劉文奇

摘要 借助選修課本中相關(guān)實驗的原理和方法，將“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”和“探究溫度對酶活性的影響”兩個定性實驗改進為定量實驗，提高了學生的科學探究能力，有效發(fā)展了學生的科學思維，落實了學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞? 定量實驗蛋白質(zhì)檢測酶活性核心素養(yǎng)

中圖分類號 G633.91???????????? 文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2023）03-0068-03

實驗教學是培養(yǎng)學生科學探究能力的重要抓手，也是落實教學過程重實踐的基本途徑和方法之一?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版2022年修訂）》給出的教學建議中明確指出：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(zhì)，教師應給學生提供機會學習生物學研究中的測量方法，實事求是地記錄、整理和分析實驗數(shù)據(jù)、定量表述實驗結(jié)果等。將教材中的定性實驗改進為定量實驗，可增強知識內(nèi)容學習的可信度，促進學生對事物本質(zhì)的理解，并強化學生的實證意識，有助于科學探究素養(yǎng)的達成。下面以人教版《必修1·分子與細胞》中的兩個具體實驗為例，淺談定量實驗的案例改進。

1 檢測生物組織中的蛋白質(zhì)

1.1實驗分析

教材中介紹了蛋白質(zhì)檢測的基本原理、所用試劑和實驗操作，該實驗操作簡單、成功率高且現(xiàn)象明顯。但是這種僅限于試劑配制和結(jié)果觀察的定性實驗，既不能很好地鍛煉學生的實驗操作能力，又無法有效培養(yǎng)學生的科學探究能力。通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)，定量檢測蛋白質(zhì)含量的方法通常為紫外分光光度法和考馬斯亮藍法。這兩種方法雖能進行定量檢測，但均需借助分光光度計檢測吸光度值并對結(jié)果進行換算，操作復雜。因此，下文借用選修課本中“亞硝酸鹽含量的測定”的實驗原理和方法對“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”實驗進行定量改進。

1.2教學案例改進

改進后的實驗需要先確定已知濃度的標準蛋白質(zhì)溶液的顯色情況，接著用待測蛋白質(zhì)樣液與標準蛋白質(zhì)溶液進行比色，通過顯色的相近程度的來估測出待測樣液的濃度。具體實驗教學過程如下。

1.2.1創(chuàng)設情境，激發(fā)探究意識

教師展示資料：蛋白質(zhì)是人體生命活動的主要承擔者和體現(xiàn)者，是維持人體機能的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，人體每天需要從外界攝入一定量的蛋白質(zhì)，而日常生活中各種牛乳飲品都含有豐富的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)含量是衡量牛乳最重要的品質(zhì)指標之一，國家《生乳》標準規(guī)定生鮮乳蛋白質(zhì)含量應在2.8 g/100 g 以上。教師提出問題：市場上的牛乳飲品中蛋白質(zhì)含量達到這種數(shù)值了嗎？

1.2.2實驗原理

蛋白質(zhì)含有兩個以上的肽鍵，在堿性溶液中肽鍵與二價銅離子結(jié)合，生成紫紅色絡合物的顯色反應，其顏色的深淺與蛋白質(zhì)的含量成正比，而與蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量和氨基酸的組成無關(guān)。

1.2.3實驗材料和器具

牛的血清蛋白、待測的伊利純牛奶（蛋白質(zhì)含量為3.0 g/100 mL）、雙縮脲試劑、電子天平、燒杯、量筒、10 mL 的比色管、吸量管等。

1.2.4實驗步驟

①制作不同濃度的蛋白質(zhì)標準溶液：用實驗材料和器具準確配置1.0 g/mL的標準蛋白質(zhì)溶液，選取11支比色管，分別加入0，0.01，0.02，0.03，0.04，……，0.1 mL 的1.0 g/mL 的標準蛋白質(zhì)溶液，接著向比色管中加入3 mL 質(zhì)量濃度為0.1 g/ mL 的 NaOH 溶液并用蒸餾水定容到10 mL，混勻待用。

②制作待測的牛奶溶液：準確稱取1 mL 待測牛奶加入比色管，接著向比色管中加入3 mL 質(zhì)量濃度為0.1 g/ mL 的 NaOH 溶液并用蒸餾水定容到10 mL，混勻待用。

③比色：分別向蛋白質(zhì)的標準溶液和待測的牛奶溶液中加入5滴質(zhì)量濃度為0.01 g/mL 的 CuSO4溶液，振蕩搖勻。將待測牛奶溶液與標準蛋白質(zhì)溶液進行顯色比較，再根據(jù)顯色的相近程度和已知蛋白質(zhì)的標準溶液濃度，換算出待測牛奶的溶液的濃度。

1.3案例反思

該改進實驗雖不能準確測量出蛋白質(zhì)的具體數(shù)值，卻能把教材中的驗證性實驗轉(zhuǎn)換成可探究的定量實驗，方法操作簡單，對儀器的要求不高。通過該定量實驗，學生的科學探究能力得到提升，同時還能培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度以及正確使用實驗儀器的實踐能力。在進行該實驗時，教師也可引導學生思考為什么要對蛋白質(zhì)溶液進行稀釋后再進行比色，產(chǎn)生新問題，促進高層次探究思考。

2 探究溫度對酶活性的影響

2.1實驗分析

教材中給出了“用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響”的實驗建議，但未給出明確的實驗方法和具體的實驗步驟。通常情況下，教師會設置不同的溫度梯度，待反應結(jié)束后向試管中滴加碘液，通過試管顏色的深淺來比較溫度的影響，但實驗效果不明顯。教材在“進一步探究”中建議將該實驗改進為定量實驗，下面借助“纖維素分解菌的篩選”的原理對該實驗進行定量改進，通過測量透明圈的大小來定量說明溫度對酶活性的影響。

2.2教學案例改進

以選修課本實驗“纖維素分解菌的篩選”中透明圈的原理為啟發(fā)，用市場上的涼粉代替淀粉溶液，使該酶促反應在固體環(huán)境中進行，接著滴加碘液后觀察淀粉被分解后形成的分解圈，通過測量分解圈直徑即可定量計算淀粉酶的活性大小。由于教材中未呈現(xiàn)分解圈的相關(guān)內(nèi)容，需要教師進行相關(guān)的簡要說明。具體實驗過程如下。

2.2.1設置探究情境，提出探究問題

教師聯(lián)系生活實際，提出問題：為什么我們在發(fā)燒時會出現(xiàn)渾身乏力、食欲不振等癥狀？學生交流后，教師指出人體體溫恒定是保證細胞代謝穩(wěn)定進行的必要條件，溫度過高或者過低都會酶的活性，從而提出探究課題，請學生設計一個探究溫度影響淀粉酶酶活性的定量實驗。

2.2.2實驗原理

α-淀粉酶在不同的溫度下催化活性不同。將一定大小蘸有α-淀粉酶溶液的濾紙圓片放到固體的涼粉上，濾紙圓片上的淀粉酶可催化涼粉水解，待反應完成后加入碘液檢驗涼粉水解情況。由于濾紙圓片周圍的涼粉被水解，因此遇碘液不變藍而形成透明的分解圈，通過測量分解圈直徑的大小可定量反映酶活性。

2.2.3實驗材料和儀器

α-淀粉酶、涼粉、蒸餾水、碘液、濾紙圓片；冰箱（或冰塊）、恒溫水浴箱、培養(yǎng)皿、燒杯、量筒、吸量管、鑷子、毫米刻度尺等。

2.2.4實驗步驟

實驗前準備：教師預先配制好2%α-淀粉酶溶液、涼粉培養(yǎng)基、直徑為1 cm 的濾紙圓片、碘液。

①取12個潔凈的培養(yǎng)皿，分別編號1、1′、2、2′、……、6、6′，向1～6號培養(yǎng)皿中加入一定量的涼粉培養(yǎng)基；再將18個蘸有2%α-淀粉酶溶液的濾紙圓片平均分成六份，分別放入1′～6′的培養(yǎng)皿中待用。

②將1和1′號培養(yǎng)皿放置于0℃的冰箱中，2和2′號至6和6′號培養(yǎng)皿分別放置于20℃、30℃、40℃、50℃和60℃的恒溫水浴箱中，均保溫3分鐘。

③將同溫度下的濾紙圓片均勻放入對應的涼粉培養(yǎng)基中（如，1′號培養(yǎng)皿中的濾紙圓片放入1號培養(yǎng)皿中），各自保溫10分鐘。

④待反應完成后，分別向六個培養(yǎng)皿中加入3滴碘液進行顯色，接著用蒸餾水輕輕洗去碘液。

⑤用毫米刻度尺測量每個分解圈直徑的大小，記錄每個培養(yǎng)皿中三個分解圈的數(shù)據(jù)，取平均值。根據(jù)透明圈的大小可定量說明溫度對酶活性的影響。

2.3案例反思

該案例對實驗進行了定量化改進，可促進學生科學探究能力及思維水平的發(fā)展；實驗結(jié)果可視，效果明顯，可提升學生的探究興趣；實驗材料來自生活，容易獲得且操作簡單。該實驗還可以進一步探究溫度對酶活性影響的機制，即把反應測量后的1號培養(yǎng)皿和6號培養(yǎng)皿同時放置于適宜溫度的恒溫水浴箱中，來探究低溫抑制酶活性，高溫使酶失活的性質(zhì)。

生物學是一門以實驗為基礎(chǔ)發(fā)展起來的學科，教師在重視實驗教學的同時，還要想方法挖掘?qū)嶒炈夭?，盡可能在定性實驗的基礎(chǔ)上改進或拓展為定量實驗，使得學生在量的變化中了解事物的本質(zhì)，提高學生科學探究能力，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度，發(fā)展科學思維，從而真正落實學科核心素養(yǎng)。

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）[S].北京：人民教育出版社，2020：59.

[2]林建春.基于課程標準的高中生物學實驗教學改進——以“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”為例[J].中學生物學，2021，37（04）：35-37.