张小春

(江苏省海安高级中学 南通 226600)

原题(2018年南通市高三模拟生物学第26题)： 为探究温度对过氧化氢酶活性的影响，科研人员以2%的酵母菌液作为酶源，进行如下探究实验： ① 设计如图1实验装置。实验组注射器A内吸入1%的H2O2溶液5mL，注射器B内吸入2%的酵母菌液2mL。对照组注射器A内吸入1%的H2O2溶液5mL，注射器B内吸入蒸馏水2mL。用乳胶管连接注射器A和B，在乳胶管上夹上止水夹。② 设置温度梯度： 0℃、 10℃、 20℃、 30℃、 40℃、 50℃、 60℃，将实验组和对照组装置在相应温度下保温10min。③ 打开止水夹，将注射器A中的液体匀速推至注射器B中，立即关闭止水夹，记录注射器B中活塞的刻度。5min后再次记录刻度，计算刻度变化量，重复三次。④ 将对照组和实验组在各温度下获得3次实验数据作相应处理，绘制曲线如图2。

图1 实验装置示意图

图2 温度对H2O2酶活性影响的数据分析

请回答下列问题：

(1) 步骤①中设置对照组的目的是__________。步骤②中实验组和对照组装置在相应温度下先保温10min的目的是__________。步骤④中的“相应处理”是指__________。

(2) 有人认为，本实验不宜采用H2O2溶液作为“探究温度对酶活性的影响”的实验材料。你是否同意他的观点？请简要说明理由。__________。

(3) 经反复尝试，步骤③中选择体积分数1%的H2O2溶液比较合理。若浓度过高，可能带来的影响是__________。

(4) 有人认为，以酵母菌液作为过氧化氢酶源不是很严谨，其依据是__________。

1 命题意图

本题以“探究温度对过氧化氢酶催化活性的影响”为背景材料，考查了实验设计的原理方法、对照实验的设计、实验材料选择的合理性、实验数据的处理等一系列科学思维和科学方法。本实验的对照组中没有酵母菌液，目的是排除温度对实验结果的影响，使实验结论更具有说服力。从实验结果看，0℃～60℃条件下，对照组的注射器刻度变化量几乎为0，说明在此温度范围内，温度变化对过氧化氢的分解无明显影响，因此，本实验中选用过氧化氢作为探究温度对酶活性影响的实验材料是合适的。这一点与大多数教师的认识和教辅资料的描述不同，甚至2013年江苏高考题中也将此作为考点考查，而一些美国教材将H2O2作为了探究温度对酶的活性影响的实验材料，因此“纠错”也是本题的命题意图之一。

2 信息挖掘

这道题文字不多，但背后蕴藏的信息量不小，查阅相关文献[1]后有如下收获： ①过氧化氢酶源的选材之所以用酵母菌液代替肝脏研磨液，主要是考虑材料易得，省去了费时费力的研磨过程，且不会有血腥味，同时酵母液催化H2O2溶液的反应速度也比肝脏研磨液慢一些，这有助于实验的控制和操作；②材料量的控制也是多次实验后得到的适宜用量，即1%的H2O2溶液5mL和2%的酵母菌液2mL，因为酶具有高效性，反应物或酵母菌液偏多，会使得反应过于激烈，不但实验难以控制(如活塞移动太快超过量程等)，还浪费实验材料；③为避免将注射器A中的液体匀速推至注射器B中的过程中温度发生改变，将注射器放在相应温度下装有塑料袋的恒温水浴锅中，这既维持了相应的反应温度，又将水浴锅内的水与注射器分开；④以酵母菌液作为酶液其实不太妥当，因为细胞中能催化H2O2水解的酶有多种过氧化物酶，为减少对实验结果的干扰，最好提取粗酶液进行实验；⑤实际实验过程中，如果用一个注射器先后吸取某温度下的H2O2溶液和酵母菌液，你会发现由于酶的高效性，H2O2溶液和酵母菌液混合的短时间就会产生大量泡沫，根本来不及堵上注射器，所以科研人员设计了如图1的实验装置，让酵母菌液和H2O2溶液一开始是分开进行调温的。

结合以上信息分析讲评该题，有助于最大化、最有效的发挥调研试题的效用，使学生的核心素养更好地提高。

3 阅卷过程中的争议

该题阅卷过程中最大的争议就是第(1)题的第一空，给的参考答案是：“排除温度等对H2O2溶液分解的影响”。争议有两点： ①这里的温度是属于“自变量”还是“无关变量”；②如果“温度”是无关变量的话，学生回答“排除无关变量对H2O2溶液分解的影响”是否给分。

自变量一词来自数学，在y=f(x)这一方程中自变量是x，因变量是y。在实验过程中，人为改变的变量称作自变量，随着自变量变化的变量称为因变量。而实验过程中可能还存在一些可变因素，对实验结果造成影响，需要人为控制相同且适宜的这些变量称为无关变量，也称控制变量。在本实验0～60℃的温度范围内，温度变化对H2O2自身分解无明显影响，是无关变量，但是就温度影响过氧化氢酶活性而言，由图2可知，呈现出典型的“钟形”曲线，所以“温度”是属于自变量的，因此就第(1)小题第一空而言，学生回答“排除无关变量对H2O2溶液分解的影响”本质上是不错的，但是从命题意图和答题的准确性来看，回答“排除无关变量对H2O2溶液分解的影响”又显得过于笼统，没有答到点子上。

所以阅卷组经过讨论，最终决定严格按参考答案评卷。

4 讲评建议

从阅卷后反馈的情况来看，学生主要存在的问题是： 不能准确分析对照组的具体目的和命题者命题意图(尤其是其中的因果关系)；不能准确领会实验步骤的设计意图并用生物学专用术语表述；机械地记住某些实验结论，不能联系具体的实验过程和实验数据分析得出相应结论。因此讲评时要联系实验的真实过程让学生分析每一步骤的意图和原因，带着学生厘清知识背后的“为什么”，并适当拓展分析，注意语言表达的规范精准。例如，本实验中0℃～60℃的温度范围内，温度变化对H2O2溶液分解“无明显影响”，就不能说成温度增加对H2O2溶液分解“无影响”，因为随着温度增加H2O2溶液分解速度是加快的，只是这种加快没有达到现象明显的程度。事实上H2O2的受热分解与溶液浓度和温度有关，纯H2O2在153℃时可以猛烈分解，因此当在150℃左右设置一系列的温度梯度时，温度便成了影响H2O2分解速度的自变量了。这样拓展后，就可以让学生对H2O2的受热分解和H2O2是否适合用作温度对酶的活性的实验材料有一个更清楚的认识。

讲评试卷时还可以展示一瓶装有H2O2溶液的棕色瓶子，让学生思考H2O2溶液为什么要避光保存(短波照射会促进H2O2分解加快)。另外，为了强化图表数据分析能力的培养，让学生学会将表格、图形、文字等信息进行转换，建立数据变化与生物学现象变化的联系，培养发现问题、解决问题的能力。如果教师在做题后或讲评试卷之前能认真阅读一下调研试题配套的讲评建议和命题相关的文献资料，对命题意图会有更好的认识，高屋建瓴，讲评也会更有效到位。

5 教学反思

这一题总分是7分，南通市的平均分不到3分。除了学生发现问题、分析问题和解决问题能力有待提高外，更多的是由于学生的认知误区，这种认知误区根本上是教师带来的，是对教材必修1“比较过氧化氢在不同实验条件下的分解”这一实验的认识不够： 实验中水浴温度是90℃，与常温相比气泡产生量增加。而该调研试题中探究温度对细胞中过氧化氢酶活性的影响，设置的温度梯度在0℃～60℃范围内就够了，远远达不到使H2O2受热分解达到现象明显的程度。这种误区的“纠正”，让笔者意识到平常教学中缺乏“依据”的“结论式实验教学”是要不得的。

日常的生物学实验教学，更多地应基于真实的情境(分组实验或演示实验)，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，对实验中的误差和影响因素是否存在要多角度考证(实验法或文献法)，少一些主观臆断或自圆其说。