“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)的質(zhì)疑與改進(jìn)

白金鳳

摘 要 從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，對(duì)“探究影響酶活性的條件”的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題和改進(jìn)措施進(jìn)行整理，最終確定了比較完善的實(shí)驗(yàn)方案，以方便課堂教學(xué)中學(xué)生的探究性實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞 影響酶活性的條件 問題質(zhì)疑 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 改進(jìn)方案

中圖分類號(hào) Q-331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“探究影響酶活性的條件”是人教版高中生物必修1第五章第1節(jié)重要的探究實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮容^系統(tǒng)地鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，包括?shí)驗(yàn)原則的把握、實(shí)驗(yàn)變量的控制、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論等技能。因此，本實(shí)驗(yàn)也是高考中考查的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。然而在實(shí)驗(yàn)的實(shí)際教學(xué)中依然面臨許多問題，筆者對(duì)這些問題進(jìn)行了整理，并且經(jīng)過反復(fù)探究對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)更加科學(xué)合理。

1 原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 材料用具

新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟（豬肝、雞肝等）研磨液，體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液，蒸餾水。

試管，量筒，燒杯，滴管，pH試紙，試管架，火柴，小燒杯等。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

“探究pH對(duì)酶活性的影響”是教科書中的探究性實(shí)驗(yàn)，所以教科書中并沒有給出明確的實(shí)驗(yàn)方案，但是參照教師教學(xué)用書附帶的光盤，常見的實(shí)驗(yàn)方案如下：

取3支試管編號(hào)為1、2、3，分別加入2 mL的蒸餾水、2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸、2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液。

3支試管中分別加入兩滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液。

一段時(shí)間后，向3支試管中分別加入2 mL體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液，觀察氣泡的產(chǎn)生速率（或衛(wèi)生香復(fù)燃情況）。

1.3 預(yù)期結(jié)果和結(jié)論

1.3.1 預(yù)期結(jié)果

1號(hào)試管氣泡產(chǎn)生速率最快（衛(wèi)生香復(fù)燃最劇烈），2、3號(hào)試管氣泡產(chǎn)生速率很慢或幾乎不產(chǎn)生氣泡（衛(wèi)生香不復(fù)燃）。

1.3.2 結(jié)論

過氧化氫酶在中性條件下活性較大，pH過高或過低都會(huì)使酶活性降低或完全失活。

原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于剛剛接觸探究實(shí)驗(yàn)的高一新生來說，并不存在太大問題。但是對(duì)于已經(jīng)具有一定探究能力的高三學(xué)生來說，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在許多不足。

2 問題與質(zhì)疑

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)

原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)忽略了自變量——溶液的pH本身對(duì)過氧化氫分解的影響，這樣就無法明確到底是溶液的pH直接影響過氧化氫的分解，還是通過影響酶活性進(jìn)而再去影響過氧化氫的分解。

2.2 鹽酸、氫氧化鈉溶液的溶度過大

鹽酸、氫氧化鈉溶液的溶度過大，使得在相應(yīng)的pH下，酶完全失活。在過酸、過堿環(huán)境中，即使設(shè)置了不加酶的對(duì)照，4組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也基本相同，肉眼根本觀察不到過氧化氫的分解。依然無法判斷到底是溶液過酸、過堿直接影響過氧化氫的分解，還是過酸、過堿讓酶變性失活進(jìn)而不能催化過氧化氫的分解。

2.3 肝臟研磨液不宜保存

通常新鮮肝臟研磨液經(jīng)過一個(gè)晚上就會(huì)腐敗變臭，影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。筆者發(fā)現(xiàn)其他教師的改進(jìn)措施也通常是將新鮮的肝臟研磨液換成馬鈴薯研磨液。然而，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)馬鈴薯的催化效果遠(yuǎn)不如肝臟研磨液。

2.4 對(duì)照不同步

在復(fù)習(xí)過程中，學(xué)生提出原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)沒有注意到不同試管的反應(yīng)時(shí)間問題。如果依次滴加試劑，那不同試管的反應(yīng)就不會(huì)同步進(jìn)行，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。雖然這一問題對(duì)實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果影響不大，但是可以對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行略微調(diào)整來避免這個(gè)問題，同時(shí)也可以肯定學(xué)生的質(zhì)疑精神，鍛煉學(xué)生的思維能力。

3 改進(jìn)方案與優(yōu)點(diǎn)

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案改進(jìn)

為了排除pH本身對(duì)過氧化氫分解的影響，在每一個(gè)pH下增設(shè)一個(gè)不加酶的對(duì)照（相應(yīng)pH下的對(duì)照分別記為1′、2′、3′），使得實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更嚴(yán)密，結(jié)果更可靠。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及步驟見表1。

3.2 鹽酸、氫氧化鈉溶液的濃度降低

經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)取1 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的濃鹽酸溶于600 mL水（溶液濃度約為0.06%，試紙測(cè)定pH接近3），取1.5 g氫氧化鈉粉末溶于600 mL水（溶液濃度約為0.25%，試紙測(cè)定pH接近10），能達(dá)到預(yù)期效果——使相應(yīng)pH下酶活性降低而不是完全失活，結(jié)果更加直觀可見。

3.3 酶的保存方法改進(jìn)

用肝臟研磨液浸泡濾紙條，晾干的濾紙條可以長期保存（至少兩周以上），而且能發(fā)揮與肝臟研磨液等同的效果，解決了肝臟研磨液不耐儲(chǔ)存的問題，同時(shí)也帶來了因變量檢測(cè)的新方法——觀察濾紙片上浮的快慢（使用時(shí)將濾紙條剪成2×2 mm的小塊）。還可以檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)濾紙片上浮的數(shù)量由此將定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槎繉?shí)驗(yàn)，應(yīng)用于以后的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)中。

3.4 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程的改進(jìn)

6名學(xué)生同時(shí)操作，可以基本上解決對(duì)照不同步這一無關(guān)變量的影響。

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

3.5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1′、2′、3′號(hào)試管濾紙片幾乎不上??；

1、2、3號(hào)試管濾紙片均有上浮，且1號(hào)試管濾紙片上浮最快，2、3號(hào)試管次之。

由于圖片不能明顯展示相同時(shí)間濾紙片上浮的數(shù)量的多少，所以借用相同時(shí)間液柱升高的方式展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖1）。

3.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

1′、2′、3′號(hào)試管對(duì)照說明本實(shí)驗(yàn)所用的pH對(duì)過氧化氫的分解幾乎沒有影響。

1和1′號(hào)試管對(duì)照說明在中性條件下酶具有催化作用。

2和2′號(hào)試管對(duì)照說明在酸性條件下酶具有催化作用。

3和3′號(hào)試管對(duì)照說明在堿性條件下酶具有催化作用。

1、2、3三支試管對(duì)照就可以說明不同pH條件下酶均具有活性且中性條件下酶活性最大，偏酸、偏堿的環(huán)境均可使酶活性降低。

對(duì)照6支試管，就可以說明pH通過影響酶活性進(jìn)而影響過氧化氫的分解。

3.6 師生合作，共同提高

本實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)，源于教學(xué)過程中學(xué)生提出的問題，尊重每一個(gè)問題，是教師對(duì)學(xué)生最大的肯定。而且除酶的保存方法以外，其他對(duì)于實(shí)驗(yàn)方案的具體改進(jìn)措施均是學(xué)生討論、師生共同討論的成果，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，也使得教學(xué)更加高效。

影響一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素常常有很多，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)教師都需要仔細(xì)研究，并且引導(dǎo)學(xué)生去完善實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，教師要最大限度地確保實(shí)驗(yàn)的安全性、準(zhǔn)確性和說服力，最大限度地去挖掘和鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蜕锟茖W(xué)素養(yǎng)。