巧將美國生物教材的一個探究實驗引入實驗課堂

高贏

摘要對美國高中生物教材《生命的動力》中“溫度對酶促反應(yīng)的影響”實驗進行了改進并引入到實際課堂教學(xué)中，實驗貼近生活，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能較好地培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞 美國生物教材 過氧化氫酶 實驗探究

中圖分類號G633.91 文獻標(biāo)志碼B

1教材分析

McGraw-Hill公司于2004年出版的美國高中主流生物教材《生命的動力》一經(jīng)問世，便成為許多國家高中生物教學(xué)參考書。該教材的“生物實驗”欄目十分有特色，實驗內(nèi)容豐富，貼近生活，注重了學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。筆者選取美國教材中“溫度對酶促反應(yīng)的影響”一節(jié)實驗內(nèi)容。由于溫度的變化也會影響H2O2的分解，為了使實驗更嚴(yán)謹(jǐn)，筆者將該實驗改為“探究pH對H2O2酶活性的影響”，精心設(shè)計實驗，從而促進提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其探究潛能。

2教學(xué)目標(biāo)

①理解當(dāng)酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，酶的功能也會隨之發(fā)生變化，從而形成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念;

②培養(yǎng)邏輯思維能力和提出新問題能力，從而發(fā)展科學(xué)思維素養(yǎng);

③設(shè)計實驗并動手操作實驗，體驗科學(xué)探究的過程，從而形成科學(xué)探究的思維，學(xué)會科學(xué)探究的方法;

④用酶的知識對生活中的現(xiàn)象做出科學(xué)的判斷和解釋，從而培養(yǎng)社會責(zé)任感。

3教學(xué)過程

3.1實驗演示，導(dǎo)入新課

教師請一個學(xué)生在實物展示臺上做演示實驗一向土豆片上滴3滴H2O2溶液，其他學(xué)生觀察投影到幻燈片上的實驗現(xiàn)象。

教師提出問題：為什么土豆片上出現(xiàn)了大量氣泡？學(xué)生通過討論，能說出土豆片中含有H2O2酶。教師追問：你們覺得哪些因素可能會影響H2O2酶的活性？由此導(dǎo)入新課。

3.2引導(dǎo)探究

教師展示實驗材料及用具：土豆片，體積分?jǐn)?shù)分別為3%的H2O2溶液和5%的HCl溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液，蒸餾水，培養(yǎng)皿，量筒等。

教師提出問題：如果我們要在剛才演示實驗的基礎(chǔ)上來探究pH對土豆片中H2O2酶的影響，怎么設(shè)計？學(xué)生思考得出：可以先用不同pH的溶液處理土豆片，再往土豆上滴H2O2溶液。

教師追問：用不同pH的溶液來處理土豆片，這在實驗中叫控制什么？從而引導(dǎo)學(xué)生對實驗變量的分析。

3.3變量分析，實驗設(shè)計

學(xué)生四人一組，以小組為單位討論分析：實驗中自變量、因變量以及無關(guān)變量各是什么？如何控制或檢測？

小組內(nèi)部討論結(jié)束后，組間進行交流。在交流過程中各小組產(chǎn)生疑問：

①在控制自變量（pH的不同）時，是不是往土豆片上滴HCl或NaOH就可以了？

②實驗要分幾組？

③如何對土豆片大小厚度這個無關(guān)變量進行控制？

教師鼓勵小組間展開熱烈討論，合理引導(dǎo)一向最后，師生達成共識：用酸或堿處理土豆片時要浸泡一定時間;實驗至少分三組，其中要有對照組;可以用打孔器和切片器切出直徑5cm、厚度5mm的土豆小圓片。

實驗設(shè)計方案見表1。

3.4結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)新問題

學(xué)生觀察實驗結(jié)果：1號、2號土豆片上沒有產(chǎn)生氣泡，3號土豆片上產(chǎn)生很多氣泡。

教師提出問題：實驗結(jié)論是什么？學(xué)生：鹽酸和氫氧化鈉會使酶失活。

教師追問：pH對酶活性的影響是不是就是使酶失活？同時，教師引導(dǎo)學(xué)生用筆式酸度計測量體積分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液的oH，發(fā)現(xiàn)：5%HCl的pH約為1，5%NaOH約為14。學(xué)生得出：過酸或過堿會使酶失活。

教師提問：那其他溶液的pH是不是也會使酶失活呢？怎么設(shè)計實驗來證明？學(xué)生思考得出：可以將5%HCl和5%NaOH進行稀釋，得到一系列不同濃度的溶液后再進行分組實驗。

3.5完善實驗，繼續(xù)探究

學(xué)生將5%HCl和5%NaOH溶液分別都稀釋了10倍和100倍，繼續(xù)進行實驗探究。實驗設(shè)計方案見表2。

表2中，由于受實驗條件的限制，單位時間內(nèi)氣泡產(chǎn)生的數(shù)量（因變量）是很難準(zhǔn)確計數(shù)的，所以在這里引入了估算法：以對照組單位時間產(chǎn)生的氣泡數(shù)量為參考值（為100），實驗組產(chǎn)生的氣泡數(shù)量通過目測與對照組比較后賦予一個估計值（比如說50、60等）。估計值雖然不是精確值，但估算法是生物學(xué)中一種常用的科學(xué)統(tǒng)計方法，其結(jié)果在一定程度上可以反映事物的變化趨勢。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生在圖1中畫出不同pH條件下酶活性的曲線圖，構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型，通過曲線圖能直觀地解釋oH與酶活性的關(guān)系。

3.6總結(jié)提升

學(xué)生觀察曲線圖的形狀類似一個拋物線，得出實驗結(jié)論：酶的活性有最適pH，pH偏高或偏低，酶的活性都會降低，且過酸或過堿會使酶失活。

4教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)利用了美國教材中的實驗材料（5 mm厚度的土豆片和體積分?jǐn)?shù)的3%H202溶液），實驗材料貼近生活，讓學(xué)生可以將學(xué)到的知識用來解釋生活中的現(xiàn)象，如雙氧水作為消毒劑處理傷口時會冒泡。教學(xué)過程中，教師精心設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生自主分析實驗變量，設(shè)計實驗方案;在實驗過程中，注重啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問題，鼓勵他們勇于探究，最終得出科學(xué)的實驗結(jié)論。本節(jié)課從實驗材料的選擇、實驗方案的設(shè)計與實施等方面都較好地落實了新課程對學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任的生物核心素養(yǎng)的要求。