《酶的高效性》教學(xué)設(shè)計

康慧銘 楊秀英

一、教材分析

《酶的高效性》是《分子與細(xì)胞》第五單元第一節(jié)第二課時的內(nèi)容，“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”。酶是催化生物體內(nèi)各種代謝反應(yīng)的催化劑。教材中安排的這個實驗的目的是通過比較一定濃度的過氧化氫在不同條件下的分解速率，使學(xué)生得出自己的結(jié)論， 從而對體驗酶具有較高的催化率，具有重要的生理意義。結(jié)合本實驗，還要求學(xué)生了解什么是自變量、因變量、無關(guān)變量，什么是對照實驗。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會確認(rèn)和控制變量，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。酶的特性是 “降低化學(xué)反應(yīng)的活化能” 一節(jié)中非常重要的知識點， 這不僅是對前面所學(xué)的 “酶的功能和本質(zhì)” 知識的延續(xù)和進(jìn)一步理解，也是學(xué)生今后學(xué)習(xí)光合作用和呼吸作用影響因素的知識和技能的基礎(chǔ)。要求水平較高，屬于 “應(yīng)用” 水平，酶特性知識點在生產(chǎn)實踐中也有廣泛的應(yīng)用，因此在教材中占有重要地位。課程標(biāo)準(zhǔn)對這部分內(nèi)容的要求是： 說明大多數(shù)酶是能催化生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)，酶活性受環(huán)境因素的影響。

二、學(xué)生分析

高中生已經(jīng)具備了抽象邏輯思維的能力，理性思維的能力隨著年級的提高而逐漸提高。同時，它還保持著對生物學(xué)習(xí)的高度興趣，喜歡提出問題和疑問。在酶的特性之前，學(xué)生已經(jīng)總結(jié)了上一節(jié)課 “比較過氧化氫在不同條件下的分解效率。由于這部分內(nèi)容與生活密切相關(guān)，學(xué)生仍然需要思考這一特征對細(xì)胞意味著什么，以及如何與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來。因此，啟動學(xué)生的大腦，引導(dǎo)學(xué)生思考和交流，培養(yǎng)學(xué)生的合作交往意識和社會責(zé)任感是關(guān)鍵。采用的教學(xué)方法有 ：（1） 探究式教學(xué)法： 在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生積極參與酶特性的討論和探究活動， 體驗科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法。（2） 多媒體輔助教學(xué)法： 利用多媒體技術(shù)演示探究酶的特性實驗，幫助學(xué)生形成正確、系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.知識與技能：

掌握檢查酶的高效性的方法及其原理;

通過探究酶的高效性的實驗，能夠闡明酶的高效性;

學(xué)習(xí)探索酶高效實驗操作的相關(guān)技能，能夠獨立或協(xié)同完成相關(guān)實驗操作。

2.過程與方法：

經(jīng)歷探究酶的高效性實驗過程;

參與探究酶的高效性實驗方案的討論，學(xué)會控制自變量、觀察和檢測因變量的變化，并設(shè)置控制組和重復(fù)實驗。

3.情感態(tài)度與價值觀：

通過閱讀和分析《關(guān)于酶的性質(zhì)的探索》的資料，我們可以認(rèn)同科學(xué)是在不斷地觀察、實驗、探索和爭論中前進(jìn)的;

通過讓學(xué)生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程，讓學(xué)生體驗實驗在生物學(xué)研究中的作用和地位;通過探討酶在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用， 使學(xué)生認(rèn)識到生物科學(xué)技術(shù)與社會生產(chǎn)生活的關(guān)系。

四、教學(xué)重點與難點

重點：控制自變量、觀察和檢測因變量。設(shè)置對照組和重復(fù)實驗。

難點：控制變量的科學(xué)方法。

五、教學(xué)用具

自制PPT

六、教學(xué)過程

1.情境導(dǎo)入

師：目前我們使用的洗衣粉里都加有酶，知道原因嗎？

生：酶具有高效性

2.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入研究情境

師：酶真有高效性嗎？它和一般無機(jī)催化劑的區(qū)別在哪里？請看探究實驗，研究過氧化氫的分解，其實本質(zhì)是探討過氧化氫酶的特性。有4個燒杯都加上了同樣濃度同樣量的過氧化氫溶液。然后呢？第一個燒杯就只有過氧化氫溶液，讓它自然分解。第二個燒杯加無機(jī)催化劑氯化鐵催化它的分解。第三個燒杯加鮮馬鈴薯小塊，新鮮的土豆，那么在這個新鮮的土豆當(dāng)中就存在著過氧化氫酶。其實絕大多數(shù)生物材料中多多少少都存在著過氧化氫酶。這該如何理解呢？過氧化氫其實是一個很不好的東西，它是細(xì)胞進(jìn)行氧化代謝的一個副產(chǎn)物，也相當(dāng)于是氧化性很強(qiáng)的一個物質(zhì)，高濃度的過氧化氫甚至有一定的腐蝕性。所以說過氧化氫在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生不好，它對細(xì)胞有傷害。怎么辦呢？在細(xì)胞里往往都會有相應(yīng)的過氧化氫酶產(chǎn)生，進(jìn)行催化及時地讓它分解掉。第四組我們加熟的馬鈴薯小塊，那它們的區(qū)別何在呢？我們來看一下反應(yīng)的結(jié)果是什么。

（學(xué)生思考并交流，教師板書）

師：第一組自然分解產(chǎn)生的氣泡非常不明顯，第二組加無機(jī)催化劑氯化鐵產(chǎn)生的氣泡少而且慢，第三組加的是過氧化氫酶，反應(yīng)的速度又快，產(chǎn)生的氣泡又多。第四組加的是熟的馬鈴薯小塊，酶因為加熱已經(jīng)失活掉了，所以是很不明顯的。這里最關(guān)鍵的對比當(dāng)然是2組和3組的對比，相比無機(jī)催化劑，有機(jī)催化劑酶的催化效率要高得多。這就是酶的第一個特性，我們稱之為高效性。一般來說，酶的催化效率要比無機(jī)催化劑高千萬倍甚至億倍以上。正是因為它有高效性，才能保證細(xì)胞里面生化反應(yīng)在這樣一個如此溫和的條件下順利進(jìn)行。

生：酶只是個催化劑，只能催化在熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)，這個反應(yīng)橫豎都能進(jìn)行，有沒有酶又能怎樣呢？

師：沒有酶這個反應(yīng)理論上能進(jìn)行，但你知道這個反應(yīng)要多長時間嗎？一百萬年，等得到嗎？所以必須有酶的催化，盡管它是個催化劑，沒有是不可以的。通過這個實驗，你能體會到酶對我們是多么重要。那么新的問題就來了，為什么酶有如此高的催化效率呢？這需要解釋一下酶的作用機(jī)理。首先現(xiàn)在呢，化學(xué)界已經(jīng)普遍承認(rèn)了，催化劑絕不是在一邊加油當(dāng)啦啦隊，其實催化劑是真正參與了化學(xué)反應(yīng)，酶也不例外。上邊是酶催化一個化合反應(yīng)，大家可以看一下，它其實是跟它催化的反應(yīng)物和底物結(jié)合，形成了酶底物中間復(fù)合物，這就叫中間產(chǎn)物，最后變成了產(chǎn)物。催化一個分解反應(yīng)也是這樣，酶參與到了反應(yīng)當(dāng)中，并且和底物結(jié)合形成了中間產(chǎn)物，這就叫中間產(chǎn)物學(xué)說。

（教師板書，學(xué)生做筆記、思考）

師：但是依舊沒有解釋清楚，為什么一有酶的參與，反應(yīng)速率就加快了呢？大家看一個示例，要想把一個石塊推過一個山坡，費勁的地方在哪呢？主要是爬上這個坡，如果這個坡能緩一些或者變平了，工作就比較好完成。原來的位置叫初態(tài)，爬到坡這叫過渡態(tài)，最后叫終態(tài)。其實化學(xué)反應(yīng)跟這個原理是一樣的。要想使物質(zhì)由反應(yīng)物變?yōu)楫a(chǎn)物，他需要先被抬高到一個新的能級，這個就叫活化能，也就是物質(zhì)需要進(jìn)行活化才行。在沒有酶催化的時候，這個活化能高，因此反應(yīng)進(jìn)行起來就比較困難。但一旦有酶的參與，一旦酶與底物形成中間產(chǎn)物，之后這個坡就緩了。這個中間產(chǎn)物的活化所需的能量就大大減少了，一下輕輕松松就過來了。因此酶催化化學(xué)反應(yīng)加快反應(yīng)速率的原因機(jī)理就是這樣一句話，你在高考中一定要用這句話來回答，就是酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。一定要注意這樣一個專用的詞匯：降低活化能。

（教師板書，學(xué)生做筆記、思考）

師：大量的實驗數(shù)據(jù)表明，酶的催化效率是無機(jī)催化劑的107-1013倍。正是因為的這一特性才使其在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用：如在洗衣粉中加入0.2%-0.5%的酶制成合成洗滌劑加酶洗衣粉，其去污能力大大增強(qiáng)。

七、板書設(shè)計：

酶具有高效性

（一）探究過氧化氫的分解實驗

2.2O2 2H2O+O2

1.H2O2

2.H2O2+FeCl3

3.H2O2+鮮馬鈴薯小塊

4.H2O2+熟馬鈴薯小塊

（二）酶的作用機(jī)理：中間產(chǎn)物學(xué)說

（三）降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

反思總結(jié)：酶具有高效性，能降低化學(xué)反應(yīng)活化能。

作者簡介

康慧銘（1998.02—），女，漢族，山西朔州人，本科在讀，山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。

楊秀英（1999.05—），女，漢族，山西省朔州市，本科在讀研究方向：學(xué)科生物。