探究影响酶活性的因素（实验）教学设计案例

“探究影响酶活性的因素”实验教学设计

一

教材分析

“探究影响酶活性的因素”是沪教版教材高中生物第一册第四单元第1节《生物体内的化学反应》后的实验内容。在此之前，学生们已经学习了酶的相关知识和酶的特性实验，这为本次实验奠定了基础，同时本次实验通过探究PH和温度对酶活性的影响，有助于学生后面理解光合作用和细胞呼吸，并且通过亲身体验，让学生获得感性经验，对知识有更深入的理解。同时也可以培养学生的创新能力、自主学习能力和实验操作技能等。

二

教学目标

1、

知识与技能

（1）通过实验探究，使学生理解影响酶活性的因素。

（2）通过文献资料的分析，培养学生逻辑推理、分析问题的能力。

（3）掌握实验设计的方法：自变量、因变量及无关变量的控制，对照组的设置等。

2、

过程与方法

（1）从现实生活中的现象发现和提出问题，引导学生提出假设，并通过自主设计实验方案，培养学生的自主学习能力，提高学生的科学思维和创新能力，并在实验过程中提高学生的实验操作技能。

（2）在实施实验的过程中收集实验数据，并对实验结果进行分析讨论，能科学表达实验结果。

3、

情感态度与价值观目标

（1）通过实验探究，培养学生科学探索的精神、合作意识、实事求是和严谨的科学态度。

（2）激发学生对生物学的兴趣，学会用发现的眼光探索现实生活中的生物学问题，将所学的理论应用于现实生活中。

三

学情分析

高一的学生对生活中的一些现象有强烈的好奇心，也会利用储备的知识对问题进行观察分析，并能提出解决方案，创新意识比较强。在本次实验之前，学生已经学习了关于酶的概念、本质和特性等方面的内容，对酶有了一定的认识，有助于对本节课内容问题的分析、实验方案的设计以及现象的描述。同时学生刚刚做过“探究酶的高效性”实验，对实验探究的方法和过程有一定的了解，为本次实验打好了基础。

四

教学重难点

重点：探究温度和PH 对酶活性的影响。

难点：实验方案的设计以及实验操作的规范性、科学性和准确性。

五

教学过程

教学教师活动

步骤

学生活动

学生完成实验设计方案（探究PH和温度对酶活性的影响）

1%过氧化氢溶液、2%酵母菌溶液、质量分数为3%淀粉溶液、质量分数为0.25%淀粉酶溶液、碘液、5%HCL、5%NaOH 、沸水、冰水混合物、斐林试剂、不同的PH溶液等。

器材：若干支注射器、输液管、试管、试管夹、酒精灯、（1）课前学生参照教材，设计实验方案，教师收集方案并批阅，总结出典型实验方案。

（2）教师组织兴趣小组同学按照典型实验方案（探究PH对酶活性的影响）进行预实验，如实地记录实验现象，并录成微视频。

设计意图

培养学生实验设计的能力，通过兴趣小组对典型方案进行预实验，录成微视频，大大节省课堂时间。

课前教师准备各种试剂及器材：

试剂：新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为准

备

石棉网、温度计、大烧杯、量筒、滴管、白色点滴板、三脚架、PH试纸、火柴等。

创设情境

导入新课

（1）教师出示以下资料：

资料1：当人消化不好的时候，医生会给开多酶片，呈现多酶片说明书，上面写着“多酶片是由胰酶、胃蛋白酶复合而成，该药品在酸性条件下易破坏”，这样的一个生活实例，告诉我们什么因素影响酶活性呢？

资料2：“雕牌”超效加酶洗衣粉，其包装袋上印有成分：含有生物酶等，用法：用温水溶液进行浸泡衣服，为什么？

（2）教师引导学生作出假设：PH、温度可能会影响酶的活性。那么假设是否正确呢？需要我们先设计实验方案，然后实施实验，以此来验证我们的假设是否正确，最后得出结论，这正是科学探究的一般流程。

学生思考、分析资料并回答问题。

通过图片和实物展示，培养学生资料分析的能力，培养学生学会提出问题并作出相应的假设，领悟“科学探究”的基本流程。

1、

评价“探究PH对酶活性的影响”实验方案

（1）教师播放课前录制的微视频，以此来呈现学生设计的典型实验方案，并组织全班同学从可行性和科学性的角度来评价实验方案。

小组合作讨论实验方案，小组代表发言。

方案1的实际结果与预期结果基本相符，说明过酸、过碱降低酶活性，该方案具有科学性利用微视频让全班学生评价实验方案。

师生评价、完善实验方案

（2）教师出示文献资料，引导学生阅读文献，进一步评价、完善实验方案。

资料1：在《PH对淀粉酶活性影响实验的再探究》一文和可行性；方案2加入5%NaOH的试管中没有出现蓝色，与预期结果不符，该方案不具有可行性；方案3实际结果与预期结果相符，具有可行性和科学性。

通过评价实验方案，培养了学生科学思维能力，分析问题的能力。

培养学生阅读文献、分析资料、逻辑推理能力。

基于资料1的分析，学中提到：“碘与NaOH反应，产生无色的碘化钠和次碘化钠，生得出结论：方案2实失去作为检测试剂的功能，影响对实验结果的判断。”

提出问题：“方案2真的不能用碘液检测吗？”

资料2：在《“PH对α—淀粉酶活性影响”探究活动的实验优化》一文中提到：“将0.01mol/LHCL溶液、0.01mol/LNaOH溶液设置为酸、碱环境条件；检测试剂为碘液的反应体系为：3%淀粉溶液与0.1%α—淀粉酶溶液各际结果与预期结果不相符的原因所在

。

基于资料2的分析，学生得出结论：只要优化酸碱条件，也可以用碘

1mL，25℃下反应5min；检测试剂为斐林试剂反应体系为：液检测。

6%淀粉溶液2mL,0.1%α—淀粉酶溶液1mL，25℃下反应10min。”

提出问题：资料1中提到过量的酸可能与Cu(OH)2反应，基于资料3的分析，学那么方案3中实际结果为何却与预期结果一致呢？

生得出结论：按方案3资料3：在《“PH影响淀粉酶活性的探究》一文中提到：操作，实验结果存在偶“新制斐林试剂中的Cu(OH)2加入酸性溶液中会被破坏，那么需要加入多数斐林试剂才能保证试管中有足够的Cu(OH)2 呢？如果用斐林试剂检测还原糖，注意斐林试剂的用量为5%HCL用量的2倍。”

然性，容易掩盖了问题的本质。所以综合考虑，方案1可行性更强。

过渡：兴趣小组同学在方案1的基础上，扩大了PH范

通过播放兴趣小组微视频，不仅节省围，此时教师播放兴趣小组“探究PH对H2O2酶活性的影响”

的微视频，请同学们思考：该实验结果能否直观地反映出PH对H2O2酶活性的影响吗？ 提出问题：如何设计实验方案，定量探究PH对H2O2酶活性的影响？

过渡：教师指导兴趣小组上网查阅文献，并整理资料如下，课上呈现给学生(图1)：

图1 不同研究者的实验装置的改进

学生们回答：不能，因为它是定性实验。

课堂时间，而且让全体学生对实验现象有整体认识。

通过提供众多研究者的实验装置，让学生意识到实验探究需要前期查阅大量文献的重要性。

培养学生的创新思维、动手操作的能力以及科学探究的能力。

过渡：基于前人的研究，兴趣小组同学对该实验进行

了如下改进：①实验材料的改进：用酵母菌溶液代替肝脏研磨液；②实验装置的改进（如图2）：

图2

改进的实验装置

培养学生学会评价实验方案，学会控

小组讨论，由小组代表发言评价实验方案。

方案1实验步骤缺乏科学性、严谨性。因为2、

评价“探究温度对酶活性的影响”实验方案

（1）教师呈现“探究温度对酶活性的影响”的典型实验方案，组织全体学生讨论、评价实验方案。

加入淀粉酶之后再控制温度，那么当淀粉酶一加入，其中的淀粉酶马上催化淀粉水解，就会产生实验误差，对实验结果造成干扰，也就得不出温度对酶活性影响的正确实验结果。方案3也不可取，因为斐林试剂在检测还原糖时，需

（2）教师出示文献资料，引导学生阅读文献，进一步修改、完善实验方案。

资料4：在《“探究温度对酶活性的影响”实验的探究》一文中提到：“α-淀粉酶失活的温度为85℃，使α-淀粉酶失活的保温时间至少控制在6min。”

资料5：在《“温度对淀粉酶活性的影响”实验的改进》一文中提到：“将α-淀粉酶的质量分数降至0.25%，实验获得了良好的重现性。”

基于上述文献资料的分析，将实验进行了如下改进：①淀粉酶溶液的浓度调整为0.25%；②保温时间至少延长至8min；③采用白色点滴板观察现象。

因此，在方案2的基础上制定了新的实验方案：

要水浴加热，加热的过程中会改变原本预设的温度，最终的实验结果不能保证是在原有温度下的真实进行的实验结果。

制实验变量的科学方法，分析问题，总结归纳的能力。

学生分析资料，进一步修改完善实验方案。

实施实验

（1）教师出示探究活动的具体内容及任务分工，组织全班同学同时开展两个探究实验。

【活动1】：提供以下实验材料：1%过氧化氢溶液、2%酵母菌溶液、注射器、输液管、不同的PH溶液，探究PH对H2O2酶活性的影响。

【任务分工】：以6个人为一组，组1-组5合作完成该实验，完成后，将实验数据记录下来，组长将本组数据填写到电脑端的Excel表格中。

【活动2】：提供以下实验材料：温度计如干支、60℃水浴、0℃冰水混合物、90℃水浴、3%淀粉溶液、0.25%淀粉酶溶液、碘液、探究温度对淀粉酶活性的影响。

【任务分工】：以6个人为一组，组6-组9合作完成该实验，完成后，将实验现象拍照上传到微信群。

学生按照活动提示要求和任务分工，小组合作探究完成实验。

培养学生实验操作的能力、合作探究的能力。

1、“探究PH 对H2O2酶活性的影响”的实验结果（如图3）

培养学生实验结果分析的能力、利用EXCEL软件处理实验数据的能力以及数学模型建构的思想、学会分析曲线图的能力。

结果

分析

图3

PH对酵母菌过氧化氢酶活性的影响

与交2、“探究温度对淀粉酶活性的影响”的实验结果（如图4）

流

图4

“温度对淀粉酶活性的影响”的实验结果

利用希沃助手软件及时将每个小组的实验结果投在大屏幕上。提出问题：“为什么0℃组没有出现预期的蓝色，而出现红褐色？”

教师出示文献资料6，并引导学生分析其原因。

资料6：淀粉与碘，形成紫蓝色的复合物。淀粉酶水解淀粉是一个逐步进行的过程，淀粉水解不同阶段的中间产物遇碘有不同的颜色反应，最后才形成遇碘不显色的麦芽糖和葡糖糖，其颜色变化顺序依次为紫蓝色（淀粉）→紫色→红褐色→红棕色→无色（麦芽糖、葡糖糖）。

实验延伸：低温组如果升高温度，能否提高酶活性？而高温组如果降低温度，酶活性能否恢复？此时教师出示兴趣小组做的实验结果（如图5），让学生分析。

升

温

降

温

学生发现实际结果与预期实验结果不一致。

通过阅读文献资料，

不难发现：低温（0℃）并没有完全丧失酶的活性，低温组比60℃组的酶活性低而已，所以没有被彻底水解变成麦芽糖和葡糖糖，而是形成了中间产物。

小组讨论，代表发言：低温组如果升高温

通过拓展实验，激发学生的思维能力以及通过实验现象学会分析问题、总结归纳的能力。

0℃

100℃

度，酶活性也随之提高，而高温组降低温度，酶活性不会恢复。

图5

低温组和高温组分别升温、降温处理后的实验结果

多酶片的主要成分是胃蛋白酶，淀粉酶和胰酶，而它们各自的作用方式及环境各不相同。前两者是在酸性环境

回归生活学以致用

下活性大，水解蛋白及多肽类而助于消化，而后者是在中性及偏碱环境下活性大，起分解蛋白，消化脂肪和转化淀粉的作用，所以不能混用。根据此性质，药厂将这三种药制成“双层片”，即先将胰酶包肠溶衣片，再将胃蛋白酶，淀粉酶包在外层。

请同学们利用本节所学知识解释“为什么服用此药不能嚼碎，而应整片吞服？

小组讨论，小组代表发言。

通过“服用多酶片”的注意事项，培养学生学会利用生物学知识解决现实生

活中问题的能力。

六

教学反思

1

生物学学科核心素养的有效达成。

以多酶片、加酶洗衣粉学生身边生活常见的实例引入课题，既能激发学生兴趣，又贴近生活，让学生体会到生物学知识就在我们身边。通过现实生活的例子，引导学生做出假设、设计方案、实施实验、得出结论，整个过程培养了学生“科学探究”的能力。通过课前设计实验方案，兴趣小组实施方案，课上教师呈现兴趣小组预实验的结果，并通过文献资料的穿针引线，步步为营，帮助学生进一步修改、完善实验方案，最终让学生理解了从定性到定量实验的本质。“评价实验方案”这个环节无疑锻炼了学生的科学思维能力。最后用本节课所学知识解释“多酶片的服用方法”，不仅培育了学生的“社会责任”，也让学生领悟了“结构与功能相适应”的生命观念。

2

教学组织的优化、实验的创新保证了本节实验课的高效。

（1）课前组织兴趣小组针对全班学生设计的典型实验方案进行预实验，录成微视频，课上播放给学生，大大节省了课堂时间，并能把真实的结果反馈给学生，为下一步评价实验方案奠定了基础。

（2）本节课的探究课题包括两个内容——温度和PH对酶活性的影响，由于课容量大，如何在有限的一节

课内将整个实验按照学生的认知逻辑去组织教学是本节课的一个难题。为了突破此难点，我采取如下教学策略：第一，首先教师课下查阅大量文献，以文献资料为支点，按照学生的认知水平，由设计定性实验过渡到设计定量实验，通过构建数学模型，让学生意识到定量实验更能准确地反应“酶活性大小”或“酶促反应速率”。第二，课上先组织学生评价实验方案，然后分组同时探究两个子课题。课前通过大量预实验，对实验进行创新性的改进，优化实验方法，提高课堂教学效率。比如利巧妙用注射器和酵母菌完成“探究PH对过氧化氢酶活性的影响”；通过优化反应时间、淀粉及淀粉酶浓度保证“探究温度对淀粉酶活性的影响”的顺利进行。

3

信息技术与实验教学的有效融合。

教师通过希沃助手、无线网络，实现了大小屏互动，随时展示学生的实验操作和实验结果，实现了师生高效的互动，提高了实验教学效率。