巧用創新裝置 優化實驗教學

王連海+++呂國先

摘 要：針對“探究酶的高效性和專一性”實驗中存在的問題，對實驗進行了改進。利用創新的注射器裝置，進行“探究酶的高效性和專一性”實驗，縮短了操作時間，提升了觀察效果。應用小組合作、微視頻、生活實例展開實驗探究，培養了學生的探究精神和理性思維，有利于核心素養的落實。

關鍵詞：實驗改進；創新；小組合作探究；信息技術；核心素養

一、教材分析及實驗探究

酶與人類的健康、生活息息相關，教材安排酶的相關知識，有利于學生認識酶在代謝中的作用。人教版教材上是這樣描述探究酶的高效性實驗的，在不同的試管中滴加不同的物質，通過觀察氣泡的多少以及衛生香的燃燒程度來探究酶的高效性。實驗簡單易操作，現象明顯。但也存在一定的局限性，不同試管不能同步進行，只能前后比較；實驗只能定性不能定量；拇指不容易堵住試管口等問題。筆者對該實驗做了整合和創新，采取一套密閉的注射器裝置進行探究。主要采取如下實驗步驟：“滴—貼—注—堵—轉”，如圖1所示。具體操作是：①用打孔器獲取大小相同的圓形濾紙片若干，滴加不同的物質，如清水、FeCl3、肝臟研磨液等；②用大鑷子將濾紙片緩慢貼于注射器內壁上壁上，塞上活塞到刻度為10mL的位置；③用小型注射器將過氧化氫注入大注射器內，防止H2O2與濾紙片接觸；④用密封良好的閉氣裝置堵住漏氣一側；⑤注射器旋轉180度，讓濾紙片和過氧化氫充分接觸，觀察現象。

該實驗與傳統實驗進行一下對比，存在明顯的亮點。①反應同步進行，通過注射器180度旋轉來控制反應的開始，可以使多個注射器同時開始反應，直接比較現象的差異；②將相同時間內活塞移動的距離作為一項觀測指標，定性實驗變為定量實驗；③一套裝置探究多個問題，通過滴加不同的物質或不同的數量，經酸堿處理的物質可以探究酶的高效性、酶的專一性、酶量對反應速度的影響以及pH對酶活性的影響等多個實驗。

二、教學過程

（一）創設情境 提出問題

以“有關過氧化氫浸泡鳳爪引起的食品安全”的視頻作為導入，引導學生關注舌尖上的安全，激發了學生的興趣和探究欲望。通過導學案展示關于過氧化氫酶的材料以及實驗材料：制備圓形濾紙片若干、唾液淀粉酶、新鮮的20%的肝臟研磨液、5mL和20mL注射器、密閉滑輪裝置等。學生自主提出的問題有探究過氧化氫酶的高效性、探究酶的專一性、探究酶量對反應速度的影響等。選取探究酶的高效性和專一性進行探究，學生作出實驗假設。

（二）小組討論 設計方案

學生沒有接觸過該實驗裝置，為了引導學生學會使用濾紙片，采取任務驅動的方法，首先播放提前錄制好的常規實驗的微視頻，進而提出問題“ 如何有效地控制過氧化氫與不同物質的接觸，保證反應的準確性，使實驗能夠定量進行？”小組積極討論，有些小組提出可以通過先滴加酶、再注入過氧化氫、最后密閉處理。有的小組提出質疑，認為在密閉處理之前已經開始反應，活塞堵不住，誤差較大。小組在討論交流中的思維火花相互碰撞，最后得出結論，可以通過圓形濾紙片中滴加不同物質，貼于注射器內壁，通過注射器的旋轉來控制反應的開始。小組設計完方案后，利用投影儀、展臺等設備展示本組設計方案， 并且聽取其他小組的質詢，進行必要的答辯、修訂，讓學生在討論交流中進一步體會實驗設計單因子變量原則，從而培養學生嚴謹的科學態度。

（三）分組實驗 自主探究

該環節需充分發揮組長的作用，明確成員的分工，協調配合。在實驗過程中老師巡視并指導各小組整個實驗過程，并及時地對學生進行合理性的評價，對實驗操作中的亮點和不足之處進行拍照，方便對實驗進行點評。實驗過程中，有些小組圓形濾紙片滴加物質過多，注射過氧化氫時速度過快導致提前反應等，教師針對這些問題進一步引導明確規范操作的重要性。

（四）觀察現象 成果展示

各小組展示小組成果，該環節可以充分利用現代技術，如用我校配備的一體機可以將實驗結果直接拍照片在屏幕上展示。圖2為酶