有關“酶的催化效率”實驗的改進與拓展

羅建義

摘 要 對人教版“酶的催化效率”實驗的不足做了分析，從實驗裝置、實驗試劑、實驗步驟等方面進行了改進，使實驗更加科學合理，直觀有趣。適當的實驗拓展有助于培養學生的實驗能力、探究能力及創新能力，使教學更加高效。

關鍵詞 過氧化氫酶 實驗改進 拓展

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

“酶的催化效率”實驗是人教版高中生物必修一第五章第一節的一個演示實驗，通過比較不同試管內產生的氣泡數量或衛生香的復燃狀況，得出酶具有高效性的結論。實驗原理簡單，容易操作，卻存在明顯的問題與不足。下面針對該實驗的不足，對“酶的催化效率”實驗予以改進，使實驗更加科學合理，直觀有趣。

1 教材實驗問題多多

1.1 對照實驗不同步

教材實驗分為兩組，實驗組試管（1號試管）中加入2 mL質量分數為3%的過氧化氫溶液和2滴新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液;對照組試管（2號試管）中加入等量的過氧化氫溶液和2滴質量分數為3.5%的氯化鐵溶液。兩支試管反應不同步，對照不明顯，第二支試管進行實驗時，第一支試管中基本沒有氣泡產生，不利于實驗結果的獲得。

1.2 催化劑的用量不科學

實驗中第一支試管加入2滴新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液，第二支試管中滴入2滴新配置的質量分數為3.5%的氯化鐵溶液。催化劑的用量不相等，不符合實驗設計的單一因子變量原則。

1.3 實驗現象不易觀察，存在安全隱患

實驗中1號試管中產生的氣泡數量很多，但是坐在兩邊和后排的學生很難觀察到實驗結果。近前觀察的學生互相推搡，教學秩序混亂，教學效果不好。衛生香的點燃及復燃等操作極易導致安全事故。

1.4 實驗材料不易獲取，儀器不易清洗

實驗要用新鮮的肝臟做材料，若肝臟不新鮮，實驗效果就不好，許多時候學校很難找到新鮮的肝臟。實驗完畢后，肝臟研磨液極易粘附在試管內壁上，很難清洗。若用馬鈴薯制備過氧化氫酶，材料來源廣泛，在儀器上粘附性小，實驗儀器容易清洗，可避免過氧化氫酶粘附在試管內壁上造成后面實驗的失敗。

2 改進方案

2.1 改進后的實驗材料與用具

鐵架臺、20×200 mm的大試管、帶導管的橡皮塞、注射器、紅色大氣球、2個大小、蓬松程度相同的棉花球、體積分數為3%的過氧化氫溶液、新鮮的質量分數為3.5%的馬鈴薯研磨液、質量分數為3.5%的氯化鐵溶液。

2.2 改進后實驗裝置（圖1）

2.3 實驗步驟的調整

取上述裝置2套，編號為A、B，A組試管中加入2滴新鮮的質量分數為3.5%的馬鈴薯研磨液，B組試管中加入2滴新鮮的質量分數為3.5%的氯化鐵溶液，用帶導管的橡皮塞將試管口塞緊，然后用注射器同時向兩個試管中分別注入2 mL體積分數為3%的過氧化氫溶液。

2.4 實驗結果觀察

加有馬鈴薯研磨液的試管（A組）迅速產生大量的氣泡，對應的氣球快速充氣膨大，加有氯化鐵溶液的試管（B組）氣球充氣的速度明顯較慢。此實驗裝置結構簡單，實驗現象直觀有趣，激發了學生探究問題的興趣。

3 結果處理與拓展

在教學過程中，有學生質疑，若有足夠長的時間，A、B兩組氣球的體積應該一樣大，有學生則持反對意見。教師可適時進行引導探究：（1） 催化劑能夠加快化學反應的速度的原因是什么？（2） 若催化劑種類不同，化學反應平衡后同種產物的濃度大小相同嗎？通過質疑、討論、分析、比較，學生發現，當A、B兩試管中有等量的過氧化氫時，雖然酶的種類不同，最終產生的O2量應該相等的。隨著討論的繼續，時間的延長，學生發現A、B兩組氣球的體積大小趨向一致。實驗結果與理論分析一致，至此，教師可引導學生畫出A、B兩試管中O2的產生量與時間的關系（圖2），隨機引導學生得出結論：酶能縮短達到化學平衡所需的時間，但不改變化學反應的最終平衡點，酶具有高效性。

若教學時間寬余，教師可利用改進裝置進行實驗探究，以培養學生的知識遷移能力，發散探究能力及創新能力。

（1） 驗證酶具有催化性。

取該裝置A、B兩套，A組試管中加入2滴蒸餾水，B組試管中加入2滴馬鈴薯研磨液，其他條件相同，比較兩組氣球的大小驗證試驗結論。

（2） 探究底物濃度對酶促反應的影響。

取該裝置A、B兩套，A組試管中加入質量分數為3%的過氧化氫溶液2 mL，B組試管中加入等量的質量分數為5%的馬鈴薯研磨液，其他條件相同，5 min后比較兩組氣球的大小得出結論。

（3） 探究酶濃度對酶促反應反應的影響。

取該裝置兩套，A組試管中加入4滴馬鈴薯研磨液，B組試管中加入2滴馬鈴薯研磨液，其他條件相同，5 min后比較兩組氣球的大小得出結論。

本實驗裝置改變了教材實驗中分步滴加過氧化氫溶液和氯化鐵溶液的步驟，通過該裝置實現了兩組實驗的同步觀察，實驗過程安全可靠，實驗結果直觀有趣，增加了實驗的科學性和準確性，拓展實驗促成了現有知識的轉移和運用，大大提高了學生分析、概括、抽象、推理、演繹、發散及創新的能力，使教學更加嚴謹，更加高效。