温度对酶活性影响的实验创新与拓展
理综学科部 罗小霞
摘要：生物学是一门以实验为基础的学科，实验是检验科学假设、形成科学理论的实践基础。学生通过实验操作, 可以提高学习生物学的兴趣, 体验知识能力的获得过程, 学会生物学的研究方法。因此，学生通过实验操作所获得的认知是无法用习题训练替代的。在开展学生实验时，需要教师对实验进行改进和拓展，提高实验的趣味性，简便性，使得实验结果更加清晰。本文以人教版高中生物必修一《分子与细胞》第三章第三节“探究温度对酶活性的影响”为例，对实验中的材料和装置做出了改进，并在此基础上做了拓展性探究实验。改进后的实验结果明显，操作简单，实验材料都是来自于生活中的蔬菜水果，能让学生把所学知识联系到生活饮食、卫生、环境保护等中来，宣传生命、安全、环保意识，体现了社会责任素养在高中生物教学中的渗透。
关键字：探究实验 生物学科素养
人教版高中生物必修一《分子与细胞》第三章第三节“探究温度对酶活性的影响”的探究活动可以培养学生设计实验、独立操作及分析实验数据的能力, 帮助学生认识生物科学的价值, 养成勇于实践的科学精神和科学态度。学生根据实验现象和收集到的数据, 体验数据处理、结果分析的过程, 提高了科学探究的能力。但是在教学过程中, 由于实验操作具有连贯性, 受实验装置的影响, 实验成功率较低。通过不断的思考和实验, 本文在实际操作中对这两个实验的材料和装置做出了改进，并提出探究问题拓展实验。
1. 创新实验
1.1 实验一：“探究温度对酶活性的影响”实验材料的改进
人教版高中生物必修一《分子与细胞》中“探究温度对酶活性的影响”用的实验材料是质量分数为3%的可溶性淀粉、质量分数为2%的新配置的淀粉酶溶液、碘液。
改进材料：含有过氧化氢酶的蔬菜或水果：菠菜、韭菜、大白菜、黄瓜、土豆、香蕉；新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。
理由：改进后的实验材料都是来自于生活中的蔬菜水果，能让学生把所学知识联系到生活饮食、卫生、环境保护等中来，宣传生命、安全、环保意识，体现了社会责任素养在高中生物教学中的渗透。
1.2 设计实验
给学生提供可以选择的多种材料和探究问题，各小组依据兴趣选择探究问题和材料设计实验。提供的探究问题和材料见附件1。
1.3 实验过程
（1）切取大小、厚度、形状相同的猕猴桃或香蕉片，分别置于沸水、冰水和常温水中处理3分钟。
（2）分别取出用不同温度处理过的三组猕猴桃或香蕉片，置于培养皿中，各滴加3滴新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。
（3）观察并比较三组实验中产生气泡的多少。
1.4 实验结果
图1 用猕猴桃探究温度对酶活性的影响 图2 用香蕉探究温度对酶活性的影响
1.5 实验结论
实验一中，用猕猴桃和香蕉都可以探究温度对酶活性的影响，其中高温处理组都没有气泡产生，冷水处理组产生气泡较少，常温处理组产生气泡较多。说明温度过高会使过氧化氢酶失活，低温会降低过氧化氢酶的活性。
2 . 拓展实验
2.1 探究问题：探究不同生物组织中过氧化氢酶的含量
人教版高中生物必修一《分子与细胞》中观察酶的活性强弱或酶的含量多少指标是过氧化氢分解产生的气泡多少或卫生香复燃的情况。
改进装置及观察指标：用塑料注射器代替试管，观察指标为活塞上升高度。
理由：改进后的装置简单易行，而且观察指标明显，可以量化。
2.2 设计实验
给学生提供可以选择的多种材料和探究问题，各小组依据兴趣选择探究问题和材料设计实验。提供的探究问题和材料见附件1。
2.3 实验过程
（1）分别称取5g土豆、猕猴桃和菠菜，在研砵中充分研磨，将提取液分别倒入塑料注射器中。
（2）用装有提取液的注射器分别吸取2ml新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，用橡皮塞封住针头，摇匀后平置于实验台。
（3）观察不同材料针管中活塞上升的高度。
2.4 实验结果
图3 探究不同生物组织中过氧化氢酶的含量
2.5 实验结论
实验二中针管中活塞上升高度结果为：菠菜＞土豆＞猕猴桃，说明相同质量蔬菜或水果中菠菜中过氧化氢酶含量最高，猕猴桃过氧化氢酶含量最少。
3. 实验总结
3.1 探究温度对酶活性的影响
由于加热会使过氧化氢分解，影响实验现象，教材中建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，但如果实验材料只有过氧化氢和过氧化氢酶能否设计实验探究温度对酶活性的影响呢？学生开动脑筋，不能加热过氧化氢，那可不可以直接对过氧化氢酶加热，探究温度对酶活性的影响。实验过程如下：将香蕉切成大小、厚度相同的片状，分别放在冷水、常温、加热到80℃水中保温处理；取出香蕉片放入培养皿中，标记好；分别向不同温度的香蕉片滴加三滴过氧化氢溶液；观察香蕉片上气泡产生的情况。常温和冷水条件下香蕉片表面产生气泡较多，加热到80℃香蕉片上无气泡产生，充分说明高温使酶失活。但由于室内温度与冷水相差不大，使常温和冷水条件下的香蕉片产生的气泡无明显差别。将香蕉片替换为猕猴桃也出现同样的现象。
3.2探究不同生物组织中过氧化氢酶含量
采用两种不同方式进行，第一种是直接将菠菜、土豆、香蕉、研磨，过滤滤液，取等量滤液加入三支的试管当中，分别向三支试管中加入等量的过氧化氢，用拇指将试管口盖住，摇匀，然后用带火星的卫生香检验氧气产生的情况。实验结果：加入菠菜、土豆研磨液的试管能迅速产生丰富的气泡，并聚集在试管液面上。将带火星的卫生香放在试管口变的明亮，但没有发生复燃的现象。可能的原因有产生的氧气的量较少，或因为产生气泡较多，影响氧气的释放，实验过程中应加入消泡剂。实验过程中由于香蕉研磨粘稠，试管难清洗，因此香蕉研磨液不适合本实验。由于第一种实验方法不能直观的观察卫生香复燃的情况，为使实验现象更加明显，采用第二种方法。将菠菜、土豆、猕猴桃研磨，取三支塑料注射器，将针管和金属针筒分离待用。用金属针头插入胶塞中备用。将研磨液加入三支塑料注射器中，分别吸取等量的过氧化氢溶液后，将带有胶塞的金属针筒插到针筒上，充分反应，观察针筒上升的高度，了解各生物组织中过氧化氢的含量。针筒上升的高度明显，产生气泡丰富。结果发现加入菠菜研磨液的针筒上升较高，可迅速产生气泡。上述材料中菠菜易得，成本低，耐保存，易研磨，易清洗，可作为替代动物肝脏研磨液的较理想材料。
主要参考文献：
[1]中华人民共和国教育部 《普通高中生物学课程标准（2017年版）》[S]北京：人民教育出版2017.
[2]许林燕.搭建探究性学习平台，发展学生学科核心素养[J].中学教学参考，2018.
[3]谭雪云.温度对酶活性影响的实验探究与改进[J].实验教学与仪器，2005,22(4):14.