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        在“溫度影響酶活性”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)探究能力

        2016-08-21 02:38:24陳加敏鐘能政
        生物學(xué)教學(xué) 2016年9期
        關(guān)鍵詞:過(guò)氧化氫試管氣泡

        陳加敏 鐘能政

        (安徽省合肥市第一中學(xué) 230601) (安徽省教育科學(xué)研究院 合肥 230061)

        “探究影響酶活性的條件”是高中生物學(xué)教學(xué)中一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)[1]。本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是:根據(jù)探究的問(wèn)題設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案;學(xué)會(huì)控制自變量,觀察和檢測(cè)因變量的變化,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,歸納溫度對(duì)酶活性的影響規(guī)律;學(xué)會(huì)大膽質(zhì)疑,用證據(jù)進(jìn)行辯護(hù)。對(duì)于能否“用過(guò)氧化氫酶探究溫度對(duì)酶的影響”,在高中生物學(xué)教學(xué)中普遍持否定的態(tài)度,原因在于高溫會(huì)影響過(guò)氧化氫的分解,會(huì)導(dǎo)致溫度對(duì)過(guò)氧化氫酶活性影響的誤判。在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生利用新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%豬肝研磨液為材料,開(kāi)展“溫度影響酶活性”的探究活動(dòng),這樣的活動(dòng)不僅能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,提升學(xué)生的高階思維能力,而且有利于質(zhì)疑精神的培養(yǎng)。現(xiàn)將學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的層層質(zhì)疑、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)等探究的歷程總結(jié)如下。

        1 組織開(kāi)展實(shí)驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料和用具 3%過(guò)氧化氫溶液、新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%豬肝研磨液、蒸餾水和冰塊,以及量筒、燒杯、試管及試管架、滴管和水浴鍋等。

        1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果 首先采用體積分?jǐn)?shù)為3%的過(guò)氧化氫溶液,探究溫度對(duì)20%豬肝研磨液中過(guò)氧化氫酶活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 溫度對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響

        與預(yù)期完全不同的是,溫度對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響實(shí)驗(yàn)表明,在冰水中也有大量氣泡的產(chǎn)生,與37℃水浴中的氣泡產(chǎn)生量基本一致,說(shuō)明過(guò)氧化氫酶在0℃也有較強(qiáng)的活性;在沸水中水浴的過(guò)氧化氫酶溶液和過(guò)氧化氫溶液混合后氣泡產(chǎn)生速度相對(duì)很緩慢,說(shuō)明過(guò)氧化氫酶的活性受到了影響。實(shí)驗(yàn)證明,3%的過(guò)氧化氫溶液在沸水中并未出現(xiàn)大量氣泡,反而是0℃低溫(未出現(xiàn)對(duì)酶活性有明顯抑制效應(yīng))而出現(xiàn)大量氣泡。預(yù)期之外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果極大地促進(jìn)了學(xué)生的質(zhì)疑、討論和進(jìn)一步探究的熱情。

        2 鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑,進(jìn)行深入探究

        2.1 學(xué)生對(duì)“高溫影響過(guò)氧化氫酶活性”結(jié)果的質(zhì)疑 高溫條件下(沸水水浴)過(guò)氧化氫酶溶液與3%過(guò)氧化氫混合后少量氣泡的產(chǎn)生,經(jīng)過(guò)師生討論,認(rèn)為可能原因是:①沸水降低了酶的活性,但酶并未完全失活;②酶已失活,高溫使過(guò)氧化氫分解;③酶活性降低和溫度使過(guò)氧化氫分解的疊加效應(yīng)。為了證明是哪種原因正確,學(xué)生通過(guò)討論分析,設(shè)計(jì)了如下改進(jìn)實(shí)驗(yàn),探究高溫對(duì)酶活性的影響,實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 高溫對(duì)過(guò)氧化氫酶活性影響的探究實(shí)驗(yàn)

        學(xué)生通過(guò)對(duì)表2中各試管反應(yīng)中氣泡產(chǎn)生量的比較,發(fā)現(xiàn)試管1和2分別有大量和少量氣泡產(chǎn)生。與試管1對(duì)照,試管3實(shí)驗(yàn)是將經(jīng)過(guò)5 min沸水水浴的過(guò)氧化氫酶溶液放入37℃充分水浴后,再加入3% H2O2溶液,發(fā)現(xiàn)無(wú)氣泡的產(chǎn)生。說(shuō)明高溫破壞了酶的活性。試管4中加入等量的H2O代替過(guò)氧化氫酶溶液,發(fā)現(xiàn)試管2和4的氣泡產(chǎn)生速度相同,進(jìn)一步驗(yàn)證了試管2沸水中的酶促反應(yīng)結(jié)果是溫度升高使過(guò)氧化氫分解加快,而非酶的作用。學(xué)生通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出結(jié)論:高溫對(duì)過(guò)氧化氫酶活性有影響,且高溫使酶失活具有不可逆性。

        2.2 學(xué)生對(duì)“低溫影響過(guò)氧化氫酶活性”結(jié)果的質(zhì)疑 低溫(冰水水浴)對(duì)過(guò)氧化氫酶活性并未表現(xiàn)出明顯的抑制作用,師生討論后認(rèn)為可能的原因主要有:①0℃和37℃條件下酶的活性一致;②酶濃度過(guò)大,即使低溫(冰水)使酶活性下降,由于酶濃度較大,短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速度也可能較快,因此通過(guò)檢測(cè)氣泡產(chǎn)生速度或產(chǎn)生量不能檢測(cè)出低溫對(duì)酶活性的抑制效應(yīng)。為了證明兩種假設(shè)的正確與否,通過(guò)師生互動(dòng)交流,采用將20%豬肝研磨液稀釋50倍制備過(guò)氧化氫酶溶液,并設(shè)計(jì)了如下改進(jìn)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 低溫對(duì)過(guò)氧化氫酶活性影響的探究實(shí)驗(yàn)

        *表示20%豬肝研磨液的50倍稀釋液

        表3中試管1和2氣泡產(chǎn)生速度的比較表明,0℃和37℃條件下過(guò)氧化氫酶的活性并非一致,低溫顯著降低了酶的活性;試管3和試管1、2相比較,進(jìn)一步驗(yàn)證了低溫使酶的活性下降,但并未失活。因此,探究低溫對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響也是可行的。為了進(jìn)一步探究教材中提到的“低溫抑制酶的活性,而非使酶失活”的結(jié)論,師生討論并設(shè)計(jì)了試管4實(shí)驗(yàn),即經(jīng)過(guò)5min低溫處理的過(guò)氧化氫酶溶液,再放入37℃水浴條件進(jìn)行酶促反應(yīng),與試管1對(duì)照,氣泡產(chǎn)生量并無(wú)明顯差異,說(shuō)明低溫只是抑制了酶的活性,若調(diào)節(jié)溫度至最適溫度,酶的活性將升高。

        3 教學(xué)反思

        通過(guò)學(xué)生的自主探究,科學(xué)地證明了利用過(guò)氧化氫酶探究溫度對(duì)酶活性影響的可行性。實(shí)驗(yàn)表明,雖然高溫會(huì)使過(guò)氧化氫分解,但利用高溫使酶失活不可逆的特點(diǎn),完全可以探究高溫對(duì)酶活性的實(shí)驗(yàn)。而低溫不能完全抑制酶的活性。難得可貴的是,針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的預(yù)期之外的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,師生通過(guò)提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論等科學(xué)探究,最終找到解決問(wèn)題的方法。因此,該實(shí)驗(yàn)成功的開(kāi)展,學(xué)生不僅充分理解了溫度對(duì)酶活性影響的特點(diǎn),而且充分體現(xiàn)學(xué)生身上蘊(yùn)藏著巨大的潛力,同時(shí)也極大地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和科學(xué)探究能力的提升。

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