《酶的高效性》教學設計

康慧銘 楊秀英

一、教材分析

《酶的高效性》是《分子與細胞》第五單元第一節第二課時的內容，“降低化學反應活化能的酶”。酶是催化生物體內各種代謝反應的催化劑。教材中安排的這個實驗的目的是通過比較一定濃度的過氧化氫在不同條件下的分解速率，使學生得出自己的結論， 從而對體驗酶具有較高的催化率，具有重要的生理意義。結合本實驗，還要求學生了解什么是自變量、因變量、無關變量，什么是對照實驗。引導學生學會確認和控制變量，培養學生的科學探究能力。酶的特性是 “降低化學反應的活化能” 一節中非常重要的知識點， 這不僅是對前面所學的 “酶的功能和本質” 知識的延續和進一步理解，也是學生今后學習光合作用和呼吸作用影響因素的知識和技能的基礎。要求水平較高，屬于 “應用” 水平，酶特性知識點在生產實踐中也有廣泛的應用，因此在教材中占有重要地位。課程標準對這部分內容的要求是： 說明大多數酶是能催化生化反應的蛋白質，酶活性受環境因素的影響。

二、學生分析

高中生已經具備了抽象邏輯思維的能力，理性思維的能力隨著年級的提高而逐漸提高。同時，它還保持著對生物學習的高度興趣，喜歡提出問題和疑問。在酶的特性之前，學生已經總結了上一節課 “比較過氧化氫在不同條件下的分解效率。由于這部分內容與生活密切相關，學生仍然需要思考這一特征對細胞意味著什么，以及如何與現實生活聯系起來。因此，啟動學生的大腦，引導學生思考和交流，培養學生的合作交往意識和社會責任感是關鍵。采用的教學方法有 ：（1） 探究式教學法： 在教師的指導下，學生積極參與酶特性的討論和探究活動， 體驗科學發現的過程，領悟科學研究方法。（2） 多媒體輔助教學法： 利用多媒體技術演示探究酶的特性實驗，幫助學生形成正確、系統的知識結構。

三、教學目標

1.知識與技能：

掌握檢查酶的高效性的方法及其原理;

通過探究酶的高效性的實驗，能夠闡明酶的高效性;

學習探索酶高效實驗操作的相關技能，能夠獨立或協同完成相關實驗操作。

2.過程與方法：

經歷探究酶的高效性實驗過程;

參與探究酶的高效性實驗方案的討論，學會控制自變量、觀察和檢測因變量的變化，并設置控制組和重復實驗。

3.情感態度與價值觀：

通過閱讀和分析《關于酶的性質的探索》的資料，我們可以認同科學是在不斷地觀察、實驗、探索和爭論中前進的;

通過讓學生了解酶的發現過程，讓學生體驗實驗在生物學研究中的作用和地位;通過探討酶在生產生活中的應用， 使學生認識到生物科學技術與社會生產生活的關系。

四、教學重點與難點

重點：控制自變量、觀察和檢測因變量。設置對照組和重復實驗。

難點：控制變量的科學方法。

五、教學用具

自制PPT

六、教學過程

1.情境導入

師：目前我們使用的洗衣粉里都加有酶，知道原因嗎？

生：酶具有高效性

2.引導學生進入研究情境

師：酶真有高效性嗎？它和一般無機催化劑的區別在哪里？請看探究實驗，研究過氧化氫的分解，其實本質是探討過氧化氫酶的特性。有4個燒杯都加上了同樣濃度同樣量的過氧化氫溶液。然后呢？第一個燒杯就只有過氧化氫溶液，讓它自然分解。第二個燒杯加無機催化劑氯化鐵催化它的分解。第三個燒杯加鮮馬鈴薯小塊，新鮮的土豆，那么在這個新鮮的土豆當中就存在著過氧化氫酶。其實絕大多數生物材料中多多少少都存在著過氧化氫酶。這該如何理解呢？過氧化氫其實是一個很不好的東西，它是細胞進行氧化代謝的一個副產物，也相當于是氧化性很強的一個物質，高濃度的過氧化氫甚至有一定的腐蝕性。所以說過氧化氫在細胞內產生不好，它對細胞有傷害。怎么辦呢？在細胞里往往都會有相應的過氧化氫酶產生，進行催化及時地讓它分解掉。第四組我們加熟的馬鈴薯小塊，那它們的區別何在呢？我們來看一下反應的結果是什么。

（學生思考并交流，教師板書）

師：第一組自然分解產生的氣泡非常不明顯，第二組加無機催化劑氯化鐵產生的氣泡少而且慢，第三組加的是過氧化氫酶，反應的速度又快，產生的氣泡又多。第四組加的是熟的馬鈴薯小塊，酶因為加熱已經失活掉了，所以是很不明顯的。這里最關鍵的對比當然是2組和3組的對比，相比無機催化劑，有機催化劑酶的催化效率要高得多。這就是酶的第一個特性，我們稱之為高效性。一般來說，酶的催化效率要比無機催化劑高千萬倍甚至億倍以上。正是因為它有高效性，才能保證細胞里面生化反應在這樣一個如此溫和的條件下順利進行。

生：酶只是個催化劑，只能催化在熱力學上允許進行的反應，這個反應橫豎都能進行，有沒有酶又能怎樣呢？

師：沒有酶這個反應理論上能進行，但你知道這個反應要多長時間嗎？一百萬年，等得到嗎？所以必須有酶的催化，盡管它是個催化劑，沒有是不可以的。通過這個實驗，你能體會到酶對我們是多么重要。那么新的問題就來了，為什么酶有如此高的催化效率呢？這需要解釋一下酶的作用機理。首先現在呢，化學界已經普遍承認了，催化劑絕不是在一邊加油當啦啦隊，其實催化劑是真正參與了化學反應，酶也不例外。上邊是酶催化一個化合反應，大家可以看一下，它其實是跟它催化的反應物和底物結合，形成了酶底物中間復合物，這就叫中間產物，最后變成了產物。催化一個分解反應也是這樣，酶參與到了反應當中，并且和底物結合形成了中間產物，這就叫中間產物學說。

（教師板書，學生做筆記、思考）

師：但是依舊沒有解釋清楚，為什么一有酶的參與，反應速率就加快了呢？大家看一個示例，要想把一個石塊推過一個山坡，費勁的地方在哪呢？主要是爬上這個坡，如果這個坡能緩一些或者變平了，工作就比較好完成。原來的位置叫初態，爬到坡這叫過渡態，最后叫終態。其實化學反應跟這個原理是一樣的。要想使物質由反應物變為產物，他需要先被抬高到一個新的能級，這個就叫活化能，也就是物質需要進行活化才行。在沒有酶催化的時候，這個活化能高，因此反應進行起來就比較困難。但一旦有酶的參與，一旦酶與底物形成中間產物，之后這個坡就緩了。這個中間產物的活化所需的能量就大大減少了，一下輕輕松松就過來了。因此酶催化化學反應加快反應速率的原因機理就是這樣一句話，你在高考中一定要用這句話來回答，就是酶能降低化學反應的活化能。一定要注意這樣一個專用的詞匯：降低活化能。

（教師板書，學生做筆記、思考）

師：大量的實驗數據表明，酶的催化效率是無機催化劑的107-1013倍。正是因為的這一特性才使其在生產中得到廣泛應用：如在洗衣粉中加入0.2%-0.5%的酶制成合成洗滌劑加酶洗衣粉，其去污能力大大增強。

七、板書設計：

酶具有高效性

（一）探究過氧化氫的分解實驗

2.2O2 2H2O+O2

1.H2O2

2.H2O2+FeCl3

3.H2O2+鮮馬鈴薯小塊

4.H2O2+熟馬鈴薯小塊

（二）酶的作用機理：中間產物學說

（三）降低化學反應活化能的酶

反思總結：酶具有高效性，能降低化學反應活化能。

作者簡介

康慧銘（1998.02—），女，漢族，山西朔州人，本科在讀，山西師范大學生命科學學院。

楊秀英（1999.05—），女，漢族，山西省朔州市，本科在讀研究方向：學科生物。