巧用自制裝置探究“pＨ對(duì)酶活性影響”實(shí)驗(yàn) 論文

巧用自制裝置探究PH對(duì)酶活性影響”實(shí)摘要：基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)，利用醫(yī)用一次性從日常生活中幾種常見的實(shí)驗(yàn)材料中，比較其研磨液中過氧化氫酶活性大小，選擇最佳的實(shí)驗(yàn)材料，再進(jìn)行探究pH對(duì)過氧化氫酶活性的影響，定性觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，借助Excel構(gòu)建數(shù)據(jù)分析圖表，定量分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在疑惑與思辨、嘗試與創(chuàng)新、修正與完善中，鍛煉科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力。關(guān)鍵詞：自制實(shí)驗(yàn)裝置；定量；pH對(duì)過氧化氫酶活性的影響；一、教材分析及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“影響酶活性”是人教版普通高中教科書生物1·分子與細(xì)胞第5章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”第1節(jié)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”第二部分“酶的特性”的第二個(gè)經(jīng)典探究實(shí)驗(yàn)。影響酶活性的因素很PH、紫外線、重金鹽、抑制劑、激活劑等。教材主要是通過實(shí)驗(yàn)探究的方式呈現(xiàn)酶的特性，既能在較短時(shí)間內(nèi)觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又能用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)構(gòu)建概念，在實(shí)踐探學(xué)生通過學(xué)習(xí)并運(yùn)用控制實(shí)驗(yàn)變量，設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方法，達(dá)到提升實(shí)驗(yàn)探究技能的目標(biāo)。故筆者“PH”這一影響因素，利用醫(yī)用一次性輸液從日常生活中常見的幾種實(shí)驗(yàn)材料中，比較其研磨液中過氧化氫酶活性大小，選擇最佳的實(shí)驗(yàn)材料，再進(jìn)行探究pH對(duì)過氧化氫酶活性的影響，定性觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，借助Excel構(gòu)建數(shù)據(jù)分析圖表，定量分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在疑惑與思辨、嘗試與創(chuàng)新、修正與完善中，鍛煉科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力。二、自制實(shí)驗(yàn)1.材料注射器（1mL、20mL等各規(guī)格若干）、靜脈輸液管部2.原理用注射器將等量的不同PH條件下研磨液與過氧化氫溶液注入”中，隨著反應(yīng)進(jìn)行，不僅能通過透明的“塑料滴壺”觀察反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡量，而且產(chǎn)生的氧氣還會(huì)推著20mL注射器的活塞移動(dòng)。學(xué)生及時(shí)記錄單位時(shí)間內(nèi)借助Excel構(gòu)建數(shù)據(jù)曲線圖，方便定量分析它們的催化效率。3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)（1）體積微型一套實(shí)驗(yàn)裝置（圖1）由一個(gè)“自制”、一個(gè)20mL的注射器組成微型，幾套裝置同時(shí)使用，可方便學(xué)生進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)之間的對(duì)比觀察。圖1實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置，圖2自制滴壺反應(yīng)器部件（2）制作簡(jiǎn)單“自制滴壺反應(yīng)”（圖2）制作步驟：①剪掉靜脈輸液管的“滴壺”。②將“封”拔下來(lái)，直接插入“滴壺”左側(cè)的軟管中。③用蠟油封住“封蓋”的孔即可。（3）操作便捷操作步驟：①注射器吸取所需試劑。②注入“自制滴壺反應(yīng)室”。③反應(yīng)開始，學(xué)生觀察氣泡情況、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。注射器的刻度標(biāo)記和裝置的密封性極大地減少了因?qū)W生某些操作不當(dāng)導(dǎo)致的安全隱患。（4）觀察方便注射器、輸液管都是一次性用品，物美價(jià)廉、安全衛(wèi)生，不碎裂，易觀察，效果好滴壺透明，定性觀察，注射器型號(hào)多樣，刻度清晰，定量分析，滿足實(shí)驗(yàn)的不同需求。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)1.課前討論實(shí)驗(yàn)報(bào)告單嘗試解決實(shí)驗(yàn)前期問題教師先通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告單，分發(fā)給各小組，小組成員合作填寫、收集、整理、處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告單中生成的問題。如教材建議”，那么，能否用生見的蔬菜、水果等研磨液代替肝臟研磨液？各種植物細(xì)胞中，過氧化氫酶活性相同嗎？又如教材83頁(yè)“進(jìn)一步探究”中建議，感興趣的學(xué)生”，那么如何獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制不同pH條件下酶活性的曲線圖？能否用簡(jiǎn)單、易得的材料，設(shè)計(jì)并自制實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)教材實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行優(yōu)化，定性觀察、定量分析？生物興趣小組成員再依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告單，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和用具，并制備“滴壺反應(yīng)室”實(shí)驗(yàn)裝置及各實(shí)驗(yàn)材料研磨液等。2.課上應(yīng)用自制實(shí)驗(yàn)裝置嘗試討論完善實(shí)驗(yàn)方案（1）比較不同材料研磨液中過氧化氫酶活性大小實(shí)驗(yàn)步驟：①取“自制滴壺反應(yīng)室”裝置5個(gè)，自左至右分別編號(hào)為1～5號(hào)。②用注射器分別向5個(gè)反應(yīng)室注入1mL過氧化氫溶液。③再分別注入0.2mL蒸餾水、土豆塊狀莖研磨液、洋蔥鱗片葉研磨液、油菜綠葉研磨液、西紅柿果實(shí)研磨液。④觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（圖3）。圖3比較不同材料研磨液中過氧化氫酶活性大小結(jié)論分析：油菜綠葉中過氧化氫酶活性最高，洋蔥鱗片葉、土豆塊狀莖中過氧化氫酶活性次之，西紅柿果實(shí)中過氧化氫酶活性最小。設(shè)計(jì)意圖：在動(dòng)物肝臟研磨液的基礎(chǔ)上，增加了土豆塊狀莖、洋蔥鱗片葉、油菜綠西紅柿果實(shí)等研磨液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，拓展了實(shí)驗(yàn)材料，加深了學(xué)生對(duì)過氧化氫酶普遍性的認(rèn)識(shí)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終選擇油菜綠葉代替肝臟研磨液，克服了肝臟研磨液較植物研磨液難以保持新鮮度，難以清洗，成本高的缺點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生開展實(shí)踐的積極性。（2）探究不同pH條件下對(duì)過氧化氫酶活性的影響實(shí)驗(yàn)步驟：①取7個(gè)“自制滴壺反應(yīng)室”裝置，自左至右分別編號(hào)為1～7號(hào)。②用注射器分別向7個(gè)“自制滴壺反”依次注入0.5mL，pH值為4、5、6、7、8、9、10的溶液，再分別注入0.2mL油菜綠葉研磨液，混合均勻。③用注射器將1mL過氧化氫溶液分別注入“自制”。④觀察“自制滴壺反應(yīng)室”內(nèi)4）及20mL注射器上活塞移動(dòng)顯示的氣體量5），記錄0.5mi、1min、1.5min時(shí)注射器活塞移動(dòng)的刻度值（表1）。⑤借助Excel構(gòu)建1.5min時(shí)，氧氣生成速率曲線圖（圖6），定量比較油菜綠葉過氧化氫酶在不同pH條件下的催化效率。圖4油菜綠葉過氧化氫酶在不同pH條件下催化過氧化氫產(chǎn)生氣泡量的比較，圖5油菜綠葉中過氧化氫酶在不同pH條件下催化過氧化氫產(chǎn)生氣體量的比較2圖6不同PH條件1.5min時(shí)氣體生成速率結(jié)論分析：油菜綠葉中過氧化氫酶活性在PH為7時(shí)最高，隨著酸性增加，酶活性呈下降趨勢(shì)，堿性條件依然，實(shí)驗(yàn)符合預(yù)期。若要探究油菜綠葉中過氧化氫酶活性的最適PH，可建議學(xué)生采用縮小PH梯度的方法，鼓勵(lì)學(xué)生小組繼續(xù)進(jìn)行新的探究。設(shè)計(jì)意圖：該實(shí)驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組偏多，若用“最多、較多、較少、很少”等詞語(yǔ)定性表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的定性描述不準(zhǔn)確、容易混淆。運(yùn)用自制實(shí)驗(yàn)裝置則可有效避免。通過觀察注射器活塞位置，可直接記錄產(chǎn)生的氣體量，依據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，借助excel還可自動(dòng)計(jì)算出產(chǎn)生氣體的生成速率，構(gòu)建出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型曲線圖，準(zhǔn)確反映不同pH值對(duì)酶活性的影響。學(xué)生在數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建過程中，能解釋、判斷、預(yù)測(cè)PH對(duì)酶活性的影響，有效突破重難點(diǎn)，同時(shí)也能鍛煉科學(xué)思維能力，提升科學(xué)探究能力。3.課下應(yīng)用知識(shí)開展調(diào)查嘗試解釋生活現(xiàn)象拓展應(yīng)用課下鼓勵(lì)學(xué)生課下開展調(diào)查日常生活中常見的酶制產(chǎn)品，如生活中的酶存在于醫(yī)療、保健、美膚、洗滌等方面。通過查閱資料，理解酶制品的作用原理，體驗(yàn)生活中無(wú)處不在的酶，感知服務(wù)于人們生活的酶。四、教學(xué)反基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，筆者在進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)踐，注重聯(lián)系生活，通過拓展實(shí)驗(yàn)材料、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置、完善