“降低化学反应活化能的酶——酶的作用和本质”教学实录

王国荣（江苏省常州市北郊高级中学213031）

1 教学分析

人教版高中《生物》必修1中“降低化学反应活化能的酶”酶的作用和本质是学习细胞代谢的基础。知识难度不大，而其中对照实验规范、变量分析和实验结论阐述和生物学研究思想的领悟是关键，对学生探究学习能力的提高有较大帮助。另外，本节内容与日常生活联系紧密。就学生而言，已具有过氧化氢和催化剂化学知识准备，对酶也有初步了解；然而学生对照实验设计和实验结论表达存在不足，需培养得以改进。酶的作用、本质和酶催化作用机理以及对照实验思想和控制变量的科学方法是本节的教学重点；酶的作用实验探究、对照实验基本思想和生物学研究基本思想领悟是本节的教学难点。

2 教学策略

学习是一个“再发现”过程。利用学生已有知识、教学问题、任务驱动、科学史材料、角色扮演等创设情境，通过认知冲突促进学生发现学习对象隐藏的规律。利用下定义等策略帮助学生发现和阐述现象背后的规律，借助科学史材料进行个性化解读，对规律进行有效归纳。“降低化学反应活化能的酶”酶的作用和本质教学可以利用各种资源，包括学生的已有知识、教学资料、实验体验、图片等引导学生自主建构，通过教学对话，促进学生发现、领悟和发展。

3 教学目标

3.1知识目标 说明酶在细胞代谢中的作用、本质。

3.2能力目标 学会实验探究基本方法；学会分析、设置实验自变量；观察和检测因变量以及对照设置方法等。

3.3情感态度与价值观目标 通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进，体验生物学研究基本思想。

4教学过程（教学实录）

4．1联系生活导入新课

教师展示教学资料：“过氧化氢——水溶液俗称双氧水，医用消毒剂。细胞代谢过程中也会产生H₂O₂，会伤害细胞中蛋白质和DNA等正常大分子。”阐述：平时人们对小伤口常用双氧水清洗消毒，用来杀灭细菌。伤口消毒主要杀灭细菌，杀灭细菌可能原因是什么？细胞代谢过程中也会产生过氧化氢，人体细胞却没有受到伤害，可能原因是什么呢？

学生：可能破坏细菌的DNA和蛋白质，或者破坏细胞吧。人体细胞没有破坏，可能在细胞内像涂双氧水冒泡一样被迅速分解掉了。

设计意图 利用学生熟悉的生活经验创设情境，激发学生探究的热情。

4．2利用已有知识，尝试实验

教师：过氧化氢在初三化学中学过。展示教学资料： MnO₂催化的2H₂O₂=2H₂O+O₂化学反应。MnO₂是催化剂，投影先行组织者：“催化剂——能改变其他物质化学反应速率，本身质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。催化剂具有高度专一性。”MnO₂催化过氧化氢分解过程中反应前后不变。引起过氧化氢分解的因素很多，三氯化铁和猪肝提取液与过氧化氢混合会有什么现象？

教师展示教学资料：“实验——有FeCl₃溶液、猪肝研磨液、3%H₂O₂溶液、试管、量筒、火柴和卫生香，尝试量取2mlH₂O₂，分别滴加FeCl₃溶液或猪肝研磨液2滴进行实验，观察实验现象。”组织学生实验。学生实验。

教师发现学生实验不规范，教师演示实验过程并组织学生观察。教师投影实验结果相关截图引导学生观察。

教师：本实验结果可以通过气泡情况或者卫生香复燃与否加以描述。提问学生，如何记录实验过程呢？展示过氧化氢分解反应实验记录相关表格。

步骤		试管编号
		1	2
一	H2O2 浓度	3%	3%
	剂    量	2ml	2ml
二	滴加液体	FeCl3液	肝脏研磨液
	剂     量	2滴	2滴
结果	气泡产生	较多	大量
	卫生香燃烧	变亮	复燃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

教师：根据这个表格，你的结论是什么？

学生1：过氧化氢酶具有催化作用。

学生2：能产生氧气，气泡与产生氧气的量有关

学生3：能产生能量；过氧化氢酶的催化能力比三氯化铁催化能力强。

教师：你们认为过氧化氢酶的催化能力比三氯化铁催化能力强，其前提是三氯化铁和过氧化氢酶是催化剂。追问，“基于实验结果，一定能得出它们具有催化作用或者它们是催化剂？肝脏含有很多物质，起催化作用的一定是过氧化氢酶吗？”

设计意图利用已有经验和已有概念知识，尝试通过实验体验进行概念学习。让学生暴露个人思维缺陷，进行思维训练。

4．3进行对照实验规范教学

学生：要做对照实验。通过对照实验才可以说明它们具有催化作用。

教师展示教学资料：对照实验和实验变量——阅读课本P₇₉，对概念划线。

学生阅读完毕，教师投影几个概念资料：“对照实验——除了一个因素以外，其他因素都保持不变的实验,包括实验组和对照组。自变量——在对照实验中，人为改变的变量。因变量——随自变量的变化而变化的变量。无关变量——除自变量外，对实验结果造成影响的可变因素，一般控制在最适状态。”同时教师基于投影“生物对照实验设计原则：单一变量原则（对照原则）、平行重复性原则、适宜性原则、科学性原则。”

教师：单一变量原则即实验设计过程中控制其他因素（因子）不变，只改变其中某一因素，观察其对实验结果的影响；科学性原则指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期要有科学依据，实验的各个环节都不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其它科学领域的基本原则；平行重复原则即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。

展示教学资料：“比较过氧化氢在不同条件下的分解速率”表格

步骤		试管编号
		1	2	3	4
一	H2O2浓度	3%	3%	3%	3%
	剂量	2ml	2ml	2ml	2ml
二	反应条件	常温	90℃	常温FeCl3	常温肝脏研磨液
	剂量	2滴水	2滴水	2滴	2滴
三	气泡产生	不明显	少量	较多	大量
	卫生香燃烧	不复燃	不复燃	变亮	复燃

教师提问：找出相应的自变量和因变量，实验组和对照组。

教师：以1和2两组为例，自变量、因变量是什么？

学生：温度变化是自变量；气泡产生情况，或者卫生香能否复燃是因变量。

教师：温度变化是自变量，气泡产生情况，或者卫生香能否复燃是因变量。而过氧化氢的年度、剂量和加的水、三氯化铁和猪肝研磨液的剂量是无关变量，它们需要相同和最适。

教师：1和3，1和4两组的相应自变量分别是什么。

学生：三氯化铁的猪肝研磨液的有没有。

教师：1和3，1和4两组实验能否说明三氯化铁和肝脏研磨液是不是催化剂？

学生：可能是催化剂，还需看反应前后三氯化铁有没有发生变化。1和4肝脏研磨液可能具有催化作用。至于是不是过氧化氢酶的催化，需要提纯。

教师：对照实验，可以确定实验结果（因变量）的不同是由于自变量的不同。通过上面对照实验，可以确定三氯化铁和肝脏研磨液具有催化作用。当然建立在反应前后三氯化铁和肝脏研磨液没有发生变化的基础上，暂且默认。我们的结论是三氯化铁和过氧化氢酶是催化剂。

展示习题，引导学生思考：“为了证明加酶洗衣粉比普通洗衣粉具有更强的去污效果，生物实验小组的同学把同样的脏布条放在不同的烧杯内浸泡。这样设计实验，可以达到实验目的吗？”

烧杯	条件	水量	水温	浸泡时间
1	加酶洗衣粉20g	500ml	35℃	20min
2	普通洗衣粉20g	500ml	60℃	20min

学生：不能。自变量有两个：温度和条件。

教师：如何调整？还可以研究什么？

学生：将60℃改成35℃。在教师的引导下，学生认为可以将普通洗衣粉改成加酶洗衣粉。研究不同温度下的作用。学生认为温度弧影响酶的活性。教师建议，如果将加酶洗衣粉改成普通洗衣粉，研究什么呢？变式训练学生对对照实验的理解。归纳：对照实验要遵循单一变量原则。

教师：酶是什么？

学生：酶是催化剂，过氧化氢酶的催化效率比三氯化铁高。

教师：酶是催化剂，催化效率高。这样能够满足细胞代谢的需要。

设计意图 通过表格分析，通过12对照实验的示范分析后引导学生体验，促进学生对对照实验规范的领悟。同时加强实验结论表达规范的培养。通过变式训练，加深对对照实验规范的领悟反馈。

4．4直观教学，概念形成

教师：为什么过氧化氢酶的催化效率远高于三氯化铁呢？教师投影图片（图1），引导学生思考。探究酶的作用机理。

展示教学资料：1molH₂O₂由常态变为容易发生化学反应活跃的状态时需要吸收75KJ的热量。活化能——分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

展示动画：常态、加热、Fe³⁺、过氧化氢酶不同情况下作用机理的动画。(截图如图2)

展示教参资料：在20℃测得的过氧化氢分解的活化能表格和课本P₅₂图5-2

条件	活化能/kJ·mol-1
没有催化剂催化 用胶态铂催化 用过氧化氢酶催化	75 54 29

组织学生归纳：酶的催化作用机理——降低活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更明显，催化效率更高。

教师：你能用其他更简捷的方法来验证酶的催化效率高？

引导学生思考。然后投影表格验证学生的思考。

序号	项目	试管
		1	2
1	H2O2溶液	2ml	2ml
2	正常肝脏研磨液	2滴	/
3	稀释100倍的肝脏研磨液	/	2滴
4	现象	猛烈燃烧	猛烈燃烧
5	结论	酶的催化效率高

提问：酶到底是什么？

归纳：酶是催化剂；酶能降低化学反应活化能。酶的催化效率比无机催化剂要高。

追问：酶的本质是什么呢？

设计意图 通过图片和动画，引导学生发现，主动掌握机理和酶的概念。

4．5问题驱动，学科思想习得

教师展示材料：快速阅读课本“关于酶本质的探索”，和三个问题：①他们在酶的认识历程中分别有什么发现？②基于他们的研究，体现的生物学探索思想是什么？③用自己的话给酶下个定义。要求学生阅读课本P₈₁资料分析，完成下列表格。

现象或实验	推论或结论
斯帕兰扎尼实验
巴斯德实验
李比希实验
毕西纳实验
萨姆纳实验
切赫和奥特曼实验

教师：斯帕兰扎尼实验——鸟类的胃是既有物理性消化，也有化学性消化；巴斯德实验——发酵与活细胞有关。发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用（这个观点是不对的）。李比希实验——引起发酵的是细胞中的某些物质。但是这些物质只有在酵母细胞死亡后才能发挥作用（这个观点是不对的）。毕西纳实验——酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。萨姆纳实验——酶是蛋白质。切赫和奥特曼实验——少数的RNA具有催化作用。

展示教学资料：酶学研究简史——1773年，意大利科学家斯帕兰札尼进行消化实验，将肉块放入金属笼让鹰吞下去，一段时间后笼内肉块消失。1857年，巴斯德（Pasteur）认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年，屈内（Kuhne）首次提出Enzyme一词。1897年，毕希纳（Buchner）兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。获得1907年诺贝尔奖。1926年，独臂青年化学家萨姆纳（Sumner）首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。接着，美国化学家诺思谱双把一系列酶提纯出来，证明它们都是蛋白质。他俩因而共同获得了诺贝尔奖。从此，几十年来科学家公认酶的成分是蛋白质。1982年，切赫（Cech）和奥特曼（S.Altman）首次发现少数RNA也具有酶的催化活性。1983年的诺贝尔奖。……

教师：酶学研究，生物学探究过程的规律是：现象→结构→物质。 继续提问学生：酶是什么？用自己的话描述。

学生：酶是催化剂，能降低化学反应活化能。酶是蛋白质或RNA。

展示教学资料：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。

教师：对酶的概念进行划线，并进行标注。酶的产生——活细胞；本质——大多数是蛋白质，少数是RNA(有机物)；作用——催化作用；作用机理——降低化学反应活化能；场所——细胞内或细胞外。

展示资料：据统计，至今已发现2000多种酶，其中被提纯并结晶的有100多种，作为商品生产的有120多种，应用到工厂中的就有60多种。它们在食品、医药、制革等数十个行业上发挥着巨大的作用。

设计意图 通过问题驱动学生阅读，提炼生物学基本思想。

5 教学反思

学生进入课堂，头脑中不是一片空白。本节课借助学生的已有经验展开教学，利用已有的生活经验如伤口双氧水消毒，初中过氧化氢催化实验和小实验等创设情境。利用师生之间的认知冲突展开教学，在变式训练的预设和生成中加以内化和发展。通过材料展示，不断驱动学生对核心概念本质内容的发现、领悟，追求学生的有效发展。