有關(guān)“酶的催化效率”實驗的改進與拓展

羅建義

摘 要 對人教版“酶的催化效率”實驗的不足做了分析，從實驗裝置、實驗試劑、實驗步驟等方面進行了改進，使實驗更加科學(xué)合理，直觀有趣。適當(dāng)?shù)膶嶒炌卣褂兄谂囵B(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Α⑻骄磕芰皠?chuàng)新能力，使教學(xué)更加高效。

關(guān)鍵詞 過氧化氫酶 實驗改進 拓展

中圖分類號 G633.91 文獻標(biāo)志碼 B

“酶的催化效率”實驗是人教版高中生物必修一第五章第一節(jié)的一個演示實驗，通過比較不同試管內(nèi)產(chǎn)生的氣泡數(shù)量或衛(wèi)生香的復(fù)燃狀況，得出酶具有高效性的結(jié)論。實驗原理簡單，容易操作，卻存在明顯的問題與不足。下面針對該實驗的不足，對“酶的催化效率”實驗予以改進，使實驗更加科學(xué)合理，直觀有趣。

1 教材實驗問題多多

1.1 對照實驗不同步

教材實驗分為兩組，實驗組試管（1號試管）中加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液和2滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液;對照組試管（2號試管）中加入等量的過氧化氫溶液和2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液。兩支試管反應(yīng)不同步，對照不明顯，第二支試管進行實驗時，第一支試管中基本沒有氣泡產(chǎn)生，不利于實驗結(jié)果的獲得。

1.2 催化劑的用量不科學(xué)

實驗中第一支試管加入2滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液，第二支試管中滴入2滴新配置的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液。催化劑的用量不相等，不符合實驗設(shè)計的單一因子變量原則。

1.3 實驗現(xiàn)象不易觀察，存在安全隱患

實驗中1號試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量很多，但是坐在兩邊和后排的學(xué)生很難觀察到實驗結(jié)果。近前觀察的學(xué)生互相推搡，教學(xué)秩序混亂，教學(xué)效果不好。衛(wèi)生香的點燃及復(fù)燃等操作極易導(dǎo)致安全事故。

1.4 實驗材料不易獲取，儀器不易清洗

實驗要用新鮮的肝臟做材料，若肝臟不新鮮，實驗效果就不好，許多時候?qū)W校很難找到新鮮的肝臟。實驗完畢后，肝臟研磨液極易粘附在試管內(nèi)壁上，很難清洗。若用馬鈴薯制備過氧化氫酶，材料來源廣泛，在儀器上粘附性小，實驗儀器容易清洗，可避免過氧化氫酶粘附在試管內(nèi)壁上造成后面實驗的失敗。

2 改進方案

2.1 改進后的實驗材料與用具

鐵架臺、20×200 mm的大試管、帶導(dǎo)管的橡皮塞、注射器、紅色大氣球、2個大小、蓬松程度相同的棉花球、體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液、新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的馬鈴薯研磨液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液。

2.2 改進后實驗裝置（圖1）

2.3 實驗步驟的調(diào)整

取上述裝置2套，編號為A、B，A組試管中加入2滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的馬鈴薯研磨液，B組試管中加入2滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液，用帶導(dǎo)管的橡皮塞將試管口塞緊，然后用注射器同時向兩個試管中分別注入2 mL體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液。

2.4 實驗結(jié)果觀察

加有馬鈴薯研磨液的試管（A組）迅速產(chǎn)生大量的氣泡，對應(yīng)的氣球快速充氣膨大，加有氯化鐵溶液的試管（B組）氣球充氣的速度明顯較慢。此實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，實驗現(xiàn)象直觀有趣，激發(fā)了學(xué)生探究問題的興趣。

3 結(jié)果處理與拓展

在教學(xué)過程中，有學(xué)生質(zhì)疑，若有足夠長的時間，A、B兩組氣球的體積應(yīng)該一樣大，有學(xué)生則持反對意見。教師可適時進行引導(dǎo)探究：（1） 催化劑能夠加快化學(xué)反應(yīng)的速度的原因是什么？（2） 若催化劑種類不同，化學(xué)反應(yīng)平衡后同種產(chǎn)物的濃度大小相同嗎？通過質(zhì)疑、討論、分析、比較，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，當(dāng)A、B兩試管中有等量的過氧化氫時，雖然酶的種類不同，最終產(chǎn)生的O2量應(yīng)該相等的。隨著討論的繼續(xù)，時間的延長，學(xué)生發(fā)現(xiàn)A、B兩組氣球的體積大小趨向一致。實驗結(jié)果與理論分析一致，至此，教師可引導(dǎo)學(xué)生畫出A、B兩試管中O2的產(chǎn)生量與時間的關(guān)系（圖2），隨機引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：酶能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需的時間，但不改變化學(xué)反應(yīng)的最終平衡點，酶具有高效性。

若教學(xué)時間寬余，教師可利用改進裝置進行實驗探究，以培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力，發(fā)散探究能力及創(chuàng)新能力。

（1） 驗證酶具有催化性。

取該裝置A、B兩套，A組試管中加入2滴蒸餾水，B組試管中加入2滴馬鈴薯研磨液，其他條件相同，比較兩組氣球的大小驗證試驗結(jié)論。

（2） 探究底物濃度對酶促反應(yīng)的影響。

取該裝置A、B兩套，A組試管中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液2 mL，B組試管中加入等量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的馬鈴薯研磨液，其他條件相同，5 min后比較兩組氣球的大小得出結(jié)論。

（3） 探究酶濃度對酶促反應(yīng)反應(yīng)的影響。

取該裝置兩套，A組試管中加入4滴馬鈴薯研磨液，B組試管中加入2滴馬鈴薯研磨液，其他條件相同，5 min后比較兩組氣球的大小得出結(jié)論。

本實驗裝置改變了教材實驗中分步滴加過氧化氫溶液和氯化鐵溶液的步驟，通過該裝置實現(xiàn)了兩組實驗的同步觀察，實驗過程安全可靠，實驗結(jié)果直觀有趣，增加了實驗的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，拓展實驗促成了現(xiàn)有知識的轉(zhuǎn)移和運用，大大提高了學(xué)生分析、概括、抽象、推理、演繹、發(fā)散及創(chuàng)新的能力，使教學(xué)更加嚴(yán)謹(jǐn)，更加高效。