利用自制教具定量探究硫酸銅對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響

孫 濤

（河北省邯鄲市第一中學(xué) 河北邯鄲 056006）

提出問(wèn)題、作出假設(shè)是開展探究性實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。科學(xué)方法論專家貝弗里奇曾說(shuō)“假設(shè)是研究工作中最重要的智力活動(dòng)手段”。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，教師要結(jié)合具體真實(shí)的情景，引導(dǎo)學(xué)生親自作出假設(shè)。人教版高中生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》第五章第一節(jié)“影響酶活性的條件”探究性實(shí)驗(yàn)的最后提出了一個(gè)開放性問(wèn)題：除溫度和pH外，還有哪些條件影響酶的活性？下文將以此為研究問(wèn)題，組織學(xué)生開展相關(guān)的探究性實(shí)驗(yàn)。

1 作出假設(shè)

假設(shè)是基于事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提出的問(wèn)題給予的一種嘗試性的回答、解釋或推斷，經(jīng)過(guò)證明是正確的才能成為理論。

鍛煉學(xué)生作出假設(shè)的難度比較大，教師要做好充分的動(dòng)員和鼓勵(lì)，先解除科學(xué)性和合理性對(duì)假設(shè)的束縛，鼓勵(lì)學(xué)生在教材實(shí)驗(yàn)情境下，進(jìn)行小組討論，開展頭腦風(fēng)暴，大膽假設(shè)。只要學(xué)生敢于假設(shè)，學(xué)生就給予肯定和鼓勵(lì)。

假設(shè)要有理有據(jù)。通過(guò)總結(jié)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，教師提出了針對(duì)“除了溫度和pH外，還有哪些條件影響過(guò)氧化氫酶的活性？”這一問(wèn)題作出科學(xué)假設(shè)的路線圖，如圖1所示。

圖1 做出科學(xué)假設(shè)的思維路線圖

根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的器具和試劑等條件，結(jié)合文獻(xiàn)資料，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室藥品試劑的篩選，教師最終選定以硫酸銅為例開展利用自制實(shí)驗(yàn)教具“探究重金屬鹽對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響”這一實(shí)驗(yàn)。

2 材料用具

新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過(guò)氧化氫溶液，過(guò)氧化氫酶制劑（酶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%）、硫酸銅、蒸餾水、輸液器、輸液瓶、5 mL注射器，100 mL注射器、秒表、燒杯、量筒、玻璃棒、滴管、試劑瓶、天平、藥匙、稱量紙等。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

學(xué)生6-8人分為1組，選出組長(zhǎng)，開展實(shí)驗(yàn)方案的討論與設(shè)計(jì)：確定自變量及其梯度設(shè)置，思考影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的無(wú)關(guān)變量的種類及控制無(wú)關(guān)變量相同且適宜的方法。各小組開展預(yù)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表等。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

4.1 溶液配制

配置物質(zhì)的量濃度為1 mol·L的硫酸銅溶液，然后進(jìn)行10倍梯度稀釋，得到0.001-100 mmol/L的6組硫酸銅溶液，分別作為2-7組，第一組是硫酸銅濃度為0的空白對(duì)照，見表1。配好的各組溶液搖勻后在相同室溫條件下放置12 h。

表1 各組不同硫酸銅濃度的過(guò)氧化氫酶溶液配制成分表

4.2 小組討論實(shí)驗(yàn)教具的組裝與使用步驟

教師將如圖2所示實(shí)驗(yàn)教具的各部件發(fā)給每個(gè)小組。各小組員討論：如何組裝實(shí)驗(yàn)教具，如何檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教具的氣密性，如何確保無(wú)關(guān)變量相同且適宜，如何落實(shí)平行重復(fù)原則，實(shí)驗(yàn)教具的使用步驟及使用的注意事項(xiàng)……小組選舉代表展示匯報(bào)教具的組裝情況及使用步驟。其他學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑，以確保實(shí)驗(yàn)教具使用的科學(xué)性和安全性。

圖2 過(guò)氧化氫分解速率測(cè)定儀

4.3 實(shí)施實(shí)驗(yàn)

各小組組裝實(shí)驗(yàn)教具，依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)施實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題等。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。將空白對(duì)照組過(guò)氧化氫酶活性定為100%，用各組產(chǎn)氧速率除以空白對(duì)照組的產(chǎn)氧速率，得出各組過(guò)氧化氫酶的相對(duì)活性。教師引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)據(jù)構(gòu)建硫酸銅濃度對(duì)過(guò)氧化氫酶活性影響的數(shù)學(xué)模型。教師可以給學(xué)生發(fā)放坐標(biāo)紙，以方便學(xué)生完成作圖；也可以將數(shù)據(jù)輸入Excel軟件，使用作圖功能，以硫酸銅溶液濃度為橫坐標(biāo)，以過(guò)氧化氫酶相對(duì)活性為縱坐標(biāo)繪制曲線圖，結(jié)果顯示，隨硫酸銅溶液濃度增大，過(guò)氧化氫酶活性顯著下降，在硫酸銅溶液濃度為100 mmol/L時(shí)，過(guò)氧化氫酶活性降為0。

表2 不同硫酸銅濃度對(duì)過(guò)氧化氫酶活性影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表（室溫9℃）

本研究結(jié)果與楊節(jié)、石雙群、高宗宣、朱鴻等人的相關(guān)研究相符，即在一定的濃度范圍內(nèi)硫酸銅溶液能顯著抑制過(guò)氧化氫酶活性，但由于所用酶的來(lái)源、濃度、作用時(shí)間、溫度、實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)方法等各方面的不同，具體抑制程度上存在差異。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，師生還發(fā)現(xiàn)硫酸銅濃度對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響還與二者作用時(shí)間有關(guān)。若配置好各組硫酸銅和過(guò)氧化氫酶的混合液后立即開始實(shí)驗(yàn)，則硫酸銅濃度對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響不顯著。

6 感悟與反思

本實(shí)驗(yàn)是影響酶活性的條件拓展實(shí)驗(yàn)。教材中沒有任何提示，難度較大，但是一個(gè)真實(shí)、完整、開放的探究性實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生通過(guò)小組合作親歷包括完整的探究歷程。這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的必經(jīng)之路。在教學(xué)過(guò)程中，教師要密切關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，既要敢于放手，又要設(shè)置恰當(dāng)?shù)碾y度梯度，適時(shí)地給出必要的“腳手架”，及時(shí)肯定學(xué)生的努力，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，落實(shí)立德樹人的根本要求，實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。