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(shè)是開展探究性實驗的重要環(huán)節(jié)。科學方法論專家貝弗里奇曾說“假設(shè)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(jié)合具體真實的情景，引導學生親自作出假設(shè)。人教版高中生物學《必修1·分子與細胞》第五章第一節(jié)“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(guān)的探究性實驗。

1 作出假設(shè)

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

鍛煉學生作出假設(shè)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(shè)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(shè)。只要學生敢于假設(shè)，學生就給予肯定和鼓勵。

假設(shè)要有理有據(jù)。通過總結(jié)教學實踐經(jīng)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(shè)的路線圖，如圖1所示。

圖1 做出科學假設(shè)的思維路線圖

根據(jù)學校實驗室的器具和試劑等條件，結(jié)合文獻資料，經(jīng)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(shù)為3%的過氧化氫溶液，過氧化氫酶制劑（酶的質(zhì)量分數(shù)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(shè)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(shè)計：確定自變量及其梯度設(shè)置，思考影響實驗結(jié)果的無關(guān)變量的種類及控制無關(guān)變量相同且適宜的方法。各小組開展預(yù)實驗，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表等。

4 實驗步驟

4.1 溶液配制

配置物質(zhì)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(fā)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(guān)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(zhì)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(jù)實驗步驟實施實驗，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格，如實記錄實驗結(jié)果、實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題等。

5 實驗結(jié)果與討論

實驗數(shù)據(jù)見表2。將空白對照組過氧化氫酶活性定為100%，用各組產(chǎn)氧速率除以空白對照組的產(chǎn)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(shù)據(jù)構(gòu)建硫酸銅濃度對過氧化氫酶活性影響的數(shù)學模型。教師可以給學生發(fā)放坐標紙，以方便學生完成作圖；也可以將數(shù)據(jù)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(jié)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(jié)果記錄表（室溫9℃）

本研究結(jié)果與楊節(jié)、石雙群、高宗宣、朱鴻等人的相關(guān)研究相符，即在一定的濃度范圍內(nèi)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(jié)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(fā)現(xiàn)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(guān)。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(zhàn)，也是培養(yǎng)學生科學探究能力的必經(jīng)之路。在教學過程中，教師要密切關(guān)注學生的實驗進展，既要敢于放手，又要設(shè)置恰當?shù)碾y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(chuàng)新，落實立德樹人的根本要求，實現(xiàn)提升學生生物學學科核心素養(yǎng)的目標。