探究不同pH条件下对酶活性实验的改进
2020-09-02武杰
武杰
摘 要：《探究不同pH条件下对酶活性的影响》是生物必修课程的第二个探究实验，在高考生物考试大纲中的一个重要考点，在整个高中生物教材中占有重要地位。旨在倡导探究性实验过程，熟练掌握实验步骤、培养学生探究精神，为今后的探究性学习奠定基础。本文在教材实验的基础上做出了进一步的改进，通过创设问题情境，引发思考，提出问题，做出假设，演绎推理，得出结论等，让学生设计实验方案并做实验探究，培养学生的创新精神和探究能力。
关键词：酶的活性;pH;实验
一、引言
《探究不同pH条件下对酶活性的影响》是人教版高中生物必修一第五章第一节降低化学反应活化能的酶中的内容。是高中生物课程的关键性探究实验，也是高考考查的重点内容之一。旨在倡导探究性实验过程，熟练掌握实验的控制变量、培养学生探究精神，为今后的探究性学习奠定基础。
但学生按照人教版教材提供的材料用具进行探究实验时，实验结果与预期结果不一致，影响学生对知识的理解。
为了更好地激发学生的学习热情，严谨探究实验，培养学生的探究精神和探究能力，本文在原教材的基础上做了进一步的改进和创新。
二、实验原理
肝脏碾磨液中含有过氧化氢酶，在一定条件下，过氧化氢酶可以催化过氧化氢溶液分解。本实验通过改变溶液的pH，探究pH对酶活性的影响。过氧化氢酶的最适pH为7.0左右。
三、实验改进
人教版教材中“探究影响酶活性的条件”这一探究性实验中，因所给的材料用具限制了学生的发散性思维，导致学生仅会想到设计出过酸、过碱和中性三组实验，且因变量的检验方法单一，对新学习的探究性知识运用还不能熟练掌握的学生而言，且认识影响酶的活性需要学生通过定量实验从而对酶定性分析，教材实验没有能真正发挥出探究性实验的优势。因此需对实验加以改进
（一）实验材料的改进
原教材实验中没有能对因变量进行定量的装置。因此，在原教材的材料用具基础上添加锥形瓶、U型管压力计、双孔胶塞、橡胶管、胶头滴管等，要求学生定量实验。
（二）定量检测氧方法的改进
要探究过氧化氢酶的最适 pH，如果以课本实验中观察气泡的多少以及卫生香的复燃程度来表示酶的活性，带有主观性，不够准确[1]。因此需要对单位时间内氧气的产生量进行准确的测量。学生根据初中学习的化学知识很容易想到利用化学实验中的排水对氧气体积进行测量。通过查阅资料，发现测量气体产生的体积，可用图1装置进行测量，装置设置简单，且器材常见，适合学生进行实验室实验。
四、教学过程
按照探究实验的方法，将本实验教学过程设计为以下几个环节：
创设情境——提出问题、作出假设——设计并实施实验——分析结果、得出结论——表达与交流。
（一）提出问题、做出假设
1.创设情境
播放啤酒酿造过程的视频。并给出在啤酒酿造过程中使用的两种酶制剂。并要求学生仔细阅读酶制剂的使用说明。
在这两种酶的使用说明中，明确规定了它们的有效pH范围和最适pH值，并创设情境：假设学生是酶制剂的生产科研人员，要求确定过氧化氢酶的有效pH范围和最适pH值，应如何进行探究实验？
引发学生思考并提出问题，为什么酶制剂需要在一定pH范围内使用才有效？
学生根据已有的知识作出假设：酶在不同pH条件下活性不同。
（二）设计实验方案
1.以问题由浅入深的形式引导学生设计实验
问题一：根据提出的问题和做出的假设能拟出怎样的探究内容或课题？
引导学生选择确定探究方向。
问题二：根据各小组的探究课题，自变量是什么？因变量是什么？无关变量是什么？
问题三：因变量的指标如何确定？教材中给出的观测指标能否准确的获得具体数据对实验进行定量？如果要对实验定量，应如何实施实验？
提示学生：用肉眼观察，不好确定氧气产生的量，对气体的准备测量可以通过测量单位时间内产生气体的量。
通过对这些问题的讨论分析，学生对于实验中的自变量、因变量和无关变量已经明确，需要学生由原实验的感性认识转变为理性认识，学会定量实验从而定性分析。
2.进行实验设计
学生根据小组讨论以上问题，初步制定实验方案，确定研究方法及步骤，并以表格的形式体现实验方案。
3.小组交流完善实验
小组展示实验方案，各小组间进行交流，评价各小组方案的优缺点，根据评价，完善本组的实验方案。
4.进行实验
根据完善后的实验方案进行实验，记录实验现象和数据。
（三）分析结果、得出结论
小组根据实验现象及数据，分析实验结果，绘制曲线，得出结论，并对实验中出现的误差进行误差分析。其中一个小组的结果及实验分析如图2。
（四）表达与交流
小组间交流，分析各小组的实验优缺点，总结成败的原因，同时锻炼学生的语言表达能力及培养合作共赢的精神。
进一步探究：课后作业：探究温度对酶活性的影响，小组合作设计实验方案。
五、教学反思
本节课将教材原有实验改变为不同pH条件对酶活性的影响，将实验从感性认识到理性认识，从用肉眼观察到定量实验，从定量实验到定性分析，开阔了学生从发现问题作出假设到实验探究总结结论的探究性学习思维，同时培养了学生创新能力和发现问题解决问题的能力，并提高了学生的生物學科素养。
参考文献：
[1] 李菲菲. pH对酶活性的影响实验的探索与改进[J].《教学仪器与实验》.2014（7）：30.
