有关“酶的催化效率”实验的改进与拓展
2022-06-08
摘 要 对人教版“酶的催化效率”实验的不足做了分析，从实验装置、实验试剂、实验步骤等方面进行了改进，使实验更加科学合理，直观有趣。适当的实验拓展有助于培养学生的实验能力、探究能力及创新能力，使教学更加高效。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词 过氧化氢酶 实验改进 拓展
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
“酶的催化效率”实验是人教版高中生物必修一第五章第一节的一个演示实验，通过比较不同试管内产生的气泡数量或卫生香的复燃状况，得出酶具有高效性的结论。实验原理简单，容易操作，却存在明显的问题与不足。下面针对该实验的不足，对“酶的催化效率”实验予以改进，使实验更加科学合理，直观有趣。
1 教材实验问题多多
1.1 对照实验不同步
教材实验分为两组，实验组试管（1号试管）中加入2 mL质量分数为3%的过氧化氢溶液和2滴新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液;对照组试管（2号试管）中加入等量的过氧化氢溶液和2滴质量分数为3.5%的氯化铁溶液。两支试管反应不同步，对照不明显，第二支试管进行实验时，第一支试管中基本没有气泡产生，不利于实验结果的获得。
1.2 催化剂的用量不科学
实验中第一支试管加入2滴新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液，第二支试管中滴入2滴新配置的质量分数为3.5%的氯化铁溶液。催化剂的用量不相等，不符合实验设计的单一因子变量原则。
1.3 实验现象不易观察，存在安全隐患
实验中1号试管中产生的气泡数量很多，但是坐在两边和后排的学生很难观察到实验结果。近前观察的学生互相推搡，教学秩序混乱，教学效果不好。卫生香的点燃及复燃等操作极易导致安全事故。
1.4 实验材料不易获取，仪器不易清洗
实验要用新鲜的肝脏做材料，若肝脏不新鲜，实验效果就不好，许多时候学校很难找到新鲜的肝脏。实验完毕后，肝脏研磨液极易粘附在试管内壁上，很难清洗。若用马铃薯制备过氧化氢酶，材料来源广泛，在仪器上粘附性小，实验仪器容易清洗，可避免过氧化氢酶粘附在试管内壁上造成后面实验的失败。
2 改进方案
2.1 改进后的实验材料与用具
铁架台、20×200 mm的大试管、带导管的橡皮塞、注射器、红色大气球、2个大小、蓬松程度相同的棉花球、体积分数为3%的过氧化氢溶液、新鲜的质量分数为3.5%的马铃薯研磨液、质量分数为3.5%的氯化铁溶液。
2.2 改进后实验装置（图1）
2.3 实验步骤的调整
取上述装置2套，编号为A、B，A组试管中加入2滴新鲜的质量分数为3.5%的马铃薯研磨液，B组试管中加入2滴新鲜的质量分数为3.5%的氯化铁溶液，用带导管的橡皮塞将试管口塞紧，然后用注射器同时向两个试管中分别注入2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液。
2.4 实验结果观察
加有马铃薯研磨液的试管（A组）迅速产生大量的气泡，对应的气球快速充气膨大，加有氯化铁溶液的试管（B组）气球充气的速度明显较慢。此实验装置结构简单，实验现象直观有趣，激发了学生探究问题的兴趣。
3 结果处理与拓展
在教学过程中，有学生质疑，若有足够长的时间，A、B两组气球的体积应该一样大，有学生则持反对意见。教师可适时进行引导探究：（1） 催化剂能够加快化学反应的速度的原因是什么？（2） 若催化剂种类不同，化学反应平衡后同种产物的浓度大小相同吗？通过质疑、讨论、分析、比较，学生发现，当A、B两试管中有等量的过氧化氢时，虽然酶的种类不同，最终产生的O2量应该相等的。随着讨论的继续，时间的延长，学生发现A、B两组气球的体积大小趋向一致。实验结果与理论分析一致，至此，教师可引导学生画出A、B两试管中O2的产生量与时间的关系（图2），随机引导学生得出结论：酶能缩短达到化学平衡所需的时间，但不改变化学反应的最终平衡点，酶具有高效性。
若教学时间宽余，教师可利用改进装置进行实验探究，以培养学生的知识迁移能力，发散探究能力及创新能力。
（1） 验证酶具有催化性。
取该装置A、B两套，A组试管中加入2滴蒸馏水，B组试管中加入2滴马铃薯研磨液，其他条件相同，比较两组气球的大小验证试验结论。
（2） 探究底物浓度对酶促反应的影响。
取该装置A、B两套，A组试管中加入质量分数为3%的过氧化氢溶液2 mL，B组试管中加入等量的质量分数为5%的马铃薯研磨液，其他条件相同，5 min后比较两组气球的大小得出结论。
（3） 探究酶浓度对酶促反应反应的影响。
取该装置两套，A组试管中加入4滴马铃薯研磨液，B组试管中加入2滴马铃薯研磨液，其他条件相同，5 min后比较两组气球的大小得出结论。
本实验装置改变了教材实验中分步滴加过氧化氢溶液和氯化铁溶液的步骤，通过该装置实现了两组实验的同步观察，实验过程安全可靠，实验结果直观有趣，增加了实验的科学性和准确性，拓展实验促成了现有知识的转移和运用，大大提高了学生分析、概括、抽象、推理、演绎、发散及创新的能力，使教学更加严谨，更加高效。
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关键词 过氧化氢酶 实验改进 拓展
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
“酶的催化效率”实验是人教版高中生物必修一第五章第一节的一个演示实验，通过比较不同试管内产生的气泡数量或卫生香的复燃状况，得出酶具有高效性的结论。实验原理简单，容易操作，却存在明显的问题与不足。下面针对该实验的不足，对“酶的催化效率”实验予以改进，使实验更加科学合理，直观有趣。
1 教材实验问题多多
1.1 对照实验不同步
教材实验分为两组，实验组试管（1号试管）中加入2 mL质量分数为3%的过氧化氢溶液和2滴新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液;对照组试管（2号试管）中加入等量的过氧化氢溶液和2滴质量分数为3.5%的氯化铁溶液。两支试管反应不同步，对照不明显，第二支试管进行实验时，第一支试管中基本没有气泡产生，不利于实验结果的获得。
1.2 催化剂的用量不科学
实验中第一支试管加入2滴新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液，第二支试管中滴入2滴新配置的质量分数为3.5%的氯化铁溶液。催化剂的用量不相等，不符合实验设计的单一因子变量原则。
1.3 实验现象不易观察，存在安全隐患
实验中1号试管中产生的气泡数量很多，但是坐在两边和后排的学生很难观察到实验结果。近前观察的学生互相推搡，教学秩序混乱，教学效果不好。卫生香的点燃及复燃等操作极易导致安全事故。
1.4 实验材料不易获取，仪器不易清洗
实验要用新鲜的肝脏做材料，若肝脏不新鲜，实验效果就不好，许多时候学校很难找到新鲜的肝脏。实验完毕后，肝脏研磨液极易粘附在试管内壁上，很难清洗。若用马铃薯制备过氧化氢酶，材料来源广泛，在仪器上粘附性小，实验仪器容易清洗，可避免过氧化氢酶粘附在试管内壁上造成后面实验的失败。
2 改进方案
2.1 改进后的实验材料与用具
铁架台、20×200 mm的大试管、带导管的橡皮塞、注射器、红色大气球、2个大小、蓬松程度相同的棉花球、体积分数为3%的过氧化氢溶液、新鲜的质量分数为3.5%的马铃薯研磨液、质量分数为3.5%的氯化铁溶液。
2.2 改进后实验装置（图1）
2.3 实验步骤的调整
取上述装置2套，编号为A、B，A组试管中加入2滴新鲜的质量分数为3.5%的马铃薯研磨液，B组试管中加入2滴新鲜的质量分数为3.5%的氯化铁溶液，用带导管的橡皮塞将试管口塞紧，然后用注射器同时向两个试管中分别注入2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液。
2.4 实验结果观察
加有马铃薯研磨液的试管（A组）迅速产生大量的气泡，对应的气球快速充气膨大，加有氯化铁溶液的试管（B组）气球充气的速度明显较慢。此实验装置结构简单，实验现象直观有趣，激发了学生探究问题的兴趣。
3 结果处理与拓展
在教学过程中，有学生质疑，若有足够长的时间，A、B两组气球的体积应该一样大，有学生则持反对意见。教师可适时进行引导探究：（1） 催化剂能够加快化学反应的速度的原因是什么？（2） 若催化剂种类不同，化学反应平衡后同种产物的浓度大小相同吗？通过质疑、讨论、分析、比较，学生发现，当A、B两试管中有等量的过氧化氢时，虽然酶的种类不同，最终产生的O2量应该相等的。随着讨论的继续，时间的延长，学生发现A、B两组气球的体积大小趋向一致。实验结果与理论分析一致，至此，教师可引导学生画出A、B两试管中O2的产生量与时间的关系（图2），随机引导学生得出结论：酶能缩短达到化学平衡所需的时间，但不改变化学反应的最终平衡点，酶具有高效性。
若教学时间宽余，教师可利用改进装置进行实验探究，以培养学生的知识迁移能力，发散探究能力及创新能力。
（1） 验证酶具有催化性。
取该装置A、B两套，A组试管中加入2滴蒸馏水，B组试管中加入2滴马铃薯研磨液，其他条件相同，比较两组气球的大小验证试验结论。
（2） 探究底物浓度对酶促反应的影响。
取该装置A、B两套，A组试管中加入质量分数为3%的过氧化氢溶液2 mL，B组试管中加入等量的质量分数为5%的马铃薯研磨液，其他条件相同，5 min后比较两组气球的大小得出结论。
（3） 探究酶浓度对酶促反应反应的影响。
取该装置两套，A组试管中加入4滴马铃薯研磨液，B组试管中加入2滴马铃薯研磨液，其他条件相同，5 min后比较两组气球的大小得出结论。
本实验装置改变了教材实验中分步滴加过氧化氢溶液和氯化铁溶液的步骤，通过该装置实现了两组实验的同步观察，实验过程安全可靠，实验结果直观有趣，增加了实验的科学性和准确性，拓展实验促成了现有知识的转移和运用，大大提高了学生分析、概括、抽象、推理、演绎、发散及创新的能力，使教学更加严谨，更加高效。