中學(xué)生物數(shù)字化虛擬探究實驗設(shè)計方案

1、課題名稱：中學(xué)生物探究性實驗虛擬化教學(xué)應(yīng)用研究 設(shè)計單位：同州中學(xué)生物組課題組實驗?zāi)夸洠簩嶒炓唬簼舛?、光照和催化劑對雙氧水分解速率的影響實驗二：測量空氣中氧氣的百分含量實驗三：比較過氧化氫和Fe3+催化效率實驗四：PH對酶活性的影響實驗五：溫度對酶活性的影響實驗六：酵母菌的呼吸作用實驗一 濃度、光照和催化劑對雙氧水分解速率的影響【實驗?zāi)康摹?通過實驗研究濃度、光照及催化劑對雙氧水分解速率的影響?！緦嶒炘怼?影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有反應(yīng)物和生成物的濃度、溫度、光照情況、壓強以及有無催化劑存在等。雙氧水分解的反應(yīng)方程式為：雙氧水=水+氧氣。雙氧水的濃度、光照情況以及有無催化劑存在對雙氧水反應(yīng)的速

2、率均會造成影響，本實驗通過對壓強傳感器檢測雙氧水分解反應(yīng)的速率，研究上述幾種因素對其反應(yīng)速率造成的影響。【實驗器材及試劑】 數(shù)據(jù)采集器、壓強傳感器、計算機、試管、1mol/L的氯化鐵溶液，雙氧水、雙孔橡皮塞等?！緦嶒灢襟E及數(shù)據(jù)分析處理】1. 將壓強傳感器接入數(shù)據(jù)傳感器，進入數(shù)字化試驗平臺通用軟件，打開數(shù)據(jù)列表，選擇自動記錄的頻率為1Hz。2. 量取10ml濃度為3%的雙氧水于試管中，用連有壓強傳感器軟管的橡皮塞將試管塞緊。3. 點擊，“開始讀數(shù)”按鈕停止記錄數(shù)據(jù)，然后點擊“分析”按鈕作出“壓強-時間”曲線。4. 量取10ml濃度為3%雙氧水于試管中，滴加2滴1mol/L的氯化鐵溶液，然后迅速用

3、連有壓強傳感器軟管的橡皮塞將試管塞緊，重復(fù)3步驟，做出對應(yīng)的“壓強-時間”曲線。5. 換成濃度為5%的雙氧水重復(fù)上一步驟，作出對應(yīng)的“壓強-時間”曲線。6. 量取10ml濃度為3%的雙氧水于試管中，用連有壓強傳感器軟管將試管塞緊，用光線照射試管，記錄試管內(nèi)壓強變化情況，做出對應(yīng)的“壓強-時間”曲線。7. 比較各次實驗得到的“壓強-時間”曲線，總結(jié)濃度、光照以及催化劑對雙氧水分解反應(yīng)的速率影響。【注意事項】 雙氧水與皮膚接觸會有強烈的燒灼感，使皮膚和毛發(fā)局部變白，產(chǎn)生刺痛、搔癢等癥狀，試驗過程注意避免與眼睛、皮膚接觸，以免灼傷，切記口服。如皮膚不慎與雙氧水接觸，應(yīng)立即用大量的清水沖洗?！舅伎寂c討

4、論】分析比較各次實驗得到的“壓強-時間”曲線，總結(jié)雙氧水的濃度、光照條件以及催化劑對雙氧水分解反應(yīng)的速率造成的影響。實驗二 測量空氣中氧氣的百分含量【實驗?zāi)康摹苛私饪諝庵醒鯕獾暮考拔廴九c防治?！緦嶒炘怼坎煌瑓^(qū)域不同時間空氣受污染的程度不同，氧氣的含量也不同?！緦嶒炂鞑募霸噭繑?shù)據(jù)采集器、氧氣傳感器、計算機等?！緦嶒灢襟E及數(shù)據(jù)分析處理】1. 將氧氣傳感器接入數(shù)據(jù)采集器中，打開數(shù)字化實驗平臺生物專業(yè)軟件，選擇空氣中“氧氣含量測定”實驗，進入實驗操作頁面。2. 選擇自動記錄的頻率為1Hz，點擊“停止記錄”，再點擊“繪圖”，得到一條氧氣-時間曲線，通過軟件中的統(tǒng)計功能，計算出數(shù)據(jù)的平均值作為該區(qū)空

5、氣中的氧氣百分含量；3. 記錄30個數(shù)據(jù)后，點擊停止記錄，再點擊繪圖，得到一條氧氣-時間曲線，通過軟件中的統(tǒng)計功能，計算出數(shù)據(jù)的平均值作為該區(qū)域空氣中的氧氣百分比含量；4. 更換測量地點，測量不同區(qū)域空氣中氧氣的百分比含量，然后進行對比分析?！舅伎寂c討論】1. 結(jié)合試驗中測量的空氣樣本所在區(qū)域的環(huán)境狀況，分析空氣中氧氣含量高低與周圍環(huán)境的關(guān)系。2. 根據(jù)實驗過程中了解的各種情況，分析空氣污染的污染來源，為本地區(qū)的空氣污染的防治提供合理的建議。實驗三 比較過氧化氫和Fe3+催化效率【實驗?zāi)康摹勘容^過氧化氫和Fe3+的催化效率，初步掌握探索酶的催化效率的方法，加深對酶的高校催化效率的方法?！緦嶒炘?/p>

6、理】過氧化氫和含F(xiàn)e3+的溶液均可作為過氧化氫分解反應(yīng)中的催化劑。動物肝臟中含有過氧化氫酶，而Fe3+是一種無機催化劑，分別用一定數(shù)量的過氧化氫和Fe3+和催化過氧化氫分解成水和氧氣，根據(jù)過氧化氫分解的快慢，可以比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率。本實驗采用用質(zhì)量分數(shù)為3.5%的氯化鐵溶液和質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液作為催化劑，每滴氯化鐵溶液中的Fe3+數(shù)量大約是酶滴肝臟研磨液中過氧化氫酶分子數(shù)的2.5乘10的5次方倍?！緦嶒炂鞑募霸噭繑?shù)據(jù)采集器，氧氣傳感器，計算機，試管，滴管，動物肝臟，過氧化氫等?！緦嶒灢襟E及數(shù)據(jù)分析處理】1. 取兩只潔凈的試管，各注入5ml過氧化氫溶液，將試管編號后放

7、置在試管架上。2. 將氧氣傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，打開數(shù)字平臺通用軟件，打開“數(shù)據(jù)列表”，選擇自動記錄數(shù)據(jù)的頻率為“1hz”。3. 向1號試管滴入4滴肝臟研磨液，迅速用氧氣傳感器探頭所帶膠塞將試管塞緊。然后點擊數(shù)據(jù)列表中的“開始讀數(shù)”按鈕，開始記錄實驗數(shù)據(jù)，知道氧氣傳感器的讀數(shù)不再增加時，點擊“停止讀數(shù)”，再點擊“分析”按鈕，作出1號試管反應(yīng)時的“氧氣含量時間”曲線。4. 將氧氣傳感器探頭取下，向2號試管滴入4滴氯化鐵溶液，用氧氣傳感器探頭所帶膠塞將試管塞緊。點擊“開始讀數(shù)”按鈕，開始記錄數(shù)據(jù)，直到氧氣傳感器的讀數(shù)不再增加時，點擊“停止度數(shù)”，再點擊“分析”按鈕，做出2號試管反應(yīng)時“氧含量時間”

8、曲線。5. 分析兩條曲線，比較兩種催化劑的催化效率。【注意事項】1. 過氧化氫溶液有一定腐蝕性，使用時應(yīng)小心謹慎。若不小心濺到皮膚上應(yīng)及時用大量清水進行沖洗。2. 通過比較兩條曲線以及無機催化劑中Fe3和過氧化氫酶分子的數(shù)量，可得出什么結(jié)論？那種催化劑效率更高？實驗四 PH對酶活性的影響【實驗?zāi)康摹?探究過氧化氫酶發(fā)揮作用的最適宜酸堿度。【實驗原理】 雙氧水在過氧化氫的酶催化作用下分解為氧氣，用氧氣傳感器可以測得氧氣濃度隨時間變化情況。保持反應(yīng)過程中外界環(huán)境的溫度不變，在不同PH值的環(huán)境下進行同樣的實驗，可以通過實驗結(jié)果比較得出氧化氫酶作為雙氧水分解的催化劑的最適宜環(huán)境。【實驗及試劑】 數(shù)據(jù)采

9、集器，氧氣傳感器，計算機，葡萄糖，濃度為3%的雙氧水溶液（PH值分別為4.0、6.86、9.18）等?！緦嶒灢襟E及分析處理】1. 配置好實驗所需的各種PH值標準液（見實驗器材），然后取出三個潔凈的錐形瓶，分別加入標準液各25ml。2. 往三個錐形瓶中各加入0.5g葡萄糖，制成各種酸堿度下的質(zhì)量分數(shù)約為2%葡萄糖溶液，然后再三個錐形瓶中均加入0.5g的發(fā)酵粉，搖勻后靜置三分鐘。3. 將氧氣傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，進入數(shù)字化試驗平臺通用軟件，打開“數(shù)據(jù)列表”，選擇自動記錄數(shù)據(jù)的頻率為1“Hz”。4. 用移液管取25ml質(zhì)量分數(shù)為3%的雙氧水溶液于PH=4.00的葡萄糖溶液中，略微震蕩，用氧氣傳感器探

10、頭的膠塞將錐形瓶塞緊，點擊“開始讀數(shù)”，開始記錄實驗數(shù)據(jù)。5. 將氧氣傳感器的度讀數(shù)再次穩(wěn)定時，點擊“停止讀數(shù)”，然后點擊“分析”按鈕，作出“氧氣濃度時間”曲線。6. 將PH之位4.00的葡萄糖溶液換成PH值為6.86和9.18的葡萄糖溶液，分別重復(fù)實驗步驟5、6，得出各種酸度下的葡萄糖溶液的“氧氣濃度時間”曲線。7. 比較各次實驗中得到的“氧氣濃度時間”曲線，總結(jié)酸堿度對過氧化氫酶催化效率的影響。【注意事項】試驗中注意保持反應(yīng)環(huán)境的溫度恒定。【思考與討論】那種酸度環(huán)境中過氧化氫酶的活性最強？你是如何根據(jù)實驗結(jié)果進行判斷的？實驗五 溫度對酶活性的影響【實驗?zāi)康摹刻骄窟^氧化氫酶發(fā)揮催化作用的最適

11、宜溫度。【實驗原理】. 雙氧水在過氧化氫酶的催化作用下分解為氧氣，用氧氣傳感器可測得氧氣濃度隨時間變化的情況。在不同溫度下進行同樣的實驗，可以通過比較得出過氧化氫酶起催化作用的最適宜溫度。在本次實驗將在040攝氏度這個范圍內(nèi)分為四個區(qū)間0-5攝氏度、20-25攝氏度、30-35攝氏度、35-40攝氏度，比較在四個區(qū)內(nèi)酶的催化效率?！緦嶒炂鞑募霸噭?數(shù)據(jù)采集器，氧氣傳感器，溫度傳感器，計算機，玻璃瓶，保溫被（水?。咸烟?，濃度為3%的雙氧水溶液等?！緦嶒灢襟E及分析處理】1. 取四個保溫杯，分別注入溫度范圍0-5攝氏度、20-25攝氏度、30-35攝氏度、30-40攝氏度的自來水，用溫度計檢測

12、各杯水溫度使其穩(wěn)定在上述范圍內(nèi)。2. 將氧氣傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，打開數(shù)字化試驗平臺通用軟件，打開“數(shù)據(jù)列表”，選擇自動記錄數(shù)據(jù)的頻率為“1hz”。3. 用天平稱取2g干酵母溶解在100ml質(zhì)量分數(shù)為2%的葡萄糖溶液中，攪拌均勻，然后用移液管移取10ml配置好的溶液于4個玻璃瓶中。4. 取其中一個玻璃瓶置于水溫為0-5攝氏度保溫杯水浴五分鐘，用移液管移取10ml的雙氧水溶液加入此玻璃瓶，用氧氣傳感探頭膠塞將玻璃瓶塞緊，然后點擊“開始讀數(shù)”按鈕，開始記錄實驗數(shù)據(jù)。5. 待氧氣傳感器的讀數(shù)再次穩(wěn)定時，點擊“停止讀數(shù)”然后點擊“分析”按鈕，做出“氧氣濃度-時間”曲線。6. 將其他三個玻璃瓶分別置于水

13、溫20-25攝氏度、30-35攝氏度和35-40攝氏度的保溫杯中，重復(fù)實驗步驟4、5，做出各次實驗對應(yīng)的“氧氣濃度-時間”曲線。7. 比較各次實驗得到的“氧氣濃度-時間”曲線，總結(jié)溫度對過氧化氫酶催化效率的影響。【注意事項】實驗過程中注意控制好水溫的溫度?！舅伎寂c討論】1. 根據(jù)實驗結(jié)果說明溫度對過氧化氫酶活性的影響，判斷過氧化氫酶活性最強的溫度區(qū)間。2. 聯(lián)系前面學(xué)過的知識，試說明酶的活性受到那些環(huán)境因素的影響。實驗六 酵母的呼吸作用【實驗?zāi)康摹?通過實驗研究酵母菌的有氧呼吸與無氧呼吸的異同。【實驗原理】 酵母菌是兼性厭氧型細菌，有氧環(huán)境下進行有氧呼吸，無氧環(huán)境下進行無氧呼吸，兩種呼吸過程均

14、產(chǎn)生二氧化碳。在比容內(nèi)創(chuàng)造有氧無氧環(huán)境，通過實時監(jiān)測二氧化碳的濃度來推斷酵母菌有氧呼吸及無氧呼吸的異同。酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸的方式為：有氧呼吸：C6H12O6 +6O26CO2+6H2O+能量無氧呼吸：C6H12O62CO2+2C2H5OH+能量【實驗器材及試劑】數(shù)據(jù)采集器、氧氣傳感器、計算機、錐形瓶、膠塞、酵母菌、5%葡萄糖、植物油（液體石蠟）等?！緦嶒灢襟E及數(shù)據(jù)分析處理】1. 稱取1.25g干酵母，并將其溶解在50ml水中，制成酵母溶液。2. 將10ml酵母溶液和20ml濃度為15%的葡萄糖一同加入錐形瓶中，搖蕩使溶液充分混合，然后將錐形瓶放入溫度35攝氏度的溫水中；3. 將愛二氧化碳傳感器插上電源并接入數(shù)據(jù)采集器，進入數(shù)字化實驗平臺生物專業(yè)軟件，選擇進入實驗“酵母菌 的呼吸作用”，設(shè)置自動記錄的頻率為1hz。待二氧化碳傳感器預(yù)熱完成后，將二氧化碳傳感器套上一個膠塞然后用膠塞將錐形瓶塞緊，點擊“開始讀數(shù)”按鈕，開始記錄數(shù)據(jù)。4. 記錄2分鐘后，點擊“停止讀數(shù)”按鈕停止記錄數(shù)據(jù)，然后點擊“繪圖”按鈕，作出二氧化碳含量變化曲線。5. 將10ml酵母溶液和20m