《影響酶活性的條件》說(shuō)課文稿

1、PAGE 影響酶活性的條件說(shuō)課文稿南寧市第三中學(xué) 黃小斌一、使用教材本課題源于人教版高中生物必修一第五章第1節(jié)的實(shí)驗(yàn)，是教材在介紹了“控制變量”后的第一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。二、實(shí)驗(yàn)原理/實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路淀粉與瓊脂混合制成5組固體培養(yǎng)基向5組培養(yǎng)基中央分別放入用不同pH條件的淀粉酶溶液浸潤(rùn)的圓形濾紙一段時(shí)間后移走濾紙向5組培養(yǎng)基分別加入等量的碘液觀察培養(yǎng)基顏色變化，測(cè)量并紀(jì)錄分解圈直徑全為藍(lán)色，該pH條件下酶失活出現(xiàn)分解圈，且分解圈直徑越大，酶活性越大三、實(shí)驗(yàn)器材試劑：淀粉、瓊脂、HCl溶液、NaOH溶液、蒸餾水、淀粉酶溶液、碘液等；器械：培養(yǎng)皿、濾紙、剪刀、直尺、酒精燈、鐵架

2、臺(tái)、石棉網(wǎng)、玻璃棒、電子天平等。四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能（1）說(shuō)出影響酶活性的條件；（2）學(xué)會(huì)確認(rèn)和控制對(duì)照實(shí)驗(yàn)的單一變量和無(wú)關(guān)變量。2.過程與方法（1）能設(shè)計(jì)影響酶活性條件的探究實(shí)驗(yàn)方案；（2）嘗試構(gòu)建與生物學(xué)相關(guān)的曲線模型；（3）能對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)和修訂。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）養(yǎng)成科學(xué)探究的思維。 五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容本節(jié)實(shí)驗(yàn)課由生活中的問題“使用加酶洗衣粉為什么要用溫水浸泡”引出，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)蛋白質(zhì)性質(zhì)等知識(shí)從理論層面分析溫度影響酶活性的原因。進(jìn)而以學(xué)生為主體，通過“提出問題，作出假設(shè)分析變量，設(shè)計(jì)方案小組合作，實(shí)施方案數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建模型表達(dá)交流，總結(jié)升華”等環(huán)節(jié)

3、對(duì)理論分析進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在這些過程當(dāng)中，學(xué)生學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型的方法定量的對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并將探究pH所掌握的科學(xué)方法遷移到探究溫度對(duì)酶活性的影響，解決了生活中的實(shí)際問題：溫度對(duì)洗衣粉中酶的影響。 六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程創(chuàng)設(shè)情境 揭示課題提出問題 作出假設(shè)分析變量 設(shè)計(jì)方案小組合作 實(shí)施方案 數(shù)據(jù)處理 構(gòu)建模型表達(dá)交流 總結(jié)升華(一)創(chuàng)設(shè)情境，揭示課題教師展示加酶洗衣粉包裝上的使用說(shuō)明，提問：“為什么加酶的洗衣粉用溫水浸泡效果更好？難道酶也怕冷嗎”引出課題“影響酶活性的條件”。導(dǎo)課案例源于生活，既能引起學(xué)生興趣，又能提醒生物學(xué)科核心素養(yǎng)中的社會(huì)責(zé)任。(二)提出問題，作出

4、假設(shè)導(dǎo)入新課后，我將提問以下幾個(gè)問題：（1）使用加酶洗衣粉時(shí)，水的溫度越高越好嗎？（溫度過高或過低都不好）（2）你還能提出哪些可能影響酶的條件？（pH、重金屬等）（3）根據(jù)所學(xué)知識(shí)，說(shuō)出你的依據(jù)？（大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，上述因素可能使酶失活）（4）如何驗(yàn)證你的假設(shè)是否正確？這樣，即復(fù)習(xí)了酶的化學(xué)本質(zhì)和蛋白質(zhì)變性等知識(shí)，師生又共同歸納出了本實(shí)驗(yàn)的原理，即酶的作用需要適宜的條件。（三）分析變量，設(shè)計(jì)方案這樣學(xué)生根據(jù)可能影響酶活性因素的假設(shè)，從中確定自己要探究問題，如：溫度/pH/重金屬對(duì)酶活性的影響。為了幫助學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，我要求學(xué)生展開小組討論，填寫學(xué)案（如下圖），解決了以下問題：圖1 學(xué)案截圖（

5、1）如果探究pH對(duì)酶活性的影響，實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？如何控制？（2）如果探究pH 對(duì)酶活性的影響，應(yīng)選擇什么物質(zhì)作為底物和酶，為什么？答案A：有的小組使用淀粉和淀粉酶做實(shí)驗(yàn)；答案B：有的小組則提出應(yīng)選用過氧化氫和過氧化氫酶，因?yàn)樗崮艽呋矸壑苯铀?，無(wú)法確定酸對(duì)淀粉酶的活性是否有影響。學(xué)生意見出現(xiàn)了分歧，這時(shí)我鼓勵(lì)他們用實(shí)驗(yàn)室電腦或手機(jī)上網(wǎng)查閱資料進(jìn)行論證，收集到了以下兩則有用的資料：資料一過氧化氫在受熱和日光照射的條件下就能發(fā)生分解反應(yīng)此外，溶液的酸堿性對(duì)過氧化氫的自身分解率也有較大影響，尤其當(dāng)反應(yīng)體系的pH6時(shí)，其自身分解率均大于50%。資料二 HCl處理會(huì)導(dǎo)致淀粉的水解，但唾液淀粉酶（3

6、7）和-淀粉酶（60）在最適溫度下，用5%的HCl溶液處理10 min并不會(huì)引起淀粉的明顯水解?？梢姷矸鬯馐莻€(gè)緩慢的過程，而酶促反應(yīng)非常迅速，如果在反應(yīng)體系中大大減少鹽酸的用量，則淀粉的水解完全可以忽略不計(jì)?；谝陨腺Y料，只要適當(dāng)減小鹽酸濃度就可以避免pH對(duì)淀粉的直接影響。最終各小組達(dá)成共識(shí)，探究pH對(duì)酶活性的影響可用淀粉和淀粉酶。（3）實(shí)驗(yàn)的因變量是什么？（4）酶的活性無(wú)法直接測(cè)量，應(yīng)檢測(cè)的具體指標(biāo)是什么？如何檢測(cè)？（5）影響酶的條件很多，哪些是無(wú)關(guān)變量，實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意什么？通過以上問題，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量，讓學(xué)生懂得在實(shí)驗(yàn)分析過程中控制變量的重要性。（6）畫出實(shí)驗(yàn)方

7、案流程圖。我選擇了兩類典型方案，請(qǐng)學(xué)生借助實(shí)物投影展示。圖2 學(xué)生“探究pH對(duì)酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)方案學(xué)生展示完方案后，我首先肯定了兩類方案都能通過顏色變化來(lái)判斷強(qiáng)酸或強(qiáng)堿時(shí)酶是否有活性。同時(shí)提出以下問題：如果想進(jìn)一步探究弱酸或弱堿時(shí)酶的活性呢？第一種方法只能觀察顏色，而顏色的深淺差異并不明顯。而第二種方法，在固體介質(zhì)上，不僅能夠觀察顏色，還可以通過分解圈直徑的大小來(lái)衡量酶活性大小。最后我們可以建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)系，表示出不同ph條件下淀粉分解圈的直徑即淀粉酶的活性大小。通過上述師生共同討論分析，既比較了兩種方案的優(yōu)劣，又很好的落實(shí)了高考考綱中“能對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)和修訂”的能力要

8、求。(四)小組合作，實(shí)施方案 提供第二種方法（淀粉瓊脂培養(yǎng)基法）具體實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生分組進(jìn)行“探究pH對(duì)酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)，教師巡堂指導(dǎo)。具體步驟如下：（1）實(shí)驗(yàn)員課前制備好淀粉-瓊脂固體培養(yǎng)基；（2）取5個(gè)培養(yǎng)皿，分別編號(hào)1-5，按表1向相應(yīng)編號(hào)的培養(yǎng)皿中添加等量的溶液；表1編號(hào)所加溶液狀況10.01mol/L鹽酸溶液pH=220.0001mol/L鹽酸溶液pH=43蒸餾水pH=740.0001mol/L氫氧化鈉溶液pH=1050.01mol/L氫氧化鈉溶液pH=12（3）取5塊大小相同的濾紙片，分別編號(hào)為1-5，分別浸潤(rùn)在相應(yīng)編號(hào)培養(yǎng)皿的溶液中。用鑷子將浸潤(rùn)了各種溶液的濾紙片轉(zhuǎn)移到淀粉瓊脂培

9、養(yǎng)基中央，室溫下孵育約10min；（4）用鑷子移去培養(yǎng)基上的濾紙片，將碘液倒入培養(yǎng)皿內(nèi)，旋轉(zhuǎn)10秒，倒去多余的碘液；（5）觀察培養(yǎng)基表面是否有分解圈，并測(cè)量和記錄分解圈的直徑，將數(shù)據(jù)輸入上傳教師電腦。（五）數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建模型教師利用電腦將各小組數(shù)據(jù)匯總算出平均值，生成分解圈直徑隨pH變化曲線（如圖3），師生共同歸納pH與淀粉酶活性大小的關(guān)系，使學(xué)生對(duì)下一節(jié)理論學(xué)習(xí)酶需要適宜的條件有了感性的認(rèn)識(shí)，也提高了學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力和建模能力。圖3 分解圈直徑隨pH變化曲線圖(六)表達(dá)交流，總結(jié)升華 通過前面的環(huán)節(jié)，我教會(huì)了學(xué)生使用淀粉瓊脂培養(yǎng)基法探究pH對(duì)酶活性的影響，并利用數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處

10、理。我緊接著提出問題：同學(xué)們還想探究哪些環(huán)境因素對(duì)酶活性的影響呢？如果要探究其他因素對(duì)酶活性的影響，能不能采用類似的方法呢？引導(dǎo)學(xué)生提出“探究溫度對(duì)洗衣服中酶活性的影響”這一問題，要求各小組請(qǐng)繼續(xù)在導(dǎo)學(xué)案上用文字和箭頭完成實(shí)驗(yàn)流程圖，并進(jìn)行方案展示。以下為學(xué)生的典型方案（圖4）。圖4 學(xué)生“探究溫度對(duì)洗衣粉中（脂肪）酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)方案這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，又使學(xué)生能夠?qū)σ褜W(xué)方法進(jìn)行靈活運(yùn)用和遷移，并最終解決了本節(jié)課一開始提出的生活問題“為什么加酶洗衣粉要在溫水中使用效果會(huì)更好?！逼?、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)/改進(jìn)要點(diǎn)（1）實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)：嘗試使用了淀粉瓊脂培養(yǎng)基法，該方法可通過測(cè)量分解圈直徑定

11、量的比較不同pH條件下淀粉酶的活性；且使學(xué)生認(rèn)識(shí)到探究實(shí)驗(yàn)和材料選擇具有多樣性，這也是創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)。（2）實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)：運(yùn)用濃度為0.01mol/L稀鹽酸，很好的解決了酸對(duì)淀粉水解的直接影響。（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改進(jìn)：常規(guī)方法只設(shè)置pH過低、最適和過高3組。而此實(shí)驗(yàn)中增加了弱酸、弱堿介質(zhì)，使實(shí)驗(yàn)形成pH梯度，引導(dǎo)學(xué)生由定性觀察顏色轉(zhuǎn)向定量的探究pH與酶活性的關(guān)系，構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型。這提高了學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力和建模能力。八、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了生物學(xué)科核心素養(yǎng)的理念，側(cè)重于以下任務(wù)的落實(shí)：1.生命觀念引導(dǎo)學(xué)生在已理解的酶的概念（絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)）的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究酶活性受到環(huán)境因素的影響。2.科學(xué)思維在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，教師通過問題引導(dǎo)、小組合作、組間質(zhì)疑、查閱論證、討論升華等環(huán)節(jié)，訓(xùn)練了學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)，運(yùn)用歸納與概括、模型與建模、批判性思維等方法，探討多種因素對(duì)酶活性的影響。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題。3.科學(xué)探究從整堂課的設(shè)計(jì)來(lái)看，教師引導(dǎo)學(xué)生完整地體驗(yàn)了科學(xué)探究的過程，針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的生物