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1、探究pH对酶活性的影响的创新设计吉林省吉林市第一中学校李晓影1 .指导思想创新始于质疑，质疑止于探究。符合学生认知规律的生物实验课堂应该注重学生的情感 体验和探究能力的发展，让学生像科学家一样探索和理解未知的知识，更重要的是，在探究 活动中能培养学生的创新意识和创新能力。因此，教师要精心设计探究活动，以改变思维方 式，提高生物科学素养。2 .教学分析2.1 教材分析探究影响酶活性的条件是高中生物必修1分子与细胞模块的第二个探究实验。 此探究实验包括以淀粉酶为材料的“探究温度对酶活性的影响”和以过氧化氢酶为材料的“探 究pH对酶活性的影响”两个内容实验。通过实验探究，学生可以亲自获得酶的活性受到
2、温 度和酸碱度影响的实验证据，还可以通过定量的探究实验认识酶活性的范围。为学习影响光 合作用和呼吸作用的因素等知识奠定基础。同时有助于学生对探究实验的方法和实验操作技 能等能力的提升。2.2 学情分析2.2.1 知识基础学生已经学习酶的本质，了解到高温可以引起蛋白质的变性，但是对于低温、酸和碱等 因素对蛋白质的影响还需通过亲自探究才能认识。2.2.2 能力基础在学习“探究植物细胞吸水和失水”之后，学生对实验探究方法有了一定的体验和感悟, 但是对于变量分析，设计实验方案，设计对照实验和重复实验等还缺少训练。在探究过程中, 还需要教师的引导和指导。2.2.3 心理基础苏霍姆林斯基曾经说过：“在人的
3、心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自 己是一个发现者、研究者、探索者。”学生的思维是比较活跃的，且常以研究者的心态审视 所学，有尝试修改所学内容的欲望，并试图让他人接受自己的创新成果。这种心态会刺激学 生的思维，提高学生学习的热情，而且学生动手能力较强，具有一定的生活经验，小组合作 学习氛围浓厚，便于开展探究活动。依此，教师要给予学生思维和实践的空间。3 .教学目标3.1 知识目标：说明影响酶活性的条件3.2 情感态度与价值观目标：体验科学探究过程，养成科学精神和科学态度形成良好的自我认知和自我评价。3.3 能力目标：进行探究实验,学会控制自变量,观察和检测因变量的变化以及设置对照组
4、和重复实验。 在探究过程的问题讨论中，运用语言表达的能力以及分享信息的能力。3.4 重点：探究pH对酶活性的影响。3.5 难点：控制变量的科学方法；对实验的设计和实施4 .教学策略4.1 在实际教学中遇到的困难4.1.1 新教材设计的两个探究活动，在一节课很难完成。且发现学生在一节实验课中虽 然处理了很多问题，却不能在头脑中呈现一个完整的探究过程；4.1.2 通过探究只能得到温度和pH对酶活性有影响，具体影响到什么程度，温度和pH 对酶活性影响的曲线是如何绘制的，通过实验都未能得到量化；4.1.3 学生用肝脏研磨液进行实验时，发现的一些问题如：肝脏易变质；反应时产生大 量气泡，甚至溢到试管外，
5、不利于卫生香的检测；使用卫生香复燃程度检测实验结果具有主 观性，难于量化，也直接影响实验结果的观察和分析，且也增加了实验难度，导致学习效率 低下。4.2 解决策略4.2.1 理论依据普通高中生物课程标准（实验）的课程实施建议：“除教科书中的案例外，教师可以 用多种方式创设问题情境，鼓励学生提出自己感兴趣的问题，并选择其中最有探究价值的问 题作为小组或全班共同研究的课题:4.2.2 具体策略第一，对学生发现的问题进行指导并鼓励其创新，形成创新成果，目的是想找到一些常 见材料和可量化实验装置来代替肝脏和卫生香进行实验，以便取得更好的实验效果。第二，对教材资源进行整合，利用学生的创新成果，增加了定量
6、实验，让学生在量的变 化中了解事物的本质。教师给学生提供机会学习量的测定，实事求是地记录实验结果，用曲 线的形式定量表述实验结果，根据曲线可以直观的看出不同pH对酶活性影响的程度，从而 得出结论。第三，选择探究pH对酶活性的影响一个完整的实验进行深入研究，可节省时间， 打造高效课堂。4.3 教法和学法布鲁纳认为：“知识的获得是一个主动的过程，学习者不应是信息的被动接受者，而应 该是知识获取的主动参与者J因此在本节课的设计中，我利用多媒体辅助教学，采用探究 式实验教学的方法，指导学生通过分析变量和小组合作讨论常规实验设计方案，学会如何控 制变量的科学方法。安排科研小组汇报创新成果，以激发学生的创
7、新思维，培养学生的分享 信息的能力。通过自己亲自动手操作实验，亲自获得pH对酶活性影响的实验证据，主动发 现并构建核心知识。5 .教学过程课前准备指导学生预习相关知识。指导学习小组利用教材所给的材料，尝试设计常规的实验方案。课前指导生物兴趣小组改进实验材料、实验装置等，并形成成果。意图：提高学生自学能力，为课上节省大量的时间，对难点内容进行分析和讨论，学生在解决 实际问题中体会如何控制变量的科学方法。5.1 创设情境，导入新课观看视频一一食物在人体内消化的过程，提出问题：唾液中的淀粉酶进入胃液中还能分 解淀粉吗？引导学生分析并作出假设：pH降低可能影响酶的作用；pH降低可能会促进酶 的作用，如
8、胃蛋白酶在酸性条件下分解蛋白质。然后设问：究竟哪种观点正确呢？激发学生 探究的欲望和学习的兴趣。5.2 常规实验设计实验材料和变量分析，训练学生如何设置自变量、观察和检测因变量，排除无关变量, 以明确实验设计思路组织学生组内讨论，修改和完善课前设计的实验方案，以学习如何设计对照实验和重 复实验组织学生展示、交流、评价，以能够逐渐规范实验方案的步骤。意图：通过三个活动的安排，可以使不同层次的学生得到多方位的锻炼，尽量使全体学生都能 掌握科学的研究方法，学会设计实验，突破教学难点。5.3 创新成果展示改进一：沿用教材方法，使用植物油液封除气泡理由：在实验过程中会产生很多气泡，甚至溢到试管外，影响卫
9、生香的检测。所以用植物油液封把气泡阻隔到液面以下，使其缓慢放出。试管编号12343% H2O2 (ml)3333植物油（滴）01525猪肝（黄豆粒大小）1111卫生香复燃效果观察气泡多少+卫生香复燃情况+卫生香复燃效果。滴植物油（0 mm油层）1滴植物油（1 mm油层）5滴植物油（3 mm油层）25滴植物油（1 cm油层）结果：阻隔气泡的效果结论：5滴植物油消泡效果较好，卫生香复燃程度明显 学生提问：为什么要用冻猪肝而不是肝脏研磨液?学生评价：设计实验时要考虑到材料用量和成本，体现经济的原则 改进二：探究植物材料中过氧化氢酶的含量 提出问题：猪肝易变质，能用植物材料代替吗?分析问题：置于空气中
10、容易变色的植物材料，过氧化物酶的含量较高，例如马铃薯、香蕉、胡萝卜等，所以可以分别选择两组材料进行对照实验，以确定最合适的植物材料。解决问题：设计对照实验实验装置的改进实验结果:马铃薯V香蕉香蕉 胡萝卜结果：肝脏香蕉 胡萝卜马铃薯改进三：U型管改成U型气压计最后的实验装置:加酶和缓冲液加 H2O2理压力计实验步骤：1 .制备体积分数为10%的胡萝卜稀释液，连接实验装置，并检查装置气密性。2 .取3只广口瓶，分别加入5 ml胡萝卜稀释液，加入等量的酸性(pH=6)、中性(pH=7)、 碱性(pH=8)的缓冲液5 ml,摇匀，塞上胶塞，静置两分钟。3 .打开止水夹，注射器吸取3%的过氧化氢溶液5
11、ml,匀速注入广口瓶内，轻轻振荡， 同时关闭止水夹，充分混合后，并记时，同时观察U型压力计的液面移动情况，在30秒后 记录液面的高度差。填入表格。4 .以马铃薯汁为材料重复此实验，并记录结果实验结果：学生提问：步骤2中打开止水夹，步骤3中关闭止水夹的作用吗？教师提问：三个pH环境可能都没有达到酶的最大活性，如果要确定某酶在哪种pH活 性最大，应如何设计实验？意图：通过创新成果展示，学生能够更深刻地理解教材实验的实质，在交流和展示中，提高学 生分享信息的能力、合作能力、语言表达的能力等。5 .5进行实验、得出结论分组进行定量实验f统计数据一分析数据f绘制曲线f分析曲线一得出结论意图：学生根据实验
12、小组的创新成果进行定量的实验，学习量的测定，科学记录实验结 果，并用曲线的形式表示实验结果。这样学生能够深入理解pH是怎样影响酶活性的，以及 影响的范围。有利于学生对实际问题的分析。既突出了重点，学生又能学会科学的研究方法, 明确知识呈现的过程和规律。6.教学反思本节课教学设计的精髓是：学生改进教材实验的材料和装置；根据学生的实 验装置增加了定量实验；学生动手操作进行实验亲自获得了酶活性受pH影响的实验证据， 以及通过定量实验认识到醵活性的范围。达成了本节课的三维目标，落实了新课程的四个基 本理念，也很好地诠释了 2012年第5期人民教育中对实验教学的期望一一“经典之作 都是用最简单的仪器设备，发现了最根本、最单纯的科学概念。”