pH對酶活性影響的定量分析實驗改進教學設計

“pH對酶活性影響的定量分析實驗改進教學設計張琪“一切都要經過實驗”是現(xiàn)代實驗生物學奠基人摩爾根的科研信條。生物學作為一門實驗性學科，實驗教學是中學生物教學的重要組成部分，也是全面實施素質教育最有效的途徑。探究性學習是一種學習方式，同時又是一個積極的學習過程。它是指在教學中創(chuàng)設一種類似于學術研究的情境，從學科領域或現(xiàn)實生活中選擇和確定研究主題，學生展開調查與研究，通過自主獨立地發(fā)現(xiàn)問題、實驗操作、調查、信息收集與處理、表達與交流等探索活動，獲得生物學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，特別是探索精神和創(chuàng)新能力發(fā)展的學習方式和學習過程。本節(jié)課采取探究性教學模式，在問題驅動和實驗創(chuàng)新的載體下，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維和分析歸納的能力，提高學生的實驗創(chuàng)新和信息技術的應用能力。1實驗設計意圖“探究酶活性的影響因素”實驗能極大限度發(fā)揮學生的主體作用，對于培養(yǎng)學生科學思維、科學探究能力等生物學學科核心素養(yǎng)有重要意義。另外，在探究過程中，教師可以讓學生體驗科學探究的成功與失敗，形成良好的自我認知和自我評價。教師要促進學生用發(fā)現(xiàn)的眼光從生活中取材，對實驗進行改進。2教材分析和學情分析“探究酶活性的影響因素”是高中生物《必修1-分子與細胞》模塊的第二個探究實驗，包括溫度和pH對酶活性的影響兩個探究實驗。通過實驗探究，學生可以親自獲得酶的活性受到溫度和酸堿度影響的實驗證據，同時為后面學習影響呼吸作用和光合作用的因素等知識奠定基礎。學生已經學習酶的本質，了解了酶的作用機理及特性，并且在學習“探究植物細胞吸水和失水”后，對實驗探究方法有了一定的體驗和感悟，可初步設計簡單實驗。在本實驗中，學生將由從定性觀察上升為定量實驗。此過程中的數據采集和變量控制對學生而言是一個挑戰(zhàn)。3教學目標①初步掌握探究實驗的一般方法，學會控制變量和設計對照實驗?？冖趪L試自己動手設計實驗裝置和方案，并對實驗方案進行改進?？冖鄹鶕嶒灲Y果，說出pH的變化對酶活性的影響，并分析原因?？冖荏w驗科學探究的艱難，形成嚴謹的科學態(tài)度及創(chuàng)新、合作的科學精神。4教學設計教師引導，提出問題小組合作.設計實驗教師根據教科書提供的實驗方案，提出問題：①豬肝易變質，能否用植物材料代替？怎樣確定最佳實驗材料？②觀察過氧化氫分解產生氣泡的多少及衛(wèi)生香復燃程度具有主觀性，難于量化，應怎樣進行定量實驗？③pH影響酶活性的曲線是如何繪制的？口在學生思考討論的基礎上，教師指導學生完成3個探究實驗：①比較不同植物中過氧化氫酶的活性（通過定性觀察、兩兩比較進行對照實驗）；②不同pH對某植物材料中過氧化氫酶活性的影響;③探究某植物材料中過氧化氫酶的最適pH（由定性觀察上升到定量實驗）?？?.3.2對實驗裝置進行改進4.3.2對實驗裝置進行改進4.3對實驗方案的改進4.3對實驗方案的改進實驗試劑與器材包括：u型氣壓計，pH計，電腦，秒表，u型試管，錐形瓶，注射器，橡膠管，橡膠塞，玻璃管，止水夾，鐵架臺，研缽，過氧化氫溶液（3%），鹽酸，NaOH溶液，酸性（pH=6）、中性（pH=7）及堿性（pH=8）的緩沖液，新鮮豬肝，馬鈴薯，香蕉，胡蘿卜，紅墨水等?？?1對實驗材料進行改進教師指導學生利用給出的儀器組裝實驗裝置（圖1），完成探究①“比較不同植物中過氧化氫酶的活性”。裝置的U型管內裝有適量紅墨水，兩側各連接一個相同的錐形瓶，各裝有20mL不同植物組織的研磨液。錐形瓶上方各連接一個相同的注射器，內裝有2mL體積分數為3%的過氧化氫溶液。實驗開始前，學生利用已有的化學知識進行氣密性檢查，并巧妙設計了檢查方法：利用其中一個注射器向空的裝置內注射一定量的空氣。一段時間后，液面保持不變，說明氣密性良好，可以進行實驗。實驗開始后，將注射器中的過氧化氫溶液同時注射到錐形瓶中，輕輕搖勻。一段時間后，觀察液面的高度差，由此可確定哪種材料中過氧化氫酶的活性較高。在該過程中，教師注意引導學生思考：①本實驗的自變量是什么？②如何排除無關變量對實驗結果的影響？例如，用打孔器將植物材料打出均勻的長條并截取相同長度進行研磨，在研磨過程中加入等體積的蒸餾水，注射器中要裝入等體積等濃度的過氧化氫溶液等。通過該u型管裝置，學生可以比較出不同組織中過氧化氫酶的活性，依次為肝臟＞馬鈴薯＞香蕉＞胡蘿卜（圖2）。因此，選擇馬鈴薯作為最佳實驗材料，進行接下來的實驗探究。教師提出問題：馬鈴薯中的過氧化氫酶在酸性（pH=6）、中性（pH=7）和堿性（pH=8）條件下的催化效率會褻生怎樣的變化？并指導學生利用氣壓計進一步改進實驗裝置（圖3）。u型氣壓計內裝有少量紅墨水，初始液面在0刻度線處，一段與外界空氣相通，另一端通過橡膠管與錐形瓶相連，內裝有10mL某種pH的緩沖液和10mL馬鈴薯研磨液。錐形瓶上方注射器內裝有2mL體積分數為3%的過氧化氫溶液。在用注射器注入一定體積的過氧化氫溶液時，會對氣體體積的測量造成影響，為消除該影響，在u型氣壓計和錐形瓶之間通過一個Y型玻璃管增加了一個止水夾。另外，由于酶具有高效性，為防止反應過于劇烈，水從氣壓計管道中沖出，應將馬鈴薯研磨液稀釋至10%。實驗開始前，同樣用空氣注射法檢查裝置氣密性。實驗開始時，先打開止水夾，將過氧化氫溶液注射進去，再迅速關閉止水夾，記錄15s后氣壓計的讀數，即過氧化氫分解產生的氧氣的體積。重復實驗后，依次測定其他pH條件下氧氣的體積。這樣，由定性觀察上升為定量分析，完成了探究②“不同pH對馬鈴薯中過氧化氫酶活性的影響”。本實驗最主要的目的是作為接下來探究最適pH的預實驗?？?3對實驗實施的具體條件進行改進教師指導學生利用pH計，改進實驗條件，進一步縮小pH梯度，依次測定不同pH條件下過氧化氫分解產生氧氣的體積，然后利用電腦軟件繪制成曲線圖，得出馬鈴薯最適pH約為6.4?？?.4匯報成果。交流討論此外，學生還對胡蘿卜、香蕉和豬肝中過氧化氫酶的最適pH做了探究，并進行匯報交流。5教學反思以馬鈴薯為實驗材料，易取材、易儲存且易研磨，實驗效果好。用U型試管裝置做對照試驗，現(xiàn)象非常明顯。通過U型氣壓計液面高度差，來測定氧氣的體積，科學且準確。倡導探究性學習是高中生物學課程標準理念之一。開展探究性學習有利于構建科學知識，有利于激發(fā)學生創(chuàng)新意識、培養(yǎng)實踐能力，有利于培育科學