比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗改進研究

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗是人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》（以下簡稱“教材\"第5章第1節“探究實踐”欄目中的內容。傳統實驗雖能引導學生初步認識過氧化氫分解受不同條件的影響以及酶具有催化作用，但在實驗材料、實驗裝置等方面存在明顯不足，難以滿足當下教學發展要求。

1實驗改進背景

1.1實驗中存在的問題

1.1.1 實驗材料

教材選用豬的新鮮肝臟作為實驗材料，但新鮮肝臟作為實驗材料存在諸多弊端，如獲取難度較大，儲存不便；濃烈的腥味易引發學生不適；若新鮮肝臟來源不明或處理不當，極有可能攜帶病原體，危及學生健康。

1.1.2 實驗裝置

教材中該實驗選用試管作為反應裝置，但當使用肝臟研磨液進行催化時，反應較為劇烈，容易導致試管內液體飛濺，存在一定的安全風險。此外，在實際操作過程中，學生較難精準把控教材規定的催化劑用量。部分學生在滴加催化劑時，可能會操作不當將催化劑滴到試管壁上，導致實驗現象不明顯，增加了觀察的難度。

1.1.3氧氣的檢測方法

教材中該實驗選用衛生香復燃的方法檢測氧氣，但試管中的反應會產生水汽，容易使衛生香熄滅，從而影響實驗現象的觀察。同時，反應產生的氧氣直接釋放到空氣中，無法進行定量檢測，影響實驗結論的判斷。

1.2 研究現狀分析

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》強調要加強和完善生物學實驗教學，實驗設計應多樣化，在重視定性實驗的同時，也應重視定量實驗，讓學生在量的變化中了解事物的本質。1“比較過氧化氫在不同條件下的分解”屬于定性實驗，教材中的實驗設置存在一定局限性，可從實驗材料的選擇、實驗裝置的優化以及檢測氧氣的方法等方面進行改進。[2]

諸多學者已針對該實驗的改進展開了探索。黎興等人通過紫外分光光度計測定多種材料研磨液的過氧化氫酶活性，發現香鮑菇中的過氧化氫酶活性最強。3耿旭珂、岳建明利用注射器、錐形瓶、量筒、橡膠管、玻璃彎管等材料改進實驗裝置。4段寅佳等人采用雙口平底燒瓶、帶抽氣嘴的玻璃轉接頭、改裝的U形管、橡膠管、鐵架臺等改進實驗裝置。5紀磊等人利用Y形試管和壓強傳感器對實驗進行改進。然而，上述改進方案普遍存在操作煩瑣的問題，并且部分普通中學也缺乏壓強傳感器等設備，在實際教學中難以推廣應用。因此，本文針對該實驗存在的問題，在前人研究的基礎上，對實驗材料、實驗裝置以及氧氣的檢測方法展開改進研究。

2實驗改進及操作

2.1實驗材料的改進

筆者選取市場上常見的可食用真菌和植物作為實驗材料進行探究，具體材料如下。

真菌類：香菇、平菇、杏鮑菇、海鮮菇、金針菇。

植物類：上海青、菠菜、生菜、大白菜、小白菜、卷心菜、薄荷、西蘭花、黃瓜、嫩南瓜、老南瓜、冬瓜、西葫蘆、苦瓜、佛手瓜、絲瓜、茄子、胡蘿卜、白蘿卜、茭白、豆角、土豆、紅薯、折耳根、生姜、大蒜、西紅柿。

2.2實驗裝置及氧氣檢測方法的改進

筆者使用 50mL 的注射器吸取質量分數為 3% 的過氧化氫溶液、 的注射器吸取實驗材料研磨液或氯化鐵溶液，隨后將吸管裁剪為長度 2cm 的小段，并用其連接兩支注射器，構建成密閉反應裝置。最后，筆者將 20mL 注射器內的實驗材料研磨液或氯化鐵溶液，注入盛有質量分數為 3% 過氧化氫溶液的 注射器中，促使兩者發生反應，通過測量 50mL 注射器活塞移動引起的體積變化，實現對反應產生氧氣的定量檢測。

2.3實驗操作

2.3.1 實驗準備

實驗材料：香菇、平菇、杏鮑菇、海鮮菇、金針菇、上海青、菠菜、生菜、大白菜、小白菜、卷心菜、薄荷、西蘭花、黃瓜、嫩南瓜、老南瓜、冬瓜、西葫蘆、苦瓜、佛手瓜、絲瓜、茄子、胡蘿 、白蘿卜、菱白、豆角、土豆、紅薯、折耳根、生姜、大蒜、西紅柿、豬肝。

實驗試劑：質量分數為 3% 的過氧化氫溶液、質量分數為 3.5% 的氯化鐵溶液。

實驗用具： 50mL 及 20mL 注射器各一支、吸管一根、剪刀、量筒、燒杯、豆漿機、電子秤、秒表。

2.3.2實驗操作流程

（1）利用自帶過濾網的豆漿機對實驗材料進行研磨，制備質量分數為 20% 的研磨液。

（2）使用 20mL 注射器吸取 1mL 質量分數為20% 的研磨液或質量分數為 3.5% 的氯化鐵溶液，使用 50mL 注射器吸取 2mL 質量分數為 3% 的過氧化氫溶液，用紙巾將注射器吸口處擦拭干凈。

（3用 2cm 吸管連接兩支注射器，快速將研磨液或氯化鐵溶液注射進過氧化氫溶液中，同時按下秒表，仔細觀察 50mL 注射器中的反應情況，并記錄注

射器活塞移動的體積。

2.3.3實驗注意事項

（1）采用 1mL 實驗材料研磨液或氯化鐵溶液與2mL 過氧化氫溶液反應，能夠使實驗現象更為明顯，有利于觀察和得出實驗結果。

（2）各種實驗材料的研磨液需要現用現配。

（3）吸管剪為 2cm 小段，恰好能夠連接兩支注射器即可。若吸管過長，會導致研磨液殘留于吸管內；若吸管過短，則可能使實驗裝置氣密性不佳，增大實驗誤差，影響實驗結果。

（4）實驗裝置不可平放或者傾斜放置。將研磨液注射進過氧化氫溶液后，應按緊 20mL 注射器的活塞，使反應產生的氣體集中收集在 50mL 注射器內，以減小實驗誤差。

3實驗結果分析

3.1不同實驗材料中過氧化氫酶含量的探究

不同實驗材料研磨液對過氧化氫的催化效果存在差異，這可能與其所含過氧化氫酶的含量有關。通過測量其催化 2mL 過氧化氫溶液分解所產生氧氣的量，可以判斷其過氧化氫酶的含量。每種實驗材料重復3次實驗操作后取平均值，記錄實驗現象及實驗結果。不同實驗材料研磨液催化 2mL 過氧化氫溶液至反應結束所收集的氧氣體積排序如圖1所示。

在該實驗中，平菇和豬肝催化過氧化氫分解產生的氧氣體積相近；其次是生菜、金針菇、薄荷、香菇、杏鮑菇、菠菜，氧氣體積均在 20mL 以上；海鮮菇、上海青、大白菜和小白菜催化過氧化氫分解產生的氧氣體積接近 20mL 。

根據實驗結果可知，平菇和豬肝的過氧化氫酶含量最高，其次是生菜、金針菇、薄荷、香菇、杏鮑菇、菠菜、海鮮菇、上海青、大白菜和小白菜，這些材料催化過氧化氫分解的效果較好。

其余材料中過氧化氫酶含量較少，催化過氧化氫分解效果較差，除生姜和嫩南瓜的研磨液催化過氧化氫分解時產生的氧氣略高于 10mL 外，剩余材料均低于 10mL 。其中老南瓜和冬瓜的研磨液中幾乎不含過氧化氫酶，與嫩南瓜相比，老南瓜研磨液的催化效果幾乎沒有，這表明過氧化氫酶含量可能與植物成熟度有關。

3.2不同實驗材料中過氧化氫酶活性的比較

對過氧化氫酶含量較高的平菇、生菜、金針菇、薄荷、香菇、杏鮑菇、菠菜、海鮮菇、上海青、大白菜和小白菜等材料，進一步探究其過氧化氫酶活性。筆者將這些材料制成研磨液與過氧化氫反應，根據單位時間 （3min） 內氧氣的產生量，結合反應速率進行比較，初步判斷各研磨液中過氧化氫酶的活性。每種材料均進行3次重復實驗后取平均值，記錄不同時刻注射器活塞移動引起的體積變化（單位：mL）。實驗結果如圖2所示。

由圖2可知，單位時間 （3min） 5內收集的氧氣體積大小依次為：平菇 gt; 金針菇 gt; 香菇 gt; 杏鮑菇 gt; 生菜 gt; 海鮮菇 gt; 薄荷 gt; 菠菜 gt; 上海青 gt; 小白菜 gt; 大白菜。實驗結果顯示，真菌研磨液催化過氧化氫的反應速率均顯著高于其他植物研磨液。真菌研磨液在 左右即可完成催化反應，而其他植物研磨液催化速率相對較慢，催化反應結束基本需要 5～6min 。

通過實驗數據可知，以上11種實驗材料中過氧化氫酶的活性均較好，其強弱順序依次為：平菇 gt; 金針菇 gt; 香菇 gt; 杏鮑菇 gt; 海鮮菇 gt; 生菜 gt; 薄荷 gt; 菠菜gt; 上海青 gt; 小白菜 gt; 大白菜。

4實驗結論及分析

（1）真菌和植物中的過氧化氫酶均能夠催化過氧化氫分解，過氧化氫酶含量相對較高的實驗材料對過氧化氫分解的催化效果更為顯著。

（2）不同實驗材料中過氧化氫酶的活性存在差異，對過氧化氫的催化速率不同。可食用真菌中的過氧化氫酶活性高于植物中的過氧化氫酶活性，對過氧化氫的催化速率比植物更快。

（3）真菌和部分植物中的過氧化氫酶催化過氧化氫分解的速率高于質量分數為 3.5% 的氯化鐵溶液，展現出高效性。

通過實驗數據可知，可食用真菌中過氧化氫酶活性較高，催化過氧化氫分解至反應結束的速率最快。平菇、生菜和豬肝等實驗材料作為過氧化氫酶來源時，催化過氧化氫分解產生的氧氣體積相差不大，因此可以推斷平菇、生菜和豬肝中過氧化氫酶含量相近。質量分數為 3.5% 的氯化鐵溶液和質量分數為 20% 的肝臟研磨液相比，每滴氯化鐵溶液中的鐵離子數量大約是每滴肝臟研磨液中過氧化氫酶分子數的25萬倍，且質量分數為 3.5% 的氯化鐵溶液催化過氧化氫分解至反應結束需要 5～6min 。因此，過氧化氫酶的催化效率高于氯化鐵溶液，充分體現了過氧化氫酶的高效性。

5改進實驗的優點

5.1實驗材料多樣化

通過探究不同材料對過氧化氫分解的催化效果可知，可食用真菌和部分植物催化效果較好。與豬肝相比，可食用真菌和植物氣味清香，成本低廉，容易獲取，且均為日常生活中常見的食材。教師將其作為實驗材料，能夠使實驗教學更貼近生活，激發學生的好奇心和探究欲望，提高學生對生物學實驗的興趣。

5.2實驗現象明顯

改進后的實驗裝置氣密性良好，在劇烈反應時氣泡不會溢出。學生可以更直觀地觀察到氣泡的產生和釋放過程，通過注射器活塞的移動速度，也能夠清晰地觀察到過氧化氫分解的速率，從而更易于觀察反應的進程和結果。

5.3氧氣檢測的定量化

改進后的實驗采用注射器作為反應裝置，通過針筒內氣壓的變化使活塞移動，從而測定過氧化氫分解產生的氧氣量，實現了氧氣檢測的定量化，這使得學生能夠更直觀地觀察到氧氣的產生過程。

5.4實驗更加簡便安全

氧氣進行定量檢測，有助于學生更深刻地理解抽象的理論知識。其次，通過探究不同實驗材料中過氧化氫酶的含量和活性，教師篩選出了適合作為該實驗過氧化氫酶來源的材料，豐富了實驗選材。最后，教師利用篩選出的不同實驗材料，讓學生自主設計探究實驗，培養學生的科學思維和科學探究能力，進一步強化生物學知識與現實生活的聯系。教師應繼續對該實驗進行深人研究和改進，在不斷探索和創新中充分發揮生物學實驗的價值。

實驗材料選擇生活中常見的可食用真菌和植物，避免了使用動物內臟可能帶來的安全隱患。采用注射器作為反應裝置，可有效避免過氧化氫反應劇烈時溢出，提高了實驗的安全性。學生利用自帶過濾網的豆漿機，大約 20s 左右即可得到大量研磨液，在一定程度上縮短了實驗準備時間，操作方便、快捷，顯著提高了實驗效率。

6結語

本次對“比較過氧化氫在不同條件下分解”的實驗改進研究取得了良好成果。首先，改進后的實驗裝置使實驗現象更加直觀明顯，并且能夠對產生的

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）M.北京：人民教育出版社，2020.

[2馮雪婷，王飛，龔大潔.“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗研究綜述[J].中學課程資源，2023，19（3）：75-78.

[3]黎興，李曉晴，朱明啟，等.“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗材料優化[J].生物學通報，2022，57（7）：53-54.

[4]耿旭珂，岳建明.“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗改進[J].生物學通報，2019，54（3）：42-43.

[5]段寅佳，葉超，張旭梅，等.“過氧化氫在不同條件下的分解”實驗的改進J.實驗教學與儀器，2022，39（6）：32-34.

[6]紀磊，黃利花，沈艦.“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗改進及拓展[J].中學生物教學，2024（1）：46-47.