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1、专题4 酶的研究与应用“酶的应用”包括“研究酶的存在和简单制作方法”、“尝试利用酶活力测定的一般原理和方法”、“探讨酶在食品制造中的应用”、“探讨酶在洗涤等方面的应用”、“尝试制备和应用固相化酶”等五项具体内容标准。在人教版高中生物教科书中，这些具体内容标准体现在“果胶酶在果汁生产中的作用”、“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”和“ 酵母细胞的固定化”三个课题内容及具体要求方面。下面谈谈对“酶的应用”专题的教学组织。1. 探讨果胶酶在果汁生产中的作用 1.1 探究课题的确定 果胶酶是多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等一系列酶的总称，其作用是分解细胞壁及胞间层的半糖醛酸高分子聚合物，将果胶等物质分
2、解成可溶性的半乳糖醛酸等物质，使浑浊的果汁变得澄清，增加果汁的稳定性，提高果汁的品质。影响果胶酶活性的常见因素是温度和pH，因此，实验程序应起始于引导学生提出一个适于他们探究的问题。一般情况下，可将学生分成两大组，一组学生探究温度对果胶酶活性的影响，别一组探究pH对果胶酶活性的影响。在此基础上，可继续探究在适宜的温度和pH条件下，果胶酶的适宜用量，最后计算将水果通过果胶酶的作用形成果汁饮料的价值。1.2学生分组设计实验方案在必修模块的学习过程中，学生曾参与“影响酶活性的条件”一组探究实验。本实验的原理和操作基本步骤相对容易些，可让学生在阅读教材的基础上，确定下列实验流程及操作：在此基础上，要求
3、学生根据具体课题讨论实验设计中的变量，并提出相应问题供学生思考和讨论：（1）本实验的自变量是什么？因变量是什么？有哪些无关变量？（2）自变量如何进行定量控制？（3）因变量如何进行有效的检测？（4）怎样严格控制无关变量？下表是以不同温度对果胶酶活性探讨的分析，可通过表中的部分内容引导学生讨论。试管编号1号2号3号4号无关变量 50mL苹果汁无关变量5mL质量分数为2的果胶酶自变量20恒温水浴40恒温水浴60恒温水浴80恒温水浴 无关变量分开保温及保温时间等因变量检测生果汁产量（果胶酶活性检测）1.3操作注意事项 果胶酶的催化效果远不如过氧化氢酶明显，教师最好提前配制果胶酶溶液，适当增加果胶酶浓度
4、，以缩短实验时间。果胶酶价格较贵，酶液浓度过高会增加实验成本。果胶酶是利用微生物发酵生产的，适宜温度比较宽泛，实验设置的温度梯度可相应间隔大一些，可采取20、30、50、60、70等温度梯度。设置pH梯度时，可参考下述中的右图。测定酶活力的方法很多，除用单位时间内的果汁产量来反映酶活性外，比较科学的方法是用分光光度法测定，上图就是依据测定单位时间内果汁（橘子）的透光率而获得的酶活力数据，分光光度法不仅可以获得准确的数据，而且还可以减少实验的时间。2探讨加酶洗衣粉的洗涤效果加酶洗衣粉中一般添加了蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等酶制剂，可以有效地清除奶渍、油渍、血渍和果汁渍等不易清洗的污渍。该实验可分成几
5、个小的探讨课题：一是探讨普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果，二是探讨温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响，三是探讨加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果。三个课题可分组进行。 进行实验设计时要解决好控制变量的问题，可以启发学生讨论下列思考性问题：检验洗涤效果最好采用机洗、手洗，还是人工模拟洗衣机洗？为什么（人工模拟洗衣机洗。这是因为洗衣机太大，而污染太小，无法控制水量等无关变量；手洗时无法控制手的搓洗的力度和次数等）？ 用人工模拟洗衣机洗时需要考虑哪些因素（搅拌的方式、力度和时间需要保持一致等）？水温如何控制（水浴）？选择衣服还是布料为实验材料？对实验材料的质地有何要求？为什么（布料；布料应大小一致，相对较小
6、，而且为白色的棉布类；白色的棉布易吸附污渍，显色明显，洗后容易判断效果）？水的用量和洗衣粉的用量怎样确定（一般采用500 mL的水，洗衣粉的用量为1 g或1.5 g）？如何判断洗涤效果（比较污渍的大小和深浅）？ 等等。探究温度对加酶洗衣粉的影响时，学生往往会不加思索地设计从0 开始到100 的温度梯度，这时应提醒学生思考确定温度范围应考虑季节性变温，采用5 、10 （相当于冬季，下同）、15 、20 、25 （春季和秋季）、30 、35 （夏季），这7个水温值比较符合实际。一般来说，北方学生可探讨冬季（低温）时使用加酶洗衣粉的效果，南方学生探讨夏季（高温）时使用加酶洗衣粉的效果。3酵母细胞的固
7、定化3.1重视实验中的认知成分在生物技术实践活动中，经常涉及技术原理和实践意义等内容，实验教学中要重视这些认知成分。自1969年世界上首次成功地将氨基酰化酶固定化用于拆分氨基酶以来，固定化酶和固定化细胞技术得到迅猛地发展，已广泛应用于氨基酸的拆分和提纯、葡萄糖和果糖的生产、诊断和分析试剂的制造、消除环境污染、特定的化学反应等等。教学中，不仅应遵循人类对固定化技术的研究历程来逐步引导学生理解固定化技术的意义，而且要重视用典型实例（高果糖浆的生产）的剖析来引导学生认识固定化技术的应用价值。以下为人类对固定化技术的认识历程。常用的固定化技术：包埋法、吸附法和结合法，教学时先让学生讨论哪些方法适于酶固
8、定化？哪些方法适于细胞的固定化？在讨论的基础上加以总结如下：常用方法操作缺陷酶包埋法酶分子一般相对较小，容易从大分子有机物网格中逸出；如果反应物分子较大，则不易进入网格中与酶接触吸附法将酶吸附在不溶于水的载体上比较困难，同时酶也容易从载体上脱落结合法需要改变酶的某些结构（基团），酶的催化作用受到一定程度的影响细胞包埋法处于中心的细胞容易缺氧而受到损害，同时，反应原料不易进入到这些细胞之中3.2操作的注意事项本实验是一个定量实验，海藻酸钠溶液的浓度和酵母细胞溶液混合后的溶液浓度是决定实验成败的关键因素，这有赖于实验操作的各个环节严格按照要求进行。教学时结合下图分析可能存在的操作误差。从左图看，成
9、功的凝胶珠如珍珠状，色白而圆润，而那些不规则的凝胶珠在CaCl2溶液的位置通常是飘浮在溶液的上面或中间，这主要是混合溶液的浓度过小或混入空气而造成的。下表为实验步骤中的一些注意事项，可结合上图进行分析。实验步骤注意事项酵母细胞的活化活化时应用大一点的小烧杯，避免细胞溶液逸出，活化时间不易过长，20时只需1小时即可，该步骤由教师在课前完成配制CaCl2溶液可实验前配制好，放入冰箱中储存配制海藻酸钠溶液小火间断加热，并不断搅拌，直到完全融化，最后一定要定容海藻酸钠溶液与酵母细胞混合待海藻酸钠溶液冷却至室温时再混合，要充分搅拌并避免出现气泡。转移至注射器时，也要注意不要产生气泡固定化酵母细胞注射器与
10、CaCl2溶液的距离应保持在1米左右，混合溶液滴入烧杯时应保持匀速Ca2+与Na+交换需要一定时间，形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间。只有形成稳定的凝胶珠，才能在后续反应中进行利用。是否形成凝胶珠的检验方法是：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，若不容易破裂且没有液体流出，表明制备凝胶珠成功。还可以将凝胶珠用力摔打在实验桌上，若凝胶珠容易弹起，表明制备凝胶珠成功。 4 教学实施的总体建议4.1 做好实验预处理为方便大家提前做好准备，本人以人教版教材为例，将本专题所需要的仪器、设备和药品列表如下： 课题名称实验仪器和设备实验试剂或药品果胶酶在果汁生产中的作用榨汁机、烧杯、量筒、
11、锥形瓶、试管、漏斗、温度计、水浴箱、玻璃棒、注射器、酒精灯、三角架、石棉网等果胶酶、盐酸、氢氧化钠探讨加酶洗衣粉的洗涤效果普通洗衣粉、加酶洗衣粉、白棉布酵母细胞的固定化海藻酸钠、CaCl2、干酵母、葡萄糖4.2 做好课时安排及计划 以下为本专题的三个课题的课题数及其说明。课题名称课时数说明果胶酶在果汁生产中的作用3基本知识0.5；实验讨论及设计1；动手实验1；结果的分析与讨论0.5探讨加酶洗衣粉的洗涤效果3基本知识0.5；实验讨论及设计1；动手实验1；结果的分析与讨论0.5酵母细胞的固定化3基本知识1；实验讨论和操作1；实验结果的分析与讨论14.3 与研究性学习相结合果胶酶在果汁生产中的作用和
12、探讨加酶洗衣粉的洗涤效果这两个课题除在课堂上完成相应的实验外，如果学生感兴趣，可以组织部分学生进一步研究，对于课题1果胶酶在果汁生产中的作用，我们可以准确探讨果胶酶对苹果、橘子等果汁的最适宜的温度和pH；对于课题2，我们可以探究普通洗衣粉与加酶洗衣粉的洗涤效果的比较，同一加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果的比较，不同品牌的加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果的比较，这都具有实际意义，都会激发学生的探究兴趣。高中生物答题技巧有哪些高中生物答题技巧：选择题做题的速度不宜过快对于没有把握的题要随时标记，以便复查。（1）读题，标出关键词：如“正确或错误”“可或可能”“一定”“主要”等。（2）读完所有的选项：一是
13、防止遗漏，一是进一步验证所选答案。（3）不确定的先随意选一个，做需要做标记：一防涂卡出现错误，二是有时间后可以快速找到不确定的试题重新检查。（4）做完所有选择题，就转涂好答题卡。这一点特别重要，因为理综选择21个共126分，若最后涂卡，可能会因为心急造成的紧张导致涂卡出现严重的错误。高中生物答题技巧：图表题1、借助示意图这一截体，能让学生更深刻的理解某些生物学原理，同时可以有效地考查学生识图、分析和综合等方面的能力。因此解答此类题目时要注意:(1)首先要读懂题干文字，要充分利用题干文字给予的提示和说明;(2)要仔细审读图示中的各个细节部分包括图示标题、计量单位、指示线及标注名称、箭头或连线、题
14、注说明等;(3)严密分析设问，有针对性的从图示中寻找有关信息，并应用生物学基本概念和基本原理回答问题。2、表格是标书生物学内容的常用方式，它具有信息密集、比较性和条理性强的特点。在解答此类是提示要注意一下技巧：(1)弄清楚表格材料的描述对象或范围，包括看清题干的文字说明，看清表格名称，看清表格的第一行和第一列，看清有关说明等;(2)筛选信息，就是根据解决问题的需要，有选择的注意表格中的相关内容;(3)信息的处理和转换，即对表格中的数据进行整理，包括求总和、平均值、最大值、最小值、处理频率的高或低的数值等，有时可对表格中数据进行信息转换，如作图等，以便使结果更加清晰。高中生物答题技巧：简答类大题
15、(1)文字信息迁移题：解题时要认真阅读材料，针对材料提出的设问认真推敲，把握有效信息，找出真实内涵，揭示材料与设问之间的关系。答题时要紧扣题意，观点准确，要点全面。(2)曲线信息迁移题：解题时要通过阅读和分析图像，正确识标、明点和析线，理解图像中所表达的生物学内涵，将提取的有效信息转换为可利用的信息，最终迁移到新情境中去回答问题。(3)图示信息迁移题：一要认真阅读，弄清图示的内涵和外延;二要挖掘图示中的隐含条件，找出解题所需条件;三要运用已有生物学知识进行辨析，以获得准确答案。(4)表格信息迁移题：首先要看表格的名称、数据和备注等内容，明确解题所需的知识要点;再通过对表格中列举的数据进行全方位的比较，找到解决问题的突破口;最后分析原因，找到解决问题的方法。解答此类试题的关键在于分析表格中已存在的文字信息，然后根据所示信息，利用设问中的关键语句，搜索相应的信息，提取问题的答案。