高中生物比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率實驗教學探討

胡貴軍

摘 要 高中生物教材的“新陳代謝與酶”一節中，比較重要的一個實驗就是“比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率”，其實驗目的是對酶的高效性進行驗證。教材中給出的實驗方案屬于驗證實驗，為培養學生的探究能力與實驗能力，將實驗改成探究實驗，又做了一定的改進，獲得了理想的效果。

關鍵詞 高中生物；過氧化氫酶；催化效率；實驗教學

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）09-0151-02

1 前言

“比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率”是高中生物教學中的重要實驗，教材中的實驗方法雖然操作簡單，可以在短時間內完成，但是許多學生由于操作不熟練或者不規范，沒有成功完成實驗，觀察不到預期的實驗結果。因此，筆者先以探究形式完成該實驗，提高了學生的積極性，接著又改進了實驗裝置，得到比較明顯的實驗效果，大大提高了學生的實驗成功率。

2 以探究形式開展的實驗教學

首先要創造教學情境，引導學生提出假設。教師先根據課本中的實驗步驟向學生演示實驗過程，要求學生對衛生香復燃現象與產生氣泡的情況進行觀察，激發其好奇心與學習興趣。向學生提問“為什么”，鼓勵其獨立思考、探索而得到答案，用語言描述出自己的觀點，培養其語言表達能力、分析能力與處理能力。學生通常都能想到Fe3+和過氧化氫酶均可以使過氧化氫受到催化分解為氧氣與水，最關鍵的問題就是二者催化效率的高低，而學生可以提出的假設就是對催化效率比較結果的假設。

其次是設計實驗方案。教師以5～6人為單位將學生分組，準備實驗用具：蒸餾水、氯化鎂溶液（質量分數為3.5%）、氯化鐵溶液（質量分數為3.5%）、煮沸的肝臟研磨液（質量分數為20%）、新鮮的肝臟研磨液（質量分數為20%）、過氧化氫溶液（體積分數為3%）、計時器、火柴、衛生香、滴管、燒杯、試管架、試管。可以根據生成物或反應物在單位時間內的變化來衡量催化效率。遵循可重復性原則、可操作性原則、單一變量原則、對照性原則設計實驗。實驗方案需包括假設、實驗原理、設計思路、實驗步驟、預測結果、結論幾項內容。

學生要根據需要選擇實驗用具和材料，并自行設計實驗方案，小組在開始操作前可以再交流一次，做出改進。交流期間，要確定實驗的原理、操作步驟、如何控制變量、結果的預測等內容，每個組員都要認真傾聽和交流，互相補充，及時發現實驗不合理的地方，并加以改進。接著就要根據設計的方案進行實際操作。教師在班內巡視，觀察學生的操作是否規范、正確，提醒學生認真觀察現象，及時記錄和總結。

完成實驗后，每個小組要選擇一個代表將實驗過程、結果與結論進行匯報，而教師則負責指導學生從操作與設計兩方面尋找異常情況出現的原因，最終經過反思，得到“過氧化氫酶的催化效率比Fe3+高”的結論[1]。

3 改進后的實驗教學

改進后實驗的材料和用具 新鮮的雞肝研磨液（質量分數為20%），氯化鐵溶液（質量分數為3.5%），過氧化氫溶液（體積分數為3%），2個蓬松程度、大小都一樣的棉花球，2支粗細相同、長15 cm的尖嘴滴管，帶導管的單孔膠塞，大試管（20 mm×200 mm），10 mL量筒或帶刻度試管，大燒杯水槽，帶鐵夾的鐵架臺或試管架。

改進后實驗的原理 改進后的實驗裝置見圖1，其原理是采用排水法對氣體進行收集，即同時收集經Fe3+與過氧化氫酶催化而生成的過氧化氫，二者的催化效率可以根據氣體產生的快慢進行判斷；之后使用無火焰、已點燃的衛生香對試管中收集的氣體進行驗證，判斷其是否為氧氣。

改進后實驗的方法與步驟 對實驗裝置氣密性進行檢查的方法見圖2。在裝了水的水槽中浸沒導管口的一端，把手放在大試管底部并握好，如果有氣泡從導管口端冒出，而且手和大試管分開后，有一段比水面高的水柱形成在管口端，就說明連接裝置氣密性良好，不漏氣，可繼續開展后續操作。具體的實驗步驟如下。

1）在水槽中倒扣裝滿水的2個10 mL量筒（或者用帶刻度的試管）備用。

2）分別將10 mL 3%過氧化氫溶液注入2支潔凈的20 mm

×200 mm大試管中，并為其編號。

3）由一名學生將2滴氯化鐵溶液滴入1號試管內，同時另一名學生將2滴肝臟研磨液滴入2號試管內，立即將帶導管的單孔塞與疏松棉球塞上，在帶刻度的試管內伸入導管的另一端，握住大試管進行輕微振蕩，混勻混合試管內的物質，認真觀察哪支試管收集的氣體先達到4 mL。

4）完成氣體收集后，將單孔塞與棉球取下，用衛生香檢查大試管中是否有氧氣生產。

改進后實驗的注意事項

首先，為了避免肝臟研磨液隨著氣流進入到導氣管中，同時避免污染導氣管，應該將疏松棉球放置在大試管管口處。但是為了確保具有相同反應條件實驗的進行，也應該在試管處放置棉球。

其次，實驗中使用的過氧化氫溶液應該由未過期的30%的過氧化氫溶液配制，其濃度為3%。在實驗前將該溶液與水按1：9的比例混合。

再次，10 mL的3%過氧化氫溶液在20 ℃時產生的氧氣約為8 mL，而采用排水法收集的氣體混有空氣，所以不能夠使用所收集的氣體進行過氧化氫分解氣體成分的驗證。

最后，將標簽分別貼在取用催化劑的滴管上，防止兩支滴管混淆。催化劑取用的滴管為15 cm，為了防止催化劑滴落在試管壁上，需要將滴管伸入大試管內。

另外，在實驗結束后需要使用洗衣粉或者洗滌劑對大試管進行浸泡，在洗滌過程中應該輕輕洗刷，并確保試管刷上下移動，之后使用清水對其進行沖洗，從而徹底清除掉大試管內壁上的附著物。大試管洗干凈的標準為內壁附著的水滴不成股流下，同時也不聚成水滴。

改進后實驗的優點

首先，實驗裝置比較簡單，容易操作，并且能夠對過氧化氫酶的催化效率進行準確判斷。在此實驗中，由于替代物很多，這就簡化了實驗裝置。例如：實驗中可以不使用鐵架臺或者試管架，采用大試管代替；水槽可以使用大燒杯替代；刻度管可以使用10 mL的量筒或者小試管替代。

其次，改進后的實驗方法比較合理。學生在初中階段就學習過實驗室制取、收集與驗證氧氣的方法，利用的就是過氧化氫，改進后的實驗方法與該實驗相同。因此，學生對實驗室中實驗裝置氣密性的檢查、氧氣驗證以及排水取氣法等實驗操作都比較熟悉，教師稍稍點撥即可。

最后，實驗相對容易成功。實驗改進之后，采用的是通過觀察相同體積氣體收集的快慢程度來反映實驗的結果，而不再是采用之前觀察氣泡生成的多少的方法，這樣更能夠分辨出實驗的結果。之后再對收集的氣體進行驗證，確定其是否是氧氣。由于時間充足，學生更容易操作，從而提升實驗的成功率。

4 結語

以探究形式完成教材中給出的驗證實驗，可以充分調動學生的參與興趣和積極性，有助于提高其探究與實驗能力。教師需要引導學生主動參與，獨立或者在小組中完成探究的每個階段，體會探究的整個過程，訓練自身的技能和能力。但是這種方式難度較大，實驗結果不明顯，為解決該問題，可以適當改進實驗裝置，以鮮明的結果改善實驗教學效果。

參考文獻

[1]趙輝.淺談高中生物探究性實驗教學設計思路[J].科學咨詢：教育科研，2010（4）：121.