“探究溫度對酶活性影響”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)教學(xué)

穆紅艷 冉美蓉 李忠清

【內(nèi)容摘要】本實(shí)驗(yàn)在高中生物實(shí)驗(yàn)中成功率較低，教師引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)探究，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，提高實(shí)驗(yàn)成功率，為“探究溫度對酶活性影響”實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供教學(xué)參考。

【關(guān)鍵詞】改進(jìn)教學(xué)?探究能力?核心素養(yǎng)

一、 問題的提出

“探究溫度對酶活性的條件”是人教版高中生物的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是：通過探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)控制自變量，觀察因變量的變化，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出溫度對酶活性的影響規(guī)律。但由于種種原因，該實(shí)驗(yàn)失敗率非常高。筆者等人召集學(xué)生分析問題、提出方案并進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，力求找到一種切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，以提高實(shí)驗(yàn)成功率。學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)修正的整個(gè)過程中來，提高學(xué)生對生物的興趣，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，落實(shí)生物學(xué)的核心素養(yǎng)問題。

二、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

教師出示該實(shí)驗(yàn)在教材中所列實(shí)驗(yàn)材料、試劑及實(shí)驗(yàn)用具，學(xué)生分組討論并選擇出實(shí)驗(yàn)材料、試劑及實(shí)驗(yàn)用具并擬定實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生在已有的知識基礎(chǔ)上，分析出酶的種類為淀粉酶，因?yàn)檫^氧化氫酶高溫分解。用碘液鑒定，因?yàn)殪沉衷噭┧〖訜犸@色，會(huì)干擾自變量溫度對酶活性的影響。

學(xué)生分組討論，擬定初步實(shí)驗(yàn)方案如下：

2. 展開實(shí)驗(yàn)，引發(fā)問題，作出假設(shè)

學(xué)生分組展開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)預(yù)期不符，而不同班次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出差異。現(xiàn)選取各個(gè)班次主要差異現(xiàn)象進(jìn)行匯總：

基于此現(xiàn)象，師生共同討論，以實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)過程為思路，對實(shí)驗(yàn)失敗原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)三個(gè)異常現(xiàn)象中沸水均不變藍(lán)。提出猜想：碘液顯色可能具有一定的溫度范圍，不處于這個(gè)范圍將無法觀察到顯色變化;針對現(xiàn)象2提出：實(shí)驗(yàn)8班取淀粉溶液的操作可能不當(dāng)。針對現(xiàn)象3提出：實(shí)驗(yàn)14班使用的淀粉酶可能失活。另還提出淀粉與淀粉酶的含量比例不當(dāng)以及溫度的控制不嚴(yán)格也可能成為實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的原因。

3.分組重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析結(jié)果，得出結(jié)論

針對以上問題分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行排除：

（1） 碘液的顯色范圍

重復(fù)實(shí)驗(yàn)：重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)預(yù)測結(jié)論仍相違背。

對照實(shí)驗(yàn)：將100℃的加入碘液和淀粉溶液的試管冷卻到80℃以下，再滴加碘液，觀察到變藍(lán)的現(xiàn)象。

結(jié)果分析：通過對化學(xué)資料的查閱發(fā)現(xiàn)溫度超過80℃以上，淀粉溶液與碘不發(fā)生顏色反應(yīng)[1]。

（2）取淀粉溶液的操作不當(dāng)

實(shí)驗(yàn)組：分別取未搖勻的淀粉溶液上層2ml加入ABC三支試管中，滴加2～3滴碘液;觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：三支試管均不變藍(lán)

對照組：分別取搖勻的淀粉溶液上層2ml加入ABC三支試管中，滴加2～3滴碘液;觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：三支試管均為藍(lán)色

結(jié)果分析：淀粉易沉淀。建議每次取淀粉前搖勻。

（3）酶失活

重復(fù)實(shí)驗(yàn)：用實(shí)驗(yàn)14班的實(shí)驗(yàn)試劑重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仍然為：冰水、60度變藍(lán)，沸水不變藍(lán)。

對照實(shí)驗(yàn)：采用新購置的酶溶液重做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表2.1實(shí)驗(yàn)方案預(yù)期相符。

結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)14班實(shí)驗(yàn)中使用的酶溶液已失活

（4）淀粉與淀粉酶的定量關(guān)系

經(jīng)查閱，通用教輔資料都是按照2ml淀粉，1ml淀粉酶的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣設(shè)置是因?yàn)槊妇哂懈咝裕适褂玫矸勖傅捏w積少于淀粉體積。但筆者實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)將試劑使用量改為2ml淀粉，2ml淀粉酶，實(shí)驗(yàn)效果更為明顯。

4.表達(dá)與交流

同學(xué)們根據(jù)整個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)的修訂過程，展開交流，擬定改進(jìn)措施

①使用酶活性較高的淀粉酶。

②取淀粉酶和淀粉溶液時(shí)，必須將試劑瓶搖勻。

③將100℃的加入碘液和淀粉溶液的試管冷卻到80℃以下，再滴加碘液。

④淀粉酶與淀粉的含量比應(yīng)根據(jù)酶的活性定。如果使用淀粉酶活性較低，建議適當(dāng)增加酶量，保證淀粉溶液被充分水解。

⑤用恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行溫度控制

5.進(jìn)一步探究

為進(jìn)一步確定0℃下淀粉酶只是降低活性，100℃點(diǎn)淀粉酶是完全失活，可將兩組實(shí)驗(yàn)顯色后的試管分別放回60℃的溫水中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：0℃試管藍(lán)色褪去，100℃仍為藍(lán)色。說明0℃下降低活性，溫度上升活性可恢復(fù)，100℃已經(jīng)失活，溫度下降活性不可恢復(fù)。

三、教學(xué)反思

利用本節(jié)課開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性大大提高，在訓(xùn)練學(xué)生養(yǎng)成理性思維方式同時(shí)也提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的能力，也體現(xiàn)了生物學(xué)的核心素養(yǎng)——科學(xué)思維和科學(xué)探究這兩個(gè)維度。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果解決了高中實(shí)驗(yàn)《溫度對酶活性的影響》的實(shí)際問題，可作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 梁笑語. 碘與淀粉顯色影響因素的實(shí)驗(yàn)探究[J].當(dāng)代化工研究，2017.9.

（作者單位：重慶市楊家坪中學(xué)）