，通过图文结合、动静结合的方法辅助突破教学重难点。七、实施程序1实验器材：新器材：层析柱取代注射器（图 1）教材器材改进：注射器+输液管（图 2） 图 1 图 2图 3 图 4 第 4 页2搭建教室无线局域网。3. 介绍云技术的使用（图 4）。4布置学生进行预习，按照学生实验探究水平分组，创建学习小组。5自制 PPT 课件辅助教学。 八、操作流程流程 教师活动 学生活动 设计意图第一课时导入第一课时：引入展示实验。取 1,2 两支已经编号的试管，在两只试管中加入
8、一定量淀粉溶液，在 1 号试管中加入两滴 KI-I2的溶液，震荡后，提问：发生了什么实验现象？为什么？接着在 2 号试管中加入一定量的唾液淀粉酶溶液，震荡摇匀一段时间后，加入两滴 KI-I2的溶液，提问：颜色变化是？为什么？思维碰撞：请问第二号试管的溶液中含有哪些物质？设疑思考，能否在酶促反应之前对可溶性的酶做一定限制，最终既能获得纯净的酶促反应产物又能避免可溶性酶的干扰？学生仔细观察 1 号试管中的颜色。回答：淀粉遇碘变蓝。学生观察 2 号试管的颜色（碘液的颜色），根据已有知识回答出：淀粉被唾液淀粉酶水解为麦芽糖，遇碘不变蓝色，试管中仍为碘液的颜色通过对酶的作用特点的回忆，学生思考后回答：同
9、时存在麦芽糖和唾液淀粉酶通过演示实验，引导学生回忆酶在生化反应中的特点，并激发学习本课内容的兴趣。组织活动、探索新知过渡 看来同学们都有着科学家般的探究性思维，今天我们就来学习固定化酶的相关知识，请大家阅读阅读书本38 页第一段及云盘内的相关文献，了解固定化酶的定义、方法、优点。学生自学书本第一段的介绍，回答固定化酶的定义及方法，通过查询云盘内的资料得出固定化酶的优点。学生思考后回答：能否把可溶性的酶转变为不溶性的，但同时不影响酶的作用。第 5 页布置学习任务 1，明确教材中本实验的实验目的和实验原理 2，了解实验步骤。小组讨论自学过程中出现的问题，并将未解决的问题上传至云盘！讲授实验步骤，本
10、实验包括了两部分内容，1.先利用石英砂采用吸附法对淀粉酶进行固定化。2.进行水解作用检测。解惑（多媒体展示学生上传的问题）第一位同学提出：在装柱完成以后，清洗游离的淀粉酶，我们怎么才能确认清洗完成了呢？其他的同学在自学过程中有没有对这个问题进行思考？第二位同学提出，为什么要待固定化酶住中流出 5ml 液体后再进行检测？学生回答：实验目的：（1）制备固定化a-淀粉酶；（2）进行淀粉水解的测定。实验原理：用吸附法将 a-淀粉酶固定在石英砂上。一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精。用淀粉指示剂溶液（KI I2）测试，流出物呈红色，表明水解产物糊精生成。甲同学：可在试管中加入 1ml
11、 淀粉溶液，再加入几滴淀粉酶柱的流出液，一段时间后加入1滴 KI-I2 指示剂，如仍显蓝色，即流出液中没有淀粉酶了。乙同学：因为固定化酶柱中的酶与流经柱子的淀粉反应需要一定的时间，刚开始流出的液体中由于反应时间过短，糊精未生成或生成的量太少，所以不利于后面的颜色鉴定。结合现代信息技术能更方便有效的对课堂学习的问题进行呈现和讨论第 6 页共性的问题：“大家普遍觉得实验的时间过长了！”请做过预实验的 A 组同学来给大家分享下他们组的预实验经历及实验结果改良实验的 E 同学介绍预实验。分组学习，研究实验步骤各组同学结合书本步骤及网络文献中的资料，确定本组实验方案并上传至云盘！注意，同时确定小组实验设
12、备的选取。实验方案展示多媒体展示实验方案，并请该实验方法的组长上台介绍本组的方案总结不同组同学选取的实验设备有差异，改良之处也不经相同，到底孰优孰劣，还是其他组有更好的方案，通过实验来检测！并完成实验结果记录（表1）。A 组学生代表：采用书本步骤，耗时长，能出现书本所示结果E 组学生代表：对书本搅拌步骤进行了优化，时间缩短，效果明显。学生结合书本，利用平板电脑查阅网络文献，得出小组实验方案。几组同学进行实验方案展示，其余同学思考并指出实验方案中的不足之处。预实验的同学介绍经验能更有效的对学生实验过程的中问题加以解决，同时引起其他同学对书本实验改良的兴趣。其他同学自主上讲台进行点评，营造敢于质疑
13、、开放包容的学习氛围教师对实验方案不进行点评，保护学生的开放性思维，让其在实验中进行总结和纠正。实验记录表（表 1）样品 0.5%淀粉溶液 洗涤液 淀粉滤液 2 滴 KII2 溶液稀释 1 倍 结果对照 + - - + -样品 1 + + - + -样品 2 - - + + -样品 3 - - + + +第 7 页九、教学评析1注重对学生能力的培养：生物学实验教学过程应注重实践，通过主动探究指向教学目标显得尤为重要。在本节实验课内容中整个实验部分的操作非常耗时。学生通过具体操作，完成对教材实验步骤的改良，体现出的敢于质疑，勇于创新的精神品质，正是生物学科学精神的良好展现。2重视生物学科素养在教
14、学中的理解和渗透：在这节内容上，把学生对知识的主动获得和理解作为教学的一个重点。通过对书本知识的自主学习和云技术的使用。从教学的效果来看，学生不仅能够自主、准确地获取知识，更重要的是，学生对知识的获得，不再是被动地接受，而是通过自己的改良实验步骤，分析、总结，主动地归纳得出，学生通过这种主动探究获得的知识是深刻的、持久的。3充分利用现代信息技术辅助教学：酶的固定化对于学生来说是一个陌生的领域，为了便于学生理解，采用平板电脑上网查询相关文献及视频资料，弥补传统教学的不足。逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。图 5 图 64在确保实验结果明显前提下进行的实验改良：采用更为精密的一体式层析柱，方便流速的控制及材料处理；搅拌步骤改良，采用烧杯内洗涤，由原先清洗的 50min 缩短至 10min；反应过程流速改良，将原先 0.3ml/min（7 滴/min）提升至 20 滴/min。第 8 页
