在“温度影响酶活性”的实验教学中培养科学探究能力

陈加敏 钟能政

(安徽省合肥市第一中学 230601) (安徽省教育科学研究院 合肥 230061)

“探究影响酶活性的条件”是高中生物学教学中一个重要实验[1]。本实验的教学目标是：根据探究的问题设计可行的实验方案；学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，分析实验结果，归纳温度对酶活性的影响规律；学会大胆质疑，用证据进行辩护。对于能否“用过氧化氢酶探究温度对酶的影响”，在高中生物学教学中普遍持否定的态度，原因在于高温会影响过氧化氢的分解，会导致温度对过氧化氢酶活性影响的误判。在教师的引导下，学生利用新鲜的质量分数为20%猪肝研磨液为材料，开展“温度影响酶活性”的探究活动，这样的活动不仅能培养学生的科学探究能力，提升学生的高阶思维能力，而且有利于质疑精神的培养。现将学生在实验探究过程中对实验现象的层层质疑、实验改进等探究的历程总结如下。

1 组织开展实验

1.1 实验材料和用具 3%过氧化氢溶液、新鲜的质量分数为20%猪肝研磨液、蒸馏水和冰块，以及量筒、烧杯、试管及试管架、滴管和水浴锅等。

1.2 实验过程及结果 首先采用体积分数为3%的过氧化氢溶液，探究温度对20%猪肝研磨液中过氧化氢酶活性的影响。实验结果见表1。

表1 温度对过氧化氢酶活性的影响

与预期完全不同的是，温度对过氧化氢酶活性的影响实验表明，在冰水中也有大量气泡的产生，与37℃水浴中的气泡产生量基本一致，说明过氧化氢酶在0℃也有较强的活性；在沸水中水浴的过氧化氢酶溶液和过氧化氢溶液混合后气泡产生速度相对很缓慢，说明过氧化氢酶的活性受到了影响。实验证明，3%的过氧化氢溶液在沸水中并未出现大量气泡，反而是0℃低温(未出现对酶活性有明显抑制效应)而出现大量气泡。预期之外的实验结果极大地促进了学生的质疑、讨论和进一步探究的热情。

2 鼓励学生质疑，进行深入探究

2.1 学生对“高温影响过氧化氢酶活性”结果的质疑 高温条件下(沸水水浴)过氧化氢酶溶液与3%过氧化氢混合后少量气泡的产生，经过师生讨论，认为可能原因是：①沸水降低了酶的活性，但酶并未完全失活；②酶已失活，高温使过氧化氢分解；③酶活性降低和温度使过氧化氢分解的叠加效应。为了证明是哪种原因正确，学生通过讨论分析，设计了如下改进实验，探究高温对酶活性的影响，实验方案及结果见表2。

表2 高温对过氧化氢酶活性影响的探究实验

学生通过对表2中各试管反应中气泡产生量的比较，发现试管1和2分别有大量和少量气泡产生。与试管1对照，试管3实验是将经过5 min沸水水浴的过氧化氢酶溶液放入37℃充分水浴后，再加入3% H2O2溶液，发现无气泡的产生。说明高温破坏了酶的活性。试管4中加入等量的H2O代替过氧化氢酶溶液，发现试管2和4的气泡产生速度相同，进一步验证了试管2沸水中的酶促反应结果是温度升高使过氧化氢分解加快，而非酶的作用。学生通过分析实验结果，得出结论：高温对过氧化氢酶活性有影响，且高温使酶失活具有不可逆性。

2.2 学生对“低温影响过氧化氢酶活性”结果的质疑 低温(冰水水浴)对过氧化氢酶活性并未表现出明显的抑制作用，师生讨论后认为可能的原因主要有：①0℃和37℃条件下酶的活性一致；②酶浓度过大，即使低温(冰水)使酶活性下降，由于酶浓度较大，短时间内反应速度也可能较快，因此通过检测气泡产生速度或产生量不能检测出低温对酶活性的抑制效应。为了证明两种假设的正确与否，通过师生互动交流，采用将20%猪肝研磨液稀释50倍制备过氧化氢酶溶液，并设计了如下改进实验，实验方案和结果见表3。

表3 低温对过氧化氢酶活性影响的探究实验

*表示20%猪肝研磨液的50倍稀释液

表3中试管1和2气泡产生速度的比较表明，0℃和37℃条件下过氧化氢酶的活性并非一致，低温显著降低了酶的活性；试管3和试管1、2相比较，进一步验证了低温使酶的活性下降，但并未失活。因此，探究低温对过氧化氢酶活性的影响也是可行的。为了进一步探究教材中提到的“低温抑制酶的活性，而非使酶失活”的结论，师生讨论并设计了试管4实验，即经过5min低温处理的过氧化氢酶溶液，再放入37℃水浴条件进行酶促反应，与试管1对照，气泡产生量并无明显差异，说明低温只是抑制了酶的活性，若调节温度至最适温度，酶的活性将升高。

3 教学反思

通过学生的自主探究，科学地证明了利用过氧化氢酶探究温度对酶活性影响的可行性。实验表明，虽然高温会使过氧化氢分解，但利用高温使酶失活不可逆的特点，完全可以探究高温对酶活性的实验。而低温不能完全抑制酶的活性。难得可贵的是，针对实验中出现的预期之外的实验现象，师生通过提出问题、作出假设、设计实验方案、动手操作实验、分析实验结果和得出实验结论等科学探究，最终找到解决问题的方法。因此，该实验成功的开展，学生不仅充分理解了温度对酶活性影响的特点，而且充分体现学生身上蕴藏着巨大的潜力，同时也极大地促进了学生的学习热情和科学探究能力的提升。