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巧用自制装置探究“PH对酶活性影响”实验

摘要：基于生物学科核心素养，利用医用一次性输液管的部分零件自制实验装置，从日常生活中几种常见的实验材料中，比较其研磨液中过氧化氢酶活性大小，选择最佳的实验材料，再进行探究pH对过氧化氢酶活性的影响，定性观察实验结果，记录实验数据，借助Excel构建数据分析图表，定量分析，得出实验结论。在疑惑与思辨、尝试与创新、修正与完善中，锻炼科学思维，提升科学探究能力。

关键词：自制实验装置；定量；pH对过氧化氢酶活性的影响；

一、教材分析及设计思路

实验“影响酶活性的条件”是人教版普通高中教科书生物学《必修1·分子与细胞》第5章“细胞的能量供应和利用”第1节“降低化学反应活化能的酶”第二部分“酶的特性”的第二个经典探究实验。影响酶活性的因素很多，如温度、PH、紫外线、重金属盐、抑制剂、激活剂等。教材主要是通过实验探究的方式呈现酶的特性，既能在较短时间内观察到明显的实验现象，又能用真实的实验证据来构建概念，在实践探究过程中，学生通过学习并运用控制实验变量，设置对照实验的方法，达到提升实验探究技能的目标。故笔者选取“PH”这一影响因素，利用医用一次性输液管的部分零件自制实验装置，从日常生活中常见的几种实验材料中，比较其研磨液中过氧化氢酶活性大小，选择最佳的实验材料，再进行探究pH对过氧化氢酶活性的影响，定性观察实验结果，同时记录实验数据，借助Excel构建数据分析图表，定量分析，得出实验结论。在疑惑与思辨、尝试与创新、修正与完善中，锻炼科学思维，提升科学探究能力。

二、自制实验装置

1.材料

注射器（1mL、20mL等各规格若干）、静脉输液管部分零件若干。

2.原理

用注射器将等量的不同PH条件下研磨液与过氧化氢溶液注入到“自制滴壶反应室”中，随着反应进行，不仅能通过透明的“塑料滴壶”观察反应产生的气泡量，而且产生的氧气还会推着20mL注射器的活塞移动。学生及时记录单位时间内活塞移动的刻度值，借助Excel构建数据曲线图，方便定量分析它们的催化效率。

3.改进实验装置的优点

（1）体积微型

一套实验装置（图1）由一个“自制滴壶反应室”、一个20mL的注射器组成。体积微型，几套装置同时使用，可方便学生进行多组实验之间的对比观察。

图1实验改进装置，图2自制滴壶反应器部件

（2）制作简单

“自制滴壶反应室”（图2）制作步骤：①剪掉静脉输液管的“滴壶”。②将“封盖”拔下来，直接插入“滴壶”左侧的软管中。③用蜡油封住“封盖”的孔即可。

（3）操作便捷

操作步骤：①注射器吸取所需试剂。②注入“自制滴壶反应室”。③反应开始，学生观察气泡情况、记录实验数据。注射器的刻度标记和装置的密封性极大地减少了因学生某些操作不当导致的安全隐患。

（4）观察方便

注射器、输液管都是一次性用品，物美价廉、安全卫生，不碎裂，易观察，效果好。

滴壶透明，定性观察，注射器型号多样，刻度清晰，定量分析，满足实验的不同需求。

三、实验教学过程

1.课前讨论实验报告单尝试解决实验前期问题

教师先通过设计实验报告单，分发给各小组，小组成员合作填写、收集、整理、处理实验报告单中生成的问题。如教材建议使用“肝脏研磨液”，那么，能否用生活中常见的蔬菜、水果等研磨液代替肝脏研磨液？各种植物细胞中，过氧化氢酶活性相同吗？

又如教材83页“进一步探究”中建议，感兴趣的学生，可尝试进行定量实验”，那么，如何获取实验数据，绘制不同pH条件下酶活性的曲线图？能否用简单、易得的材料，设计并自制实验装置对教材实验装置进行优化，定性观察、定量分析？生物兴趣小组成员再依据实验报告单，准备实验材料和用具，并制备“滴壶反应室”实验装置及各实验材料研磨液等。

2.课上应用自制实验装置尝试讨论完善实验方案

（1）比较不同材料研磨液中过氧化氢酶活性大小

实验步骤：①取“自制滴壶反应室”装置5个，自左至右分别编号为1～5号。②用注射器分别向5个反应室注入1mL过氧化氢溶液。③再分别注入0.2mL蒸馏水、土豆块状茎研磨液、洋葱鳞片叶研磨液、油菜绿叶研磨液、西红柿果实研磨液。④观察实验现象（图3）。

图3比较不同材料研磨液中过氧化氢酶活性大小

结论分析：油菜绿叶中过氧化氢酶活性最高，洋葱鳞片叶、土豆块状茎中过氧化氢酶活性次之，西红柿果实中过氧化氢酶活性最小。

设计意图：在动物肝脏研磨液的基础上，增加了土豆块状茎、洋葱鳞片叶、油菜绿叶、西红柿果实等研磨液进行实验，拓展了实验材料，加深了学生对过氧化氢酶普遍性的认识。根据实验现象，最终选择油菜绿叶代替肝脏研磨液，克服了肝脏研磨液较植物研磨液难以保持新鲜度，难以清洗，成本高的缺点，充分调动学生开展实践的积极性。

（2）探究不同pH条件下对过氧化氢酶活性的影响

实验步骤：①取7个“自制滴壶反应室”装置，自左至右分别编号为1～7号。②用注射器分别