科学·技术·社会　酶为生活添姿彩教学实录与评析

《酶的作用和本质》教学设计

一、教学内容分析

酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，具有显著降低化学反应活化能的能力。本节课是第五章第一课，重点阐明了酶的本质和作用，细胞内外的物质转换和能量转换与酶的作用密切相关。只有真正理解酶的作用，才能更好地理解后续章节“细胞呼吸”和“光合作用的原理和应用”中涉及的一系列酶促反应，也才能为选修部分的学习打下良好的基础。

教学目标

1.了解细胞代谢的概念，阐述酶在细胞代谢中的作用和本质；

2.通过实验，引导学生自己分析酶的作用，并在实验过程中关注控制自变量、观察和检测因变量、对对照组和实验组的判断等基本实验知识；

3.通过让学生了解科学家对酶的认识逐步深化的探究过程，体验科学家透过现象看本质的思维方式和认识过程，激励学生实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。

教学重点和难点

教学重点：酶的作用和本质

教学难点：

（1）酶降低化学反应活化能原理的理解。

（2）相关变量和控制变量法的理解和应用。

（二）教学对象分析

高一学生通过初三、高一阶段的化学学习，对细胞外的纯化学反应中的催化剂如MnO2，给试管加热等操作的作用较熟悉，但是对于细胞内部的化学反应及生物催化剂──酶的认识少之又少。从《标准》的要求看，学生需要对酶的作用、本质和特性达到理解水平，即能够阐述并解释酶的概念、说明酶在细胞代谢中的作用。因此，教学需要通过实验和生活生产实践中的实例让学生体会到新陈代谢是生命活动的基础，而新陈代谢都是在酶的催化下进行的。教学过程中有两大难点：一是如何让学生主动分析出酶促使细胞代谢快速进行的原理──显著降低化学反应所需的活化能，二是理解在实验中如何科学地控制变量。

二、教学设计思路

“降低化学反应活化能的酶”是必修1第5章第1节的内容，包括“酶的作用和本质”“酶的特性”两部分。关于酶的作用，教材安排了实验──比较过氧化氢在不同条件下的分解；关于酶的本质，教材以“资料分析”的形式介绍了科学家对酶本质的探索历程。本节课主要由两部分组成。

一是4位学生以小品“谁最快”的表演穿插在演示实验过程中──通过学生的质疑和H2O2在不同条件下的分解的实验结果比较，得出在酶的催化下，反应是最快的，使学生体会出酶高效的催化作用，继而引导学生分析酶具有高效催化性的原理，教师要充分利用实验教学作为培养学生动手能力和思维能力的重要环节。“比较H2O2在不同条件下的分解”实验承载着多个教学目的，通过该实验，一方面使学生认识酶的催化功能，另一方面使学生学会实验设计和操作的方法及基本原则（确认和控制变量，单一变量原则、对照性原则等）。

二是通过学生认识科学家对酶本质的探索历程，了解酶的本质是怎样一步步被揭示的。

1

教材“资料分析”中有关酶的发现的文字介绍实质是人类认识酶的生命科学史。生命科学史对于培养学生的生物学素养乃至科学素养具有积极的意义，所以教师应合理、充分利用这样的素材，使学生沿着科学家探索生物世界的道路不断深入和提高。教学中可采用师生互动讨论和学生之间讨论的方式进行，要以学生讨论为主，使学生迸发思维的火花。

三、教学过程

教学进程

教师行为

同学们，在我们的生命历程中，每时每刻都要进行一系列的生命活动。如大脑思考，运动，维持体温恒定，及物质主动运输等，这些都涉及能量的产生与利用，但能量的产生和利用又需要细胞一系列的化学反应的进行，细胞内的一系列化学反应称为什么呢？在体外，化学反应要顺利进行，需要什么条件？在体内，细胞中的化学反应又如何进行呢？

学生行为

思考教师提出的问题，在教师的引导下围绕问题进行讨论。细胞内一系列的化学反应称为“细胞代谢”。

部分学生回答体外反应的条件：高温，高压，强酸强碱，甚至是MnO2等无机催化剂。

生成新问题：生物体内如此大量的反应是如何在常温，常压，PH近中性条件下快速地进行呢？

部分学生提出：催化剂──酶。

分析讨论，形成关于检测H2O2

的快慢的方法。

①单位时间内试管中气泡产生的量和速度②用带火星的卫生香插入试管液面上方，观察其卫生香的复燃情况。

4位同学在4支试管中各加入2ml的H2O2，分别在常温，90℃，2 滴Fe3+,2滴H2O2酶的催化下反应。

实验现象：单位时行为目标及说明

创设问题情境，激发学生学习的兴趣，通过能量的产生和利用需要一系列的化学反应的顺利进行，引入新课，为讲述酶的内容做铺垫。

利用问题导入新课，通过讨论生成新问题

H2O2在不同条件分解，究竟在什么条件下分解是最快的呢？

根据学通过实验──比较H2O2在不同条件下的分生的认解来验证。

知水平，介绍H2O2分解产生H2O和O2背景知识，

鼓励学Fe3+是无机催化剂及酶是有机催化剂等知生自主识。

探究，适提出问题：H2O2分解的快慢由什么指标来时引导

判断？

学生实施实验并穿插“谁最快”小品。学生分析实

培养学生分析解决实际问题的能力，拓展学生的思维，将化学学科和生物学科有机结合，加强学科间的联系，弱化难点。

培养学生学习的快乐情绪和感受，同时培养学生观察和分析实验现象的能力，对实验老师让4位同学在讲台上以“谁最快”的小品形式嵌入演示实验中，并引导其他学生观察实验现象，思考实验的结果和思考实验结果产生的原因。

2

验现象

间内气泡产生的量排序：

H2O2酶> Fe3+>高温>常温

带火星木棒复燃程度：

在H2O2酶催化下，木棒复燃

在

Fe3+催化下，木棒变亮

在高温下，木棒不复燃

在常温下，木棒不复燃。

同学们分析实验结果——H2O2在不同条件下分解速度比较：H2O2酶> Fe3+>高温>常温

4位同学的实验结束后，进行第一组实验的同学认为：实验可通过增加H2O2的量，使得H2O2在常温下反应速度是最快的；进行第三组实验的同学认为：实验可以同时加入2 滴Fe3+和2滴H2O2酶使得反应最快。

学生以小组为单位进行讨论得出第一组是对照组——实验条件未改变，二三四组是实验组——实验条件改变了。实验的反应条件是变量，H2O2的量，2滴等是无关变量。

同学们以小组为形式讨论得出：第一组不可以额外增加现象进行总结。让学生亲身感受到生物和化学的学科联系。

引导学生对变量做正确处理

老师陈述学生的实验结果——

H2O2在不同条件下分解速度比较：

H2O2酶> Fe3+>高温>常温，引导学生思考，是否可以同时再通过改变实验条件从而改变实验的结果。

培养学生分析解决实际问题的能力，思维进行迁移。

对实验中的变量等概念及单一变量等原则的理解

为了使实验更具有客观性、科学性和说服力，老师讲解了对照组，实验组，变量，无关变量及单一变量原则的概念。让学生分析此四个实验哪个是对照组，实验组，哪些是变量和无关变量。

引导学生思考实验中的变量应如何正确处理，明确对照实验的一般原则。

认识实验设计中的科

引导学生思考第一位同学和第三位同学提出的方案是否可行?是否科学? H2O2在不同条件下分解速度最终如何？

3 突出学生是学习的主体。利用探究实

学性。

H2O2的量，因为H2O2是无关变量，要保证相同且适宜。

第三组不可以同时加入H2O2酶，实验要遵循单一变量原则。

H2O2在不同条件下分解速度比较：

H2O2酶> Fe3+>高温>常温

学生观察H2O2在加热情况下反应加快的有关能量变化的动画，思考得出结论——加热使分子获得较多的能量，使分子从常态变成了活化态。同时概括活化能的概念：使分子从常态变成活化态所需要的能量称为活化能（阻力）

结论：加热可以促进H2O2分解。

学生观看H2O2在Fe3+和在酶的催化下的能量变化的动画，得出结论：在催化剂的催化下，没有给H2O2提供能量，只是降低了H2O2分解所需要的活化能，使H2O2的分解变得更容易。

验，强化科学思想方法的教育，培养学生科学探究的能力。同时可以培养学生解决问题的能力。

问题教学

分析实验设计要遵循等量原则和单一变量原则后，再总结

H2O2在不同条件下分解速度比较：

H2O2酶> Fe3+>高温>常温

同时提出问题：为什么第二个实验加热H2O2比第一个实验在常温下分解的速度快的原因是什么？在学生思考回答的基础上总结活化能的概念。

引导学生理解催化剂的作用机理。

提出问题：为什么H2O2在Fe3+和酶的催化下的反应速度比加热情况下反应速度更快呢，是催化剂为H2O2提供了能量吗？突出学生是学习的主体。为学习活化能的知识打好伏笔。

问题教学

充分利用影像资料，将抽象的知识形象化。

问题教学

思考为什么H2O2在酶的催化下比在Fe3+的催化下反应更快？

4 观看分析

Fe3+,酶降低化学反应活化能的动画”得出结

充分利用影像资料，将抽象的知识形

论—酶比Fe3+降低的活化能更显著。

象化，增加教学的直观性，有利于学生更容易对酶和Fe3+催化H2O2分解快慢本质的理解。

让学生进一步通过图来理解酶与Fe3+催化剂的催化效果比加热效果强，及酶比Fe3+的催化效果更强的知识。让同学们在三条能量曲线上表上反应条件。

学生通过思考理解和讨论后。根据在不同条件下反应所需的活化能的大小不同的特点。准确地标上三条曲线所对应的三种反应条件：加热，Fe3+及酶。

利用图形等形式讲解，加深印象，文字与图形结合。

能力提升

酶的催化效果如此强，那酶的化学本质是什么呢？

让学生理解科学家探索酶本质的历程，并让学生思考酶的本质是什么？酶是从哪里产生的？

资料1：斯帕兰扎尼实验；

资料2：巴斯德和李比希之争；

资料3：毕希纳实验；

资料4：萨姆纳从刀豆种子中提取到一种脲酶，并证明其化学本质是蛋白质；

资料5：20世纪80年代，美国科学家发现了一种酶，并证明这种酶是RNA。

分析讨论，从科学家的实验中得到的启示，并最终总结酶的定义——由活细胞产生的具有催化作用的有机物。其中大部分酶的化学成分是蛋白质，少部分酶的化学成分是RNA 。

引导学生分析酶的发现史资料，促使学生积极改变学习方式。

阅读材料思想体验酶的发现历程，总结酶的概念及本质

进行演老师引导思考：反应后的第四支试管不再示实验，产生气泡，是酶消失了吗？如何用相关的交流实实验证明？

验结果。

5 学生思考讨论——在第四支试管中加入2滴H2O2，看试管能否产生大量的气泡。

通过教师演示实验验证学生的猜想，培养学生的观察和分析

若有大量气泡产生，则说明酶在反应前后不变。

若没有气泡产生，则说明酶在反应后消失了。

实验现象：在加入2滴H2O2后，试管内产生大量气泡。

实验结论：酶在反应后未消失。

待试管反应完不再产生气泡时再在第四支试管加入H2O2酶但无气泡生成，则是因为H2O2已反应完了。

结论:酶在反应前后不变。

催化剂改变反应的速率，能改变反应的平衡点吗？让学生思考有关不同催化剂改变反应速率但不改变反应平衡的题目，有利于学生让抽象问题具体化，有利于学生的思考和总结。

老师引导思考：H2O2酶为什么要从新鲜的肝脏中提取？又为什么要将猪肝充分研磨？

教学延伸

学生做题后思考总结：催化剂可以改变化学反应所需要的时间即改变反应速率，但不改变反应的平衡点。

学生思考后回答：酶是从活细胞中产生的。因此新鲜的猪肝中的过氧化氢酶多且活性高。研磨有利于细胞中过氧化氢酶的释放，有利于酶与H2O2充分接触。

学生思考后回答：不一定。如H2O2酶及唾液淀粉酶等在细胞外也可起作用。

酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物。大部分是蛋白质，少部分是实验现象的能力，同时培养学生合理推导的能力。

巩固升华

自主学习，提升图文转换能力。

循序渐进，逐步深入。

能力升华

老师引导思考：酶是活细胞产生的，那酶是不是一定要在细胞内才能起催化作用呢？

引导学生总结酶的本质和作用场所及反应前后是否变化。

发散思维，知识迁移。

师生互动总结归纳

培养学生的理解及归纳总结能力。

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RNA，酶在细胞内外都起作用并且反应前后性质不变。

四、教学反思

生物学是一门以实验为基础的自然科学，生物学的理论基础离不开实验的操作。生物课堂上不仅需要教会学生如何学习科学知识，更需要教会学生如何获取知识，获取信息，如何对信息进行处理和分析。在课堂上培养学生的认真，务实，自觉思考，发现问题和解决问题的能力。于此同时，更需要通过教学的巧妙设计把时间归还给学生，让学生在课堂上发现自我，展现自我，提升自我。通过实验的现象的操作,分析和科学史的学习，培养学生认真，探索，坚持真理的态度。

1.在课堂上，尽可能让学生做学习的主体，老师起主导地位。尽可能把课堂的时间归还给学生。这就需要更多的学生参与到课堂上，让学生的思维得到碰撞，表达交流等能力得到锻炼和提升。这就需要老师在教学过程中不断的引导和提问，让学生多以小组为单位进行讨论和交流。

2.在高中生物教学课堂上，充分利用教材资源开设实验课及演示实验，让学生感受到生物知识无处不在，生物现象是那么的亲切，生物知识可以解释我们的现实问题。让学生们从内心里觉得生物学科是具体的，容易的，有趣的。让学生在课堂上多展示，多表达，多思考。让学生的思维在课堂上产生，交流和碰撞。

3.高中生物课堂上，除了让学生懂得更多的生物科学知识外，更要培养学生的素质和做人的品质。在实验过程中，让学生懂得要认真的观察实验的细节，对实验结果进行真实的记录，对实验现象进行思考和科学的分析。在科学史上的学习过程中，让学生明白科学知识的发现不是简单的过程，更需要科学家的认真和努力心血的付出。让学生懂得坚持和努力是美好的品德。

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