“探究pH對酶活性的影響”實驗的質疑與改進

白金鳳

摘 要 從實際教學出發，對“探究影響酶活性的條件”的實驗中發現的問題和改進措施進行整理，最終確定了比較完善的實驗方案，以方便課堂教學中學生的探究性實驗的順利進行。

關鍵詞 影響酶活性的條件 問題質疑 實驗設計 改進方案

中圖分類號 Q-331 文獻標志碼 B

“探究影響酶活性的條件”是人教版高中生物必修1第五章第1節重要的探究實驗。該實驗能夠比較系統地鍛煉學生的實驗能力，包括實驗原則的把握、實驗變量的控制、實驗步驟的設計、實驗結果的討論等技能。因此，本實驗也是高考中考查的重點實驗。然而在實驗的實際教學中依然面臨許多問題，筆者對這些問題進行了整理，并且經過反復探究對實驗進行了改進，使實驗更加科學合理。

1 原實驗設計

1.1 材料用具

新鮮的質量分數為20%的肝臟（豬肝、雞肝等）研磨液，體積分數為3%的過氧化氫溶液，質量分數為5%的鹽酸，質量分數為5%的氫氧化鈉溶液，蒸餾水。

試管，量筒，燒杯，滴管，pH試紙，試管架，火柴，小燒杯等。

1.2 實驗步驟

“探究pH對酶活性的影響”是教科書中的探究性實驗，所以教科書中并沒有給出明確的實驗方案，但是參照教師教學用書附帶的光盤，常見的實驗方案如下：

取3支試管編號為1、2、3，分別加入2 mL的蒸餾水、2 mL質量分數為5%的鹽酸、2 mL質量分數為5%的氫氧化鈉溶液。

3支試管中分別加入兩滴新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液。

一段時間后，向3支試管中分別加入2 mL體積分數為3%的過氧化氫溶液，觀察氣泡的產生速率（或衛生香復燃情況）。

1.3 預期結果和結論

1.3.1 預期結果

1號試管氣泡產生速率最快（衛生香復燃最劇烈），2、3號試管氣泡產生速率很慢或幾乎不產生氣泡（衛生香不復燃）。

1.3.2 結論

過氧化氫酶在中性條件下活性較大，pH過高或過低都會使酶活性降低或完全失活。

原實驗設計對于剛剛接觸探究實驗的高一新生來說，并不存在太大問題。但是對于已經具有一定探究能力的高三學生來說，本實驗設計存在許多不足。

2 問題與質疑

2.1 實驗設計不夠科學

原實驗設計忽略了自變量——溶液的pH本身對過氧化氫分解的影響，這樣就無法明確到底是溶液的pH直接影響過氧化氫的分解，還是通過影響酶活性進而再去影響過氧化氫的分解。

2.2 鹽酸、氫氧化鈉溶液的溶度過大

鹽酸、氫氧化鈉溶液的溶度過大，使得在相應的pH下，酶完全失活。在過酸、過堿環境中，即使設置了不加酶的對照，4組實驗的結果也基本相同，肉眼根本觀察不到過氧化氫的分解。依然無法判斷到底是溶液過酸、過堿直接影響過氧化氫的分解，還是過酸、過堿讓酶變性失活進而不能催化過氧化氫的分解。

2.3 肝臟研磨液不宜保存

通常新鮮肝臟研磨液經過一個晚上就會腐敗變臭，影響實驗的進行。筆者發現其他教師的改進措施也通常是將新鮮的肝臟研磨液換成馬鈴薯研磨液。然而，通過實驗發現馬鈴薯的催化效果遠不如肝臟研磨液。

2.4 對照不同步

在復習過程中，學生提出原實驗設計沒有注意到不同試管的反應時間問題。如果依次滴加試劑，那不同試管的反應就不會同步進行，影響實驗結果的分析。雖然這一問題對實驗的最終結果影響不大，但是可以對實驗設計進行略微調整來避免這個問題，同時也可以肯定學生的質疑精神，鍛煉學生的思維能力。

3 改進方案與優點

3.1 實驗設計方案改進

為了排除pH本身對過氧化氫分解的影響，在每一個pH下增設一個不加酶的對照（相應pH下的對照分別記為1′、2′、3′），使得實驗設計更嚴密，結果更可靠。具體實驗設計方案及步驟見表1。

3.2 鹽酸、氫氧化鈉溶液的濃度降低

經反復實驗發現取1 g質量分數為36%的濃鹽酸溶于600 mL水（溶液濃度約為0.06%，試紙測定pH接近3），取1.5 g氫氧化鈉粉末溶于600 mL水（溶液濃度約為0.25%，試紙測定pH接近10），能達到預期效果——使相應pH下酶活性降低而不是完全失活，結果更加直觀可見。

3.3 酶的保存方法改進

用肝臟研磨液浸泡濾紙條，晾干的濾紙條可以長期保存（至少兩周以上），而且能發揮與肝臟研磨液等同的效果，解決了肝臟研磨液不耐儲存的問題，同時也帶來了因變量檢測的新方法——觀察濾紙片上浮的快慢（使用時將濾紙條剪成2×2 mm的小塊）。還可以檢測單位時間內濾紙片上浮的數量由此將定性實驗轉變為定量實驗，應用于以后的實驗和教學中。

3.4 實驗進行過程的改進

6名學生同時操作，可以基本上解決對照不同步這一無關變量的影響。

3.5 實驗結果和結論

3.5.1 實驗結果

1′、2′、3′號試管濾紙片幾乎不上浮；

1、2、3號試管濾紙片均有上浮，且1號試管濾紙片上浮最快，2、3號試管次之。

由于圖片不能明顯展示相同時間濾紙片上浮的數量的多少，所以借用相同時間液柱升高的方式展示實驗結果（圖1）。

3.5.2 實驗結果討論

1′、2′、3′號試管對照說明本實驗所用的pH對過氧化氫的分解幾乎沒有影響。

1和1′號試管對照說明在中性條件下酶具有催化作用。

2和2′號試管對照說明在酸性條件下酶具有催化作用。

3和3′號試管對照說明在堿性條件下酶具有催化作用。

1、2、3三支試管對照就可以說明不同pH條件下酶均具有活性且中性條件下酶活性最大，偏酸、偏堿的環境均可使酶活性降低。

對照6支試管，就可以說明pH通過影響酶活性進而影響過氧化氫的分解。

3.6 師生合作，共同提高

本實驗方案的改進，源于教學過程中學生提出的問題，尊重每一個問題，是教師對學生最大的肯定。而且除酶的保存方法以外，其他對于實驗方案的具體改進措施均是學生討論、師生共同討論的成果，大大提高了學生的學習興趣和創新能力，也使得教學更加高效。

影響一個實驗結果的因素常常有很多，每一個實驗教師都需要仔細研究，并且引導學生去完善實驗。實驗過程中，教師要最大限度地確保實驗的安全性、準確性和說服力，最大限度地去挖掘和鍛煉學生的實驗能力和生物科學素養。