晁麗強(qiáng) 胡麗坤 楊華

[摘要]通過翻譯美國出版的高中生物實(shí)驗(yàn)教材有關(guān)溫度對酶促反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)，并將其與我國人民教育出版社出版的高中生物教材（必修一）中相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較分析，為我國生物教材修訂提供參考，同時為生物教師該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)準(zhǔn)備提供素材。

[關(guān)鍵詞]酶活性實(shí)驗(yàn)高中生物比較分析

[中圖分類號]G633.91[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]16746058（2015）110121

一、美國高中生物教材溫度對酶促反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容

（一）引言

人體內(nèi)的一些細(xì)胞能夠產(chǎn)生過氧化氫（H2O2），它能幫助人體抵抗感染。低濃度的H2O2對人體有利，但濃度過高就會對人體有害，因此細(xì)胞內(nèi)的H2O2濃度必須控制在一定范圍。

H2O2可以被分解為H2O和O2，過氧化氫酶可以加速這一反應(yīng)。在這個實(shí)驗(yàn)中，你將觀察這個酶促反應(yīng)的速率并設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證溫度對這個實(shí)驗(yàn)的影響。

（二）技能聚焦

作出假設(shè)設(shè)計實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果解釋曲線圖

（三）材料用具

新鮮的肝臟圓形濾紙片鑷子紙巾培養(yǎng)皿

計時器移液管恒溫水槽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的H2O2溶液溫度計25mL的量筒燒杯鉗50mL的燒杯曲線紙肝臟研磨液

（四）安全

H2O2溶液有刺激性氣味，如果溶液進(jìn)入到你的眼睛請告訴你的老師，并立即用清水沖洗。溶液撒到你的皮膚或衣服上用清水洗掉。在使用玻璃燒杯或量筒前，請注意檢查是否有破損。如果你打碎了玻璃儀器，請馬上告訴你的老師，不要去撿玻璃碎片。避免電擊，當(dāng)使用電熱板時確保你的手、電線、插頭是干燥的。

（五）實(shí)驗(yàn)前的問題

1.因果關(guān)系：在A、B部分實(shí)驗(yàn)中如何判斷化學(xué)反應(yīng)是否發(fā)生？

2.控制變量：在B部分實(shí)驗(yàn)中你要控制哪些變量？哪些變量是因變量？

3.因果關(guān)系：通過圓形濾紙在H2O2溶液的浮動來判斷酶的活性，在過程中對時間有什么要求？

（六）實(shí)驗(yàn)過程

1.A部分：觀察過氧化氫酶促的反應(yīng)

（1）穿防護(hù)衣、手套、安全護(hù)目鏡，用鑷子從培養(yǎng)皿中取一小塊新鮮的肝臟，肝臟細(xì)胞中含有較多的過氧化氫酶。用移液管取一滴H2O2溶液滴到肝臟的表面，觀察有什么反應(yīng)。

（2）在老師的指導(dǎo)下選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備去測量反應(yīng)的速率，既可以是圓形濾紙也可以是O2探頭，如果你選用的是O2探頭，請注意老師的用法示范。

（3）用量筒取25mL的H2O2溶液放入50mL的燒杯中。

（4）用鑷子將圓形濾紙浸入肝臟的勻漿中，再將濾紙取出放在紙巾上4秒鐘，除去多余的液體。

（5）用鑷子將浸過肝臟勻漿的濾紙放入50mL的燒杯中，觀察并記錄濾紙漂浮到液面所需要的時間。

2.B部分：設(shè)計實(shí)驗(yàn)

（6）作出假設(shè)：如何改變溫度來影響H2O2的反應(yīng)速率？把你的假設(shè)記錄下來，并通過實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證你的假設(shè)。

（7）概述你的實(shí)驗(yàn)過程：描述你驗(yàn)證假設(shè)的過程，該過程將用到A部分的一些步驟，但有些步驟是你新設(shè)計的，重點(diǎn)描述這些步驟，包括一些必要的安全措施。

（8）收集數(shù)據(jù)：在下面的空白處設(shè)計一個數(shù)據(jù)記錄表，你將實(shí)驗(yàn)中兩個變量記錄在表格的空白處，包括一個縱列記錄觀察項(xiàng)目，橫列的數(shù)目要與你計劃的溫度梯度數(shù)相一致。

（9）整理：當(dāng)你做完實(shí)驗(yàn)后按照老師的要求對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行清理，并用肥皂和熱水洗手。

（10）用你收集的數(shù)據(jù)制作一個曲線圖，自變量在x軸上，因變量在y軸上。（如果要用到曲線紙、曲線計算器、曲線軟件請向老師求助。）

3.分析得出結(jié)論

（1）解釋曲線：溫度與反應(yīng)時間呈什么關(guān)系？

（2）得出結(jié)論：溫度與酶的活性有何關(guān)系？在多少度下酶的活性最高？這個溫度有何重要意義？

（3）推斷：在實(shí)驗(yàn)中為什么要選用新鮮的肝臟，而不用煮熟的肝臟？

（4）概念應(yīng)用：人體體溫的穩(wěn)定對人有何意義？

（5）錯誤分析：分析你的實(shí)驗(yàn)中出錯的原因。

4.拓展探究

pH值是如何影響過氧化氫酶的活性的？根據(jù)你的假設(shè)設(shè)計實(shí)驗(yàn)，向老師咨詢你的設(shè)計方案，如果必要請在老師的許可和指導(dǎo)下對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行修正，完成你的實(shí)驗(yàn)。

二、中美溫度對酶促反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)的比較分析

（一）實(shí)驗(yàn)性質(zhì)比較分析

兩個不同教材對于該實(shí)驗(yàn)的編排都采用探究式實(shí)驗(yàn)，都是按照科學(xué)探究的一般過程：提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、驗(yàn)證假設(shè)、得出結(jié)論為主線編排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但探究的方式不同，我國教材主要采用小組合作美國高中主流理科教材《生物·生命的動力》之

科學(xué)圖示”和“得出結(jié)論”，5個“繪制與運(yùn)用圖表”“理性思維”和“因果推斷”，4個“預(yù)測”“運(yùn)用數(shù)學(xué)工具”和“實(shí)驗(yàn)設(shè)計”，2個“觀察與推斷”“建構(gòu)模型”和“分類”技能實(shí)驗(yàn)，“作出假設(shè)”“獲取信息”“運(yùn)用圖表”“對比與比較”“分析數(shù)據(jù)”和“分析說明”技能實(shí)驗(yàn)分別安排了1個，學(xué)生可以在這個板塊對20個技能進(jìn)行訓(xùn)練。該板塊在欄目設(shè)計上包括“技能的類別”“解決問題”和“理性思維”。[3]

二、板塊特點(diǎn)

從教材安排的每項(xiàng)技能的數(shù)量來看，對解釋數(shù)據(jù)、分析信息、運(yùn)用概念、解釋科學(xué)圖示、得出結(jié)論、繪制與運(yùn)用圖表、理性思維、因果推斷、預(yù)測、運(yùn)用數(shù)學(xué)工具、實(shí)驗(yàn)設(shè)計等技能比較注重。以下簡要分析幾個技能的實(shí)例特點(diǎn)。

1.解釋數(shù)據(jù)

生物是一門自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)起著重要的作用，而數(shù)據(jù)的定量化又給實(shí)驗(yàn)帶來更具有說服力的結(jié)果。然而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的得出還不夠，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析，找到問題的突破口才是關(guān)鍵。例如，在“技能實(shí)驗(yàn)——DNA的化學(xué)分析結(jié)果”中，“解決問題”設(shè)計了一張“DNA樣本中每種堿基的百分?jǐn)?shù)”的表，要求學(xué)生仔細(xì)觀察表格，比較每一種細(xì)胞DNA中腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶的含量。再通過“理性思維”的三個問題，從具體的細(xì)胞比較到歸納出一般細(xì)胞的DNA組成情況。正是因?yàn)榘栁摹げ楦攴虻膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明了DNA中堿基之間的關(guān)系，DNA分子堿基的配對方式才被探索出來。[4]可見解釋數(shù)據(jù)的能力是很重要的，在這分析過程中能對學(xué)生的思維進(jìn)行訓(xùn)練，如此例中“理性思維”的三個問題對比較法和歸納法進(jìn)行訓(xùn)練。

2.分析信息

我們所生活的這個時代是信息爆炸的時代，信息無處不在。怎樣分析信息，科學(xué)地認(rèn)識信息，通過分析信息找出現(xiàn)象出現(xiàn)的原因顯得尤為重要。例如，在“技能實(shí)驗(yàn)——廣告詞可信嗎”中，“電視和電臺中不斷地播放著各式各樣的產(chǎn)品廣告，但是這些廣告詞都真實(shí)可信嗎？”引發(fā)學(xué)生思考，通過“解決問題”中三個記錄信息的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地看待形形色色的廣告。又如，在“技能實(shí)驗(yàn)——地球上哪些地區(qū)的鳥瀕臨滅絕”中，通過分析世界地圖中呈現(xiàn)的信息，結(jié)合“理性思維”中的“分析數(shù)據(jù)”“估算”“觀察”和“推斷”，從而對各國或者世界上鳥的種類有個初步認(rèn)識，再綜合瀕危鳥種百分比比較高的國家，找出共同的地理特征，最終說明瀕危鳥種數(shù)較低的現(xiàn)象并解釋其中的原因。這些問題都是循序漸進(jìn)的，最終找到現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。在這個過程中需要學(xué)生仔細(xì)觀察，開動了腦筋，較好地促進(jìn)了學(xué)生思維的發(fā)展。

3.運(yùn)用概念

概念是反映對象特有屬性或本質(zhì)屬性的思維形式，而會不會運(yùn)用概念是判斷有沒有掌握這個概念的根本方法。例如，在“技能實(shí)驗(yàn)——如何歸納營養(yǎng)級的相關(guān)內(nèi)容”中，利用概念圖的形式，讓學(xué)生填寫各營養(yǎng)級的名稱并填寫出其特征。再通過“理性思維”中的“推理”進(jìn)一步理解營養(yǎng)級的本質(zhì)內(nèi)涵。又如，運(yùn)用維管組織的概念解釋木質(zhì)部和韌皮部的功能；運(yùn)用幾率的概念來推斷遺傳的概率問題。

4.解釋科學(xué)圖示

科學(xué)圖示是指將科學(xué)的概念、原理等用示意圖、曲線圖等表示，其具有形象直觀的特點(diǎn)，能使抽象的概念或原理形象化、具體化，同時也能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。例如，用曲線圖來理解初生演替和次生演替的概念；用染色體的示意圖來理解同源染色體的概念；用文昌魚的橫切面示意圖來學(xué)習(xí)無脊椎動物的結(jié)構(gòu)特征。

5.得出結(jié)論

得出結(jié)論是科學(xué)探究過程的重要組成部分，教材中安排了6個探究活動讓學(xué)生體驗(yàn)得出結(jié)論的過程及其方法。例如，在“技能實(shí)驗(yàn)——影響蒸騰作用的因素”中，通過觀察某學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)圖，分析不同條件下天竺葵水分散失的情況，從而得出影響蒸騰作用速率的因素。得出結(jié)論不是一蹴而就的，結(jié)論得通過分析與綜合、分類與比較、抽象與概括等方法得出，學(xué)生在此過程中得到思維方法與探究能力的訓(xùn)練。

三、啟示

（1）相比我國的高中教材，美國高中教材清晰明了地設(shè)計了多種多樣的技能訓(xùn)練板塊，學(xué)生的思維及探究能力在這些活動中能得到很好的訓(xùn)練。我國高中生物教師也應(yīng)該合理地利用教材，整合課程資源，為學(xué)生的技能訓(xùn)練提供平臺。

（2）探究性學(xué)習(xí)除了讓學(xué)生動手外，還可以為學(xué)生提供思維訓(xùn)練的平臺，讓學(xué)生通過開動腦筋、思考來進(jìn)行科學(xué)探究。

[參考文獻(xiàn)]

[1][美]國家研究理事會，戢守志（譯）.國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999.

[2][美]奧爾頓·比格斯等，廖蘇梅、曾立等譯.科學(xué)發(fā)現(xiàn)者：生物·生命的動力[M].杭州：浙江教育出版社，2008.

[3]吳舉宏.做一名科學(xué)發(fā)現(xiàn)者[J].中學(xué)生物教學(xué)，2012（35）.

[4]朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（生物·必修2）[M].北京：人民教育出版社，2007：48.

（責(zé)任編輯黃春香）