巧將美國(guó)生物教材的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)課堂

高贏

摘要對(duì)美國(guó)高中生物教材《生命的動(dòng)力》中“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)并引入到實(shí)際課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)貼近生活，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能較好地培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞 美國(guó)生物教材 過氧化氫酶 實(shí)驗(yàn)探究

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

1教材分析

McGraw-Hill公司于2004年出版的美國(guó)高中主流生物教材《生命的動(dòng)力》一經(jīng)問世，便成為許多國(guó)家高中生物教學(xué)參考書。該教材的“生物實(shí)驗(yàn)”欄目十分有特色，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，貼近生活，注重了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。筆者選取美國(guó)教材中“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”一節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于溫度的變化也會(huì)影響H2O2的分解，為了使實(shí)驗(yàn)更嚴(yán)謹(jǐn)，筆者將該實(shí)驗(yàn)改為“探究pH對(duì)H2O2酶活性的影響”，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而促進(jìn)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其探究潛能。

2教學(xué)目標(biāo)

①理解當(dāng)酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，酶的功能也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而形成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念;

②培養(yǎng)邏輯思維能力和提出新問題能力，從而發(fā)展科學(xué)思維素養(yǎng);

③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，從而形成科學(xué)探究的思維，學(xué)會(huì)科學(xué)探究的方法;

④用酶的知識(shí)對(duì)生活中的現(xiàn)象做出科學(xué)的判斷和解釋，從而培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

3教學(xué)過程

3.1實(shí)驗(yàn)演示，導(dǎo)入新課

教師請(qǐng)一個(gè)學(xué)生在實(shí)物展示臺(tái)上做演示實(shí)驗(yàn)一向土豆片上滴3滴H2O2溶液，其他學(xué)生觀察投影到幻燈片上的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

教師提出問題：為什么土豆片上出現(xiàn)了大量氣泡？學(xué)生通過討論，能說出土豆片中含有H2O2酶。教師追問：你們覺得哪些因素可能會(huì)影響H2O2酶的活性？由此導(dǎo)入新課。

3.2引導(dǎo)探究

教師展示實(shí)驗(yàn)材料及用具：土豆片，體積分?jǐn)?shù)分別為3%的H2O2溶液和5%的HCl溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液，蒸餾水，培養(yǎng)皿，量筒等。

教師提出問題：如果我們要在剛才演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上來探究pH對(duì)土豆片中H2O2酶的影響，怎么設(shè)計(jì)？學(xué)生思考得出：可以先用不同pH的溶液處理土豆片，再往土豆上滴H2O2溶液。

教師追問：用不同pH的溶液來處理土豆片，這在實(shí)驗(yàn)中叫控制什么？從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的分析。

3.3變量分析，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

學(xué)生四人一組，以小組為單位討論分析：實(shí)驗(yàn)中自變量、因變量以及無關(guān)變量各是什么？如何控制或檢測(cè)？

小組內(nèi)部討論結(jié)束后，組間進(jìn)行交流。在交流過程中各小組產(chǎn)生疑問：

①在控制自變量（pH的不同）時(shí)，是不是往土豆片上滴HCl或NaOH就可以了？

②實(shí)驗(yàn)要分幾組？

③如何對(duì)土豆片大小厚度這個(gè)無關(guān)變量進(jìn)行控制？

教師鼓勵(lì)小組間展開熱烈討論，合理引導(dǎo)一向最后，師生達(dá)成共識(shí)：用酸或堿處理土豆片時(shí)要浸泡一定時(shí)間;實(shí)驗(yàn)至少分三組，其中要有對(duì)照組;可以用打孔器和切片器切出直徑5cm、厚度5mm的土豆小圓片。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1。

3.4結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)新問題

學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1號(hào)、2號(hào)土豆片上沒有產(chǎn)生氣泡，3號(hào)土豆片上產(chǎn)生很多氣泡。

教師提出問題：實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？學(xué)生：鹽酸和氫氧化鈉會(huì)使酶失活。

教師追問：pH對(duì)酶活性的影響是不是就是使酶失活？同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生用筆式酸度計(jì)測(cè)量體積分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液的oH，發(fā)現(xiàn)：5%HCl的pH約為1，5%NaOH約為14。學(xué)生得出：過酸或過堿會(huì)使酶失活。

教師提問：那其他溶液的pH是不是也會(huì)使酶失活呢？怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明？學(xué)生思考得出：可以將5%HCl和5%NaOH進(jìn)行稀釋，得到一系列不同濃度的溶液后再進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

3.5完善實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)探究

學(xué)生將5%HCl和5%NaOH溶液分別都稀釋了10倍和100倍，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表2。

表2中，由于受實(shí)驗(yàn)條件的限制，單位時(shí)間內(nèi)氣泡產(chǎn)生的數(shù)量（因變量）是很難準(zhǔn)確計(jì)數(shù)的，所以在這里引入了估算法：以對(duì)照組單位時(shí)間產(chǎn)生的氣泡數(shù)量為參考值（為100），實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)生的氣泡數(shù)量通過目測(cè)與對(duì)照組比較后賦予一個(gè)估計(jì)值（比如說50、60等）。估計(jì)值雖然不是精確值，但估算法是生物學(xué)中一種常用的科學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，其結(jié)果在一定程度上可以反映事物的變化趨勢(shì)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生在圖1中畫出不同pH條件下酶活性的曲線圖，構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型，通過曲線圖能直觀地解釋oH與酶活性的關(guān)系。

3.6總結(jié)提升

學(xué)生觀察曲線圖的形狀類似一個(gè)拋物線，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：酶的活性有最適pH，pH偏高或偏低，酶的活性都會(huì)降低，且過酸或過堿會(huì)使酶失活。

4教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)利用了美國(guó)教材中的實(shí)驗(yàn)材料（5 mm厚度的土豆片和體積分?jǐn)?shù)的3%H202溶液），實(shí)驗(yàn)材料貼近生活，讓學(xué)生可以將學(xué)到的知識(shí)用來解釋生活中的現(xiàn)象，如雙氧水作為消毒劑處理傷口時(shí)會(huì)冒泡。教學(xué)過程中，教師精心設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生自主分析實(shí)驗(yàn)變量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;在實(shí)驗(yàn)過程中，注重啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問題，鼓勵(lì)他們勇于探究，最終得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。本節(jié)課從實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施等方面都較好地落實(shí)了新課程對(duì)學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任的生物核心素養(yǎng)的要求。