“探究pH对酶活性的影响”实验的质疑与改进

白金凤

摘 要 从实际教学出发，对“探究影响酶活性的条件”的实验中发现的问题和改进措施进行整理，最终确定了比较完善的实验方案，以方便课堂教学中学生的探究性实验的顺利进行。

关键词 影响酶活性的条件 问题质疑 实验设计 改进方案

中图分类号 Q-331 文献标志码 B

“探究影响酶活性的条件”是人教版高中生物必修1第五章第1节重要的探究实验。该实验能够比较系统地锻炼学生的实验能力，包括实验原则的把握、实验变量的控制、实验步骤的设计、实验结果的讨论等技能。因此，本实验也是高考中考查的重点实验。然而在实验的实际教学中依然面临许多问题，笔者对这些问题进行了整理，并且经过反复探究对实验进行了改进，使实验更加科学合理。

1 原实验设计

1.1 材料用具

新鲜的质量分数为20%的肝脏（猪肝、鸡肝等）研磨液，体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为5%的盐酸，质量分数为5%的氢氧化钠溶液，蒸馏水。

试管，量筒，烧杯，滴管，pH试纸，试管架，火柴，小烧杯等。

1.2 实验步骤

“探究pH對酶活性的影响”是教科书中的探究性实验，所以教科书中并没有给出明确的实验方案，但是参照教师教学用书附带的光盘，常见的实验方案如下：

取3支试管编号为1、2、3，分别加入2 mL的蒸馏水、2 mL质量分数为5%的盐酸、2 mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液。

3支试管中分别加入两滴新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液。

一段时间后，向3支试管中分别加入2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液，观察气泡的产生速率（或卫生香复燃情况）。

1.3 预期结果和结论

1.3.1 预期结果

1号试管气泡产生速率最快（卫生香复燃最剧烈），2、3号试管气泡产生速率很慢或几乎不产生气泡（卫生香不复燃）。

1.3.2 结论

过氧化氢酶在中性条件下活性较大，pH过高或过低都会使酶活性降低或完全失活。

原实验设计对于刚刚接触探究实验的高一新生来说，并不存在太大问题。但是对于已经具有一定探究能力的高三学生来说，本实验设计存在许多不足。

2 问题与质疑

2.1 实验设计不够科学

原实验设计忽略了自变量——溶液的pH本身对过氧化氢分解的影响，这样就无法明确到底是溶液的pH直接影响过氧化氢的分解，还是通过影响酶活性进而再去影响过氧化氢的分解。

2.2 盐酸、氢氧化钠溶液的溶度过大

盐酸、氢氧化钠溶液的溶度过大，使得在相应的pH下，酶完全失活。在过酸、过碱环境中，即使设置了不加酶的对照，4组实验的结果也基本相同，肉眼根本观察不到过氧化氢的分解。依然无法判断到底是溶液过酸、过碱直接影响过氧化氢的分解，还是过酸、过碱让酶变性失活进而不能催化过氧化氢的分解。

2.3 肝脏研磨液不宜保存

通常新鲜肝脏研磨液经过一个晚上就会腐败变臭，影响实验的进行。笔者发现其他教师的改进措施也通常是将新鲜的肝脏研磨液换成马铃薯研磨液。然而，通过实验发现马铃薯的催化效果远不如肝脏研磨液。

2.4 对照不同步

在复习过程中，学生提出原实验设计没有注意到不同试管的反应时间问题。如果依次滴加试剂，那不同试管的反应就不会同步进行，影响实验结果的分析。虽然这一问题对实验的最终结果影响不大，但是可以对实验设计进行略微调整来避免这个问题，同时也可以肯定学生的质疑精神，锻炼学生的思维能力。

3 改进方案与优点

3.1 实验设计方案改进

为了排除pH本身对过氧化氢分解的影响，在每一个pH下增设一个不加酶的对照（相应pH下的对照分别记为1′、2′、3′），使得实验设计更严密，结果更可靠。具体实验设计方案及步骤见表1。

3.2 盐酸、氢氧化钠溶液的浓度降低

经反复实验发现取1 g质量分数为36%的浓盐酸溶于600 mL水（溶液浓度约为0.06%，试纸测定pH接近3），取1.5 g氢氧化钠粉末溶于600 mL水（溶液浓度约为0.25%，试纸测定pH接近10），能达到预期效果——使相应pH下酶活性降低而不是完全失活，结果更加直观可见。

3.3 酶的保存方法改进

用肝脏研磨液浸泡滤纸条，晾干的滤纸条可以长期保存（至少两周以上），而且能发挥与肝脏研磨液等同的效果，解决了肝脏研磨液不耐储存的问题，同时也带来了因变量检测的新方法——观察滤纸片上浮的快慢（使用时将滤纸条剪成2×2 mm的小块）。还可以检测单位时间内滤纸片上浮的数量由此将定性实验转变为定量实验，应用于以后的实验和教学中。

3.4 实验进行过程的改进

6名学生同时操作，可以基本上解决对照不同步这一无关变量的影响。

3.5 实验结果和结论

3.5.1 实验结果

1′、2′、3′号试管滤纸片几乎不上浮；

1、2、3号试管滤纸片均有上浮，且1号试管滤纸片上浮最快，2、3号试管次之。

由于图片不能明显展示相同时间滤纸片上浮的数量的多少，所以借用相同时间液柱升高的方式展示实验结果（图1）。

3.5.2 实验结果讨论

1′、2′、3′号试管对照说明本实验所用的pH对过氧化氢的分解几乎没有影响。

1和1′号试管对照说明在中性条件下酶具有催化作用。

2和2′号试管对照说明在酸性条件下酶具有催化作用。

3和3′号试管对照说明在碱性条件下酶具有催化作用。

1、2、3三支试管对照就可以说明不同pH条件下酶均具有活性且中性条件下酶活性最大，偏酸、偏碱的环境均可使酶活性降低。

对照6支试管，就可以说明pH通过影响酶活性进而影响过氧化氢的分解。

3.6 师生合作，共同提高

本实验方案的改进，源于教学过程中学生提出的问题，尊重每一个问题，是教师对学生最大的肯定。而且除酶的保存方法以外，其他对于实验方案的具体改进措施均是学生讨论、师生共同讨论的成果，大大提高了学生的学习兴趣和创新能力，也使得教学更加高效。

影响一个实验结果的因素常常有很多，每一个实验教师都需要仔细研究，并且引导学生去完善实验。实验过程中，教师要最大限度地确保实验的安全性、准确性和说服力，最大限度地去挖掘和锻炼学生的实验能力和生物科学素养。