“探究温度对酶活性的影响”实验源自人教版高中生物学必修1《分子与细胞》第5章第1节“降低化学反应活化能的酶”，是高中生物学课程中的重要实验之一。该实验在教材中以开放的形式呈现，需要学生自主设计和完善实验方案，是学生进行探究性学习和教师开展创造性教学的良好素材。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》建议“在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质”
［1］。用实验证据来帮助学生建构概念，更有利于培养学生的科学探究素养和科学思维能力。基于此，笔者将该实验设计成定量实验，利用分光光度计和糖度计来定量检测不同温度下淀粉酶的活性。
1 实验设计思路
该节课以“探究温度对酶活性的影响”为主题，以校医开具多酶片医嘱为真实情境，将教材中的开放性定性实验拓展为定量实验。依据项目式教学理论，以“确定项目任务—制订项目方案—合作实施项目—展示项目成果—多元化评估项目”为教学主线来开展实验教学。课前通过生物学校本课程研究，学生确立两种不同的探究思路：①定量测定不同温度下淀粉的剩余量来反映酶活性；②定量测定不同温度下淀粉水解后产物的生成量来反映酶活性。随后，在该节实验课堂上，教师可以组织学生分成两个项目实施。在控制实验的无关变量时，采取使酶迅速失活的策略来控制反应时间，旨在让学生认同“酶具有高效性”以及“酶作用的pH条件较为温和”的特性。
2 实验创新
2.1 将定性实验升级为定量实验
传统实验在探究温度对淀粉酶活性的影响时，只能简单地进行定性操作，而在该实验中，师生共同讨论，决定引用分光光度计和糖度计来定量检测淀粉酶的活性，并基于实验数据绘制出酶活性受温度影响的曲线，直观、准确地观察不同温度下酶活性的差别。
2.2 实验思路的创新
学生已经知道酶活性的高低可以用酶催化某一反应的速率来表示，即可以用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来反映酶活性。在进行该实验时，有学生想通过检测底物淀粉的剩余量来反映酶活性，也有学生想通过检测淀粉被酶水解后产物的生成量来反映酶活性。根据学生的选择，自然而然将实验分成两个项目组进行。
项目组一的主要设计思路：将淀粉酶置于不同温度下处理，酶活性会受到不同程度的影响而使淀粉分解量出现差异，也就是说不同温度下淀粉剩余量不同。淀粉酶活性的测定：淀粉经I
2-KI溶液染色后会呈现蓝色，且在620 nm处存在吸收峰
［2］。因此，可以采取比色法测定底物淀粉的剩余量，并用Excel软件制作曲线图，以此反映淀粉酶的活性。
项目组二的主要设计思路：直接检测不同温度下淀粉被淀粉酶水解后产物的生成量来反映酶活性，这样的话，就不需要检测试剂碘液了。学生联想到妈妈减肥控糖时用到的一款测定饮料含糖量的仪器：糖度计。经过师生共同研究，采用糖度计测定溶液中可溶性糖的含量。该实验用的淀粉是可溶性淀粉，淀粉的存在必然会影响实验结果的准确性，所以需要把淀粉和其水解产物分开。由于学生已经学习了渗透作用的相关知识，已经知道淀粉是大分子，不能通过半透膜，而淀粉的水解产物是小分子，可以透过半透膜。学生决定改进教材中的渗透装置，采用透析袋和密封夹以及装有蒸馏水的大烧杯构建渗透体系，从而将淀粉水解产物透析到大烧杯中，然后用吸管吸取烧杯中的溶液滴在糖度计上，对着光源即可测出糖度数值。
2.3 多种新器材的运用
在实验操作中，使用Y形试管代替普通试管，不仅能实现底物和酶的分开保温，而且容易混合、操作方便，减少了1/2试管用量；微量移液器和分光光度计的使用让学生感受到科技发展为科学研究带来的巨大变革；糖度计是在家庭日常生活中常用的测定果汁含糖量的检测工具，不仅价格亲民、操作简便，而且其独特的检测原理表现为：在特定条件（即同一温度、压力）下，溶液中的含糖量与折光率成正比关系。因此，只需测量溶液的折光率，即可准确得知其含糖量，便于学生理解科学研究与日常生活的联系，并保持留心观察生活的好奇心。
3 实验教学过程
项目式教学是指围绕某个核心概念、实验过程或教学环节，以新情境下的项目活动引导学生综合运用已学知识完成项目任务，促进学生学习相关知识，形成系统化、工程性理念的一种教学方式
［3］。
3.1 创设真实情境，确定项目任务
学校运动会期间，一学生乱吃东西导致消化不良，校医开具多酶片并叮嘱要温水送服，不宜用热水。针对这一基于真实情境的例证，教师可引导学生思考其原因，从而确定本节课探究任务：温度对酶活性的影响。
3.2 小组研讨，制订项目方案
依据以下提示，结合教材所给器材，讨论实验设计方案，将简要实验思路和预期实验结果写在实验报告上。提示：①选择哪一种酶和底物作为实验材料？②实验的自变量和因变量各是什么？用什么方法控制自变量？怎样观察或检测因变量？
学生先独立思考，然后以小组为单位展开讨论，将小组选择的实验材料、基本思路和预期结果简要写在实验报告并上传展示。教师从学生上传方案中选择两个展示，请学生找出两者的不同之处，并思考哪个方案更科学、可行，师生共同修订实验方案。结合生物学校本课程成员在课前的预实验，最终确定实验步骤如
图1所示。
3.3 分工合作，实施项目
学生分组进行实验操作，观察不同温度下滴加碘液后的实验现象，结果发现新问题：①高温组不出现蓝色，与预期结果不符；②不同温度，试管颜色区分不明显。
为了解决问题①，师生进行“头脑风暴”并探究。学生通过前面蛋白质相关知识的学习，已经了解到淀粉酶的化学本质是蛋白质，高温会使蛋白质变性失活且不会复性。学生结合化学知识进行误差分析：高温会使碘发生升华，从而影响到淀粉与碘液的结合。同时，在控制实验的无关变量时，采取使酶迅速失活的策略来控制反应时间。故而，学生想到要在酶与底物混合反应后立刻终止反应，冷却后再加碘液，继而想到需要让淀粉酶变性失活，遂决定向反应后的体系中加入HCl或NaOH。结果是：碘与NaOH在高温下会发生反应生成NaI，影响染色。而酸虽然可以引起淀粉水解，但使淀粉水解的程度不明显，因而选择加入HCl来终止该实验反应。
为了解决问题②，师生进行以下的探究：项目组一的学生选择用分光光度计并采用比色法测定底物淀粉的水解量，以此来定量反映不同温度下淀粉酶的活性。项目组二在终止反应后组装透析装置，把反应物与生成物分开，利用糖度计检测产物中的含糖量，便可定量得出淀粉酶在不同温度下的酶活性。
3.4 展示成果，总结项目
两个项目小组完成实验后，呈现项目成果。项目组一利用比色法测定了不同温度下溶液的吸光度，并利用Excel软件将其绘制成曲线图（
图2），直观反应了不同温度下酶活性的差距。师生共同分析曲线图所反映出来的酶活性的差距，同时引导学生课后继续设计实验探究低温和高温下酶活性都较低的原理是否相同。
项目组二测得糖度数值都很低，有些几乎接近于0，学生分析可能是渗透速率太低。引导学生根据渗透作用发生的条件思考并改进措施，有学生想到可以增大半透膜两侧的浓度差来加快渗透速率。学生在实验过程中用到了恒温水浴锅，因而想到利用加热来加快分子的运动，进而加快渗透速率。考虑到课堂时间的限制，引导项目组二的学生在课后改进实验操作，继续完成实验。
3.5 表达交流，多元化评估项目
请学生代表分享收获和感想。同时，教师结合整个实验过程编制实验评价表，秉持学业评价促发展的理念，从实验知识、实验操作和实验结果等方面对学生进行整体性评价。师生共同完成实验评价表的填写，通过学生自评、学生互评、教师评价和小组评价相结合的方式，开展立足过程、立足发展的全面评价。
4 总结
我国著名教育家陶行知说过：“创造始于问题，有了问题才会思考，有了思考，才有解决问题的方法，才有找到独立思路的可能。”核心素养背景下的高中生物学实验教学，更加注重在真实生活情境中培养学生的发现问题、分析问题和解决问题的能力，尤其是实验教学更是要求学生亲历探究实践的全过程。
通过该节实验探究，学生能够从结构与功能相适应的角度，理解温度影响酶活性的本质，同时通过分析实验现象及结果，逐步建构并深化理解“酶的作用条件较为温和”这一概念，进而深化生命观念。借由项目活动，逐步培养学生学会质疑、合作探讨和科学论证的能力；通过小组合作，培养学生分析和处理数据、建构数学模型的能力，促其科学思维能力的提升。基于实验过程中提出的可探究的问题，学生能够根据提供的器材设计并实施实验，完成对影响酶活性的因素的实验探究，切实提升自身的科学探究能力。从教师视角看，力求让学生通过该实验对酶的特性有更深入的理解，进而了解酶在生产生活中具体应用的注意事项，体验应用生物学知识解决生活问题的过程，提升社会责任感。
5 反思
项目自主化：鼓励学生自主探究，根据学生的选择实现项目分组，引导其自主设计和操作实验，提高其自主性和积极性，继而让其主动汲取知识。实验装置的创新化：学生主动探究并发现问题，不断改进和优化实验，依据实验数据建构数学模型，直观认识温度对酶活性的影响。学习活动多样化：课前，校本课程小组已经进行了相关的预实验，为课中正式实验提供支点；课后，学生继续改进实验，进一步提升实验的可探究性。在实验效果方面，项目组一的学生选择用分光光度计并采取比色法测定底物淀粉的水解量，取得了较好的实验效果，与理论知识相符合。项目组二的学生使用糖度计检测淀粉被酶分解后产物的生成量，据此定量判断酶的活性，但在利用简易渗透装置分离淀粉和产物时，渗透用时较长，在当堂课中无法看到结果，所以，项目组二的学生利用课后时间完成项目研究。在该节实验课中，教师评价、学生自评、生生互评、小组评价等评价手段的使用，充分检验了教学目标的达成效果，具有启发性。
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