《降低化學反應活化能的酶》教學策略談析

林惠平

摘 要：本文淺析人教版高中生物必修1第五章第一節《降低化學反應活化能的酶》的教學方法及其在高中生物實驗教學中的重要性。

關鍵詞：降低；酶；突破難點；高中生物實驗探究

2013年福建省高考生物試題的考查體現以能力立意為主、突出探究性和綜合性，其中涉及實驗和探究能力考查的試題分值高達40分，占生物卷總分的50%。根據本人多年的教學經驗及對歷年高考試題的分析，體會到人教版必修1第五章第一節《降低化學反應活化能的酶》這節內容的重要性，它不僅為后面學習ATP、光合作用和呼吸作用等作了鋪墊，并且通過幾個實驗的學習分析對提升學生實驗探究能力非常重要。下面我就談談這一節課我的教學策略、體會與大家共同商榷。

一、信息技術與課程整合，突破難點

《降低化學反應活化能的酶》這一節中，酶的作用原理抽象、難以理解是難點。我利用信息技術制作的動畫（圖1-5是動畫節選）讓學生觀看：常態及加熱狀態下活化能沒變，但加熱使分子獲得能量從而使更多分子從常態轉變為活躍狀態而加快化學反應速度；而Fe3+和過氧化氫酶都會使活化能降低，其中過氧化氫酶作用更顯著，因此大多分子都處于活躍狀態使化學反應速度更快即酶具有高效性。學生通過觀看不僅明確了活化能的含義，并且深刻理解酶的作用原理是降低了化學反應的活化能，這就輕松地突破了酶的作用原理這一難點，同時也讓學生理解了酶的高效性這一特性，不僅有助于學生理解而且記憶深刻。

二、講究學科之間滲透，突破難點

《降低化學反應活化能的酶》這一節教學目標之一是進行有關的實驗和探究，學會控制自變量、觀察和檢測因變量的變化以及對照實驗的設置，變量的控制也是本節的難點之一。明確變量對實驗設計有極其重要的引領作用，因此學會變量分析、科學控制變量就顯得至關重要。在新課講解控制變量時，學生掌握的數學函數知識可以用來進行變量的有關教學，將數學知識和生物學知識進行滲透，如在函數y=kx+b中，x為自變量、 y為因變量、 k與 b為常數可以理解為無關變量。無關變量是指與自變量x同時影響因變量y的變化、但與研究目的無關的變量。理解這幾個概念后，讓學生對“探究溫度對酶活性的影響”實驗的變量進行分析：如pH、溫度、酶的量、酶促反應的速度、底物的量、反應時間等等在實驗中可以變化的量，統稱為變量；其中溫度是我們要探究的因素，稱自變量；而酶促反應的速度會因溫度這個自變量而變化，所以稱作因變量；其他的條件如pH、底物的量、酶的量、反應時間等也可以引起酶促反應的速度的變化，因此我們要在對照實驗中保持一致，保證這些條件不會導致實驗結果的變化，所以稱無關變量。教師詳細分析之后讓學生再對“驗證酶的高效性”、“探究酶的專一性”、“探究pH對酶活性的影響”等實驗分別分析自變量、因變量、無關變量，分析結果填寫在表格上，通過投影儀展示、討論分析從而掌握變量控制，這樣才能真正理解并加以應用。如在2013年福建省高考理綜第2題中對自變量、因變量概念的考查，學生就能應對自如了。

三、強化訓練，提升綜合實驗能力

實驗與探究是高考的重點和難點，高一學生通過學習《降低化學反應的活化能》這一節只能掌握基本的實驗技能，因此在高三的復習中可以通過強化訓練、歸納總結，積累實驗題目的解題技巧、提升實驗創新能力。

1.通過練習掌握科學控制變量，提高知識遷移應用能力

為避免無關變量的干擾，控制變量時要確保“單一變量”，確保實驗結果的準確性。掌握好變量的控制后分析題目條理清晰，容易得出正確的結論。如：請用所給用具和材料設計實驗來驗證動物蔗糖酶和淀粉酶催化作用的專一性，如果“+”代表加入適量的溶液，“-”代表不加溶液，甲、乙等代表試管標號，請用這些符號完成表1實驗設計：

表1

學生通過分析完成表格如表2：

表2

表2看似混亂，但按單一變量分析卻清晰明了，其中甲、丙兩組對照和乙、丁兩組對照都是底物相同酶不同即酶為單一變量，分別說明實驗中蔗糖只被蔗糖酶水解及淀粉只被唾液淀粉酶水解；甲、丁兩組對照和乙、丙兩組對照都是底物不同酶相同即底物為單一變量，分別說明蔗糖酶只水解蔗糖及唾液淀粉酶只水解淀粉，很好地驗證了酶的專一性。

變量分析、控制掌握清楚，對于幾種實驗題的考查，如評價改進類實驗、補充完善類實驗解題就游刃有余了。如2013年福建省高考理綜27（1）表中用于評價大鼠學習記憶能力的指標是____，通過該指標可知____組大鼠學習記憶能力最弱。學生分析后不難得出結果指標是到達原平臺水域時間，第④組大鼠學習記憶能力最弱，這事實上也是對因變量分析的考查。又如2012年福建省高考理綜第26題涉及酶的本質、鑒定、特性和影響酶活性的因素等，形式上是實驗和曲線分析相結合，但實際上是考查探究實驗中無關變量的處理、因變量的觀測、實驗結果的處理、結論的得出和曲線的分析等，而許多曲線分析題事實上也是對學生變量分析的考查，如2012年福建省理綜卷第3題及第26Ⅰ題。

2.通過練習掌握科學地選擇材料，提高實驗探究能力

酶特性所涉及的幾個實驗中，材料、試劑的科學選擇也是至關重要的。通過例題、練習分析、學生歸納不僅能對第一章中幾種化合物的檢測鑒定原理起到很好地復習鞏固作用，而且能很好提升學生的實驗素養。如驗證溫度對酶活性的影響中，底物可以是蔗糖、淀粉等，但不能用H2O2，因為H2O2會隨著溫度的升高加快分解速度，從而影響實驗的準確性。同時該實驗中可以用碘液來檢測淀粉的水解程度，而用斐林試劑檢測還原糖的生成就不科學了，因為斐林試劑與還原糖要在加熱條件下才能產生磚紅色沉淀，而加熱使本實驗的自變量溫度發生了改變，故實驗就不能得出正確的結論。又如在酶具有催化作用這一實驗中，若底物用蛋白質溶液、試劑用雙縮脲試劑也不能說明問題，因對照組蛋白質溶液+蒸餾水，蛋白質溶液不能被分解遇雙縮脲試劑產生紫色絡合物，而實驗組蛋白質溶液+蛋白酶，雖然蛋白質被蛋白酶水解了，但水解產物多肽含肽鍵以及蛋白酶本身是蛋白質，一樣與雙縮脲試劑反應產生紫色絡合物，因此不能得出正確結論。本實驗可以改為同樣大小的蛋白塊，實驗組加蛋白酶、對照組加蒸餾水，觀察蛋白塊的水解情況，這樣既簡單又可以得出正確的結論。這些實驗的原理理解了，2013年高考江蘇卷第23題對我們的學生來說也應該不難了，因為通過練習學生已經總結出“探究溫度對酶活性的影響”底物不能用過氧化氫，探究“pH對酶活性的影響”試劑不能用斐林試劑。題目如表3：為了探究溫度、pH 對酶活性的影響，下列實驗設計不合理的是（A、C、D ）

表3

A、實驗① B、實驗② C、實驗③ D、實驗④

3. 通過練習掌握科學確定操作程序，提高實驗操作能力

生物是一門以實驗為基礎的學科，只有正確的實驗方法和操作程序，才能達到預期的目的。通過實驗探究、典例分析讓學生樹立嚴謹的態度和科學的探索精神，如 “探究pH對酶活性的影響” 實驗可以讓學生之間先討論分析、設計實驗步驟、投影展示，而后讓學生評選最佳方案，教師歸納小結，課堂練習（略）鞏固，最后學生親自到實驗室加以驗證。這樣學生就能真正理解因為酶具有高效性，因此在實驗設計過程中要分別先對底物和酶控制溫度或pH再混合，否則混合前可能已經完成了化學反應，因而變量的處理就失去了意義，實驗探究也就失去了價值。

通過本節學習及相關實驗的練習鞏固不僅使學生達成了本節的教學目標、突破了難點、突出了酶的特性這一教學重點并且很好地掌握了有關實驗設計的知識：控制變量、對照實驗設計的方法和原則，有效地提升了學生的科學實驗素養和實驗探究能力。