“探究溫度對酶活性影響”實驗的改進教學

穆紅艷 冉美蓉 李忠清

【內(nèi)容摘要】本實驗在高中生物實驗中成功率較低，教師引導學生積極參與實驗探究，改進實驗方案，提高實驗成功率，為“探究溫度對酶活性影響”實驗教學提供教學參考。

【關(guān)鍵詞】改進教學?探究能力?核心素養(yǎng)

一、 問題的提出

“探究溫度對酶活性的條件”是人教版高中生物的一個重要實驗。本實驗的教學目標是：通過探究實驗的設(shè)計，讓學生學會控制自變量，觀察因變量的變化，分析實驗結(jié)果，總結(jié)出溫度對酶活性的影響規(guī)律。但由于種種原因，該實驗失敗率非常高。筆者等人召集學生分析問題、提出方案并進行反復實驗，力求找到一種切實可行的實驗方案，以提高實驗成功率。學生參與到實驗設(shè)計與實驗修正的整個過程中來，提高學生對生物的興趣，培養(yǎng)科學思維和科學探究能力，落實生物學的核心素養(yǎng)問題。

二、教學過程

1.創(chuàng)設(shè)教學情景，讓學生設(shè)計實驗方案

教師出示該實驗在教材中所列實驗材料、試劑及實驗用具，學生分組討論并選擇出實驗材料、試劑及實驗用具并擬定實驗方案。學生在已有的知識基礎(chǔ)上，分析出酶的種類為淀粉酶，因為過氧化氫酶高溫分解。用碘液鑒定，因為斐林試劑水浴加熱顯色，會干擾自變量溫度對酶活性的影響。

學生分組討論，擬定初步實驗方案如下：

2. 展開實驗，引發(fā)問題，作出假設(shè)

學生分組展開實驗，實驗結(jié)果與實驗預期不符，而不同班次實驗結(jié)果表現(xiàn)出差異。現(xiàn)選取各個班次主要差異現(xiàn)象進行匯總：

基于此現(xiàn)象，師生共同討論，以實驗試劑、實驗過程為思路，對實驗失敗原因進行分析，發(fā)現(xiàn)三個異常現(xiàn)象中沸水均不變藍。提出猜想：碘液顯色可能具有一定的溫度范圍，不處于這個范圍將無法觀察到顯色變化;針對現(xiàn)象2提出：實驗8班取淀粉溶液的操作可能不當。針對現(xiàn)象3提出：實驗14班使用的淀粉酶可能失活。另還提出淀粉與淀粉酶的含量比例不當以及溫度的控制不嚴格也可能成為實驗結(jié)果不準確的原因。

3.分組重新設(shè)計實驗，進行實驗，分析結(jié)果，得出結(jié)論

針對以上問題分別設(shè)計實驗進行排除：

（1） 碘液的顯色范圍

重復實驗：重復上述實驗，實驗結(jié)果與實驗預測結(jié)論仍相違背。

對照實驗：將100℃的加入碘液和淀粉溶液的試管冷卻到80℃以下，再滴加碘液，觀察到變藍的現(xiàn)象。

結(jié)果分析：通過對化學資料的查閱發(fā)現(xiàn)溫度超過80℃以上，淀粉溶液與碘不發(fā)生顏色反應(yīng)[1]。

（2）取淀粉溶液的操作不當

實驗組：分別取未搖勻的淀粉溶液上層2ml加入ABC三支試管中，滴加2～3滴碘液;觀察實驗現(xiàn)象：三支試管均不變藍

對照組：分別取搖勻的淀粉溶液上層2ml加入ABC三支試管中，滴加2～3滴碘液;觀察實驗現(xiàn)象：三支試管均為藍色

結(jié)果分析：淀粉易沉淀。建議每次取淀粉前搖勻。

（3）酶失活

重復實驗：用實驗14班的實驗試劑重復上述實驗，得到實驗現(xiàn)象仍然為：冰水、60度變藍，沸水不變藍。

對照實驗：采用新購置的酶溶液重做實驗，實驗結(jié)果與表2.1實驗方案預期相符。

結(jié)果分析：實驗14班實驗中使用的酶溶液已失活

（4）淀粉與淀粉酶的定量關(guān)系

經(jīng)查閱，通用教輔資料都是按照2ml淀粉，1ml淀粉酶的比例進行實驗，這樣設(shè)置是因為酶具有高效性，故使用淀粉酶的體積少于淀粉體積。但筆者實際操作過程中發(fā)現(xiàn)將試劑使用量改為2ml淀粉，2ml淀粉酶，實驗效果更為明顯。

4.表達與交流

同學們根據(jù)整個探究性實驗的修訂過程，展開交流，擬定改進措施

①使用酶活性較高的淀粉酶。

②取淀粉酶和淀粉溶液時，必須將試劑瓶搖勻。

③將100℃的加入碘液和淀粉溶液的試管冷卻到80℃以下，再滴加碘液。

④淀粉酶與淀粉的含量比應(yīng)根據(jù)酶的活性定。如果使用淀粉酶活性較低，建議適當增加酶量，保證淀粉溶液被充分水解。

⑤用恒溫培養(yǎng)箱進行溫度控制

5.進一步探究

為進一步確定0℃下淀粉酶只是降低活性，100℃點淀粉酶是完全失活，可將兩組實驗顯色后的試管分別放回60℃的溫水中，觀察實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：0℃試管藍色褪去，100℃仍為藍色。說明0℃下降低活性，溫度上升活性可恢復，100℃已經(jīng)失活，溫度下降活性不可恢復。

三、教學反思

利用本節(jié)課開放性的實驗教學模式，學生的學習主動性大大提高，在訓練學生養(yǎng)成理性思維方式同時也提高了學生實驗操作的能力，也體現(xiàn)了生物學的核心素養(yǎng)——科學思維和科學探究這兩個維度。本實驗的研究結(jié)果解決了高中實驗《溫度對酶活性的影響》的實際問題，可作為實驗教學參考。

【參考文獻】

[1] 梁笑語. 碘與淀粉顯色影響因素的實驗探究[J].當代化工研究，2017.9.

（作者單位：重慶市楊家坪中學）