利用自制教具定量探究硫酸銅對過氧化氫酶活性的影響

孫 濤

（河北省邯鄲市第一中學 河北邯鄲 056006）

提出問題、作出假設是開展探究性實驗的重要環節。科學方法論專家貝弗里奇曾說“假設是研究工作中最重要的智力活動手段”。在生物學實驗教學實踐中，教師要結合具體真實的情景，引導學生親自作出假設。人教版高中生物學《必修1·分子與細胞》第五章第一節“影響酶活性的條件”探究性實驗的最后提出了一個開放性問題：除溫度和pH外，還有哪些條件影響酶的活性？下文將以此為研究問題，組織學生開展相關的探究性實驗。

1 作出假設

假設是基于事實和經驗，對提出的問題給予的一種嘗試性的回答、解釋或推斷，經過證明是正確的才能成為理論。

鍛煉學生作出假設的難度比較大，教師要做好充分的動員和鼓勵，先解除科學性和合理性對假設的束縛，鼓勵學生在教材實驗情境下，進行小組討論，開展頭腦風暴，大膽假設。只要學生敢于假設，學生就給予肯定和鼓勵。

假設要有理有據。通過總結教學實踐經驗，教師提出了針對“除了溫度和pH外，還有哪些條件影響過氧化氫酶的活性？”這一問題作出科學假設的路線圖，如圖1所示。

圖1 做出科學假設的思維路線圖

根據學校實驗室的器具和試劑等條件，結合文獻資料，經過對實驗室藥品試劑的篩選，教師最終選定以硫酸銅為例開展利用自制實驗教具“探究重金屬鹽對過氧化氫酶活性的影響”這一實驗。

2 材料用具

新配制的體積分數為3%的過氧化氫溶液，過氧化氫酶制劑（酶的質量分數為40%）、硫酸銅、蒸餾水、輸液器、輸液瓶、5 mL注射器，100 mL注射器、秒表、燒杯、量筒、玻璃棒、滴管、試劑瓶、天平、藥匙、稱量紙等。

3 實驗設計

學生6-8人分為1組，選出組長，開展實驗方案的討論與設計：確定自變量及其梯度設置，思考影響實驗結果的無關變量的種類及控制無關變量相同且適宜的方法。各小組開展預實驗，設計實驗數據記錄表等。

4 實驗步驟

4.1 溶液配制

配置物質的量濃度為1 mol·L的硫酸銅溶液，然后進行10倍梯度稀釋，得到0.001-100 mmol/L的6組硫酸銅溶液，分別作為2-7組，第一組是硫酸銅濃度為0的空白對照，見表1。配好的各組溶液搖勻后在相同室溫條件下放置12 h。

表1 各組不同硫酸銅濃度的過氧化氫酶溶液配制成分表

4.2 小組討論實驗教具的組裝與使用步驟

教師將如圖2所示實驗教具的各部件發給每個小組。各小組員討論：如何組裝實驗教具，如何檢驗實驗教具的氣密性，如何確保無關變量相同且適宜，如何落實平行重復原則，實驗教具的使用步驟及使用的注意事項……小組選舉代表展示匯報教具的組裝情況及使用步驟。其他學生進行質疑，以確保實驗教具使用的科學性和安全性。

圖2 過氧化氫分解速率測定儀

4.3 實施實驗

各小組組裝實驗教具，依據實驗步驟實施實驗，設計實驗數據記錄表格，如實記錄實驗結果、實驗過程中發現的問題等。

5 實驗結果與討論

實驗數據見表2。將空白對照組過氧化氫酶活性定為100%，用各組產氧速率除以空白對照組的產氧速率，得出各組過氧化氫酶的相對活性。教師引導學生利用數據構建硫酸銅濃度對過氧化氫酶活性影響的數學模型。教師可以給學生發放坐標紙，以方便學生完成作圖；也可以將數據輸入Excel軟件，使用作圖功能，以硫酸銅溶液濃度為橫坐標，以過氧化氫酶相對活性為縱坐標繪制曲線圖，結果顯示，隨硫酸銅溶液濃度增大，過氧化氫酶活性顯著下降，在硫酸銅溶液濃度為100 mmol/L時，過氧化氫酶活性降為0。

表2 不同硫酸銅濃度對過氧化氫酶活性影響的實驗結果記錄表（室溫9℃）

本研究結果與楊節、石雙群、高宗宣、朱鴻等人的相關研究相符，即在一定的濃度范圍內硫酸銅溶液能顯著抑制過氧化氫酶活性，但由于所用酶的來源、濃度、作用時間、溫度、實驗結果檢測方法等各方面的不同，具體抑制程度上存在差異。

實驗過程中，師生還發現硫酸銅濃度對過氧化氫酶活性的影響還與二者作用時間有關。若配置好各組硫酸銅和過氧化氫酶的混合液后立即開始實驗，則硫酸銅濃度對過氧化氫酶活性的影響不顯著。

6 感悟與反思

本實驗是影響酶活性的條件拓展實驗。教材中沒有任何提示，難度較大，但是一個真實、完整、開放的探究性實驗，需要學生通過小組合作親歷包括完整的探究歷程。這對學生來說是一個巨大的挑戰，也是培養學生科學探究能力的必經之路。在教學過程中，教師要密切關注學生的實驗進展，既要敢于放手，又要設置恰當的難度梯度，適時地給出必要的“腳手架”，及時肯定學生的努力，鼓勵學生創新，落實立德樹人的根本要求，實現提升學生生物學學科核心素養的目標。