基于压强传感器验证酶高效性新方法的研究

王志坤

[摘 要]通过压强传感器验证酶高效性的实验，学生学会利用现代电子设备开展生物实验，并能针对实验中出现的问题进行分析、解释和处理，把定性的现象变成理性的数据结果，把定性问题数字化和定量化，进而提升实验效果。

[关键词]压强传感器；酶；高效性；新方法

[中图分类号] G633.91[文献标识码] A[文章编号] 1674-6058（2018）11-0080-02

“验证酶的高效性”实验是高中生物有关酶特性的重点和难点内容，也是历年高考的热点。该实验要求学生能根据实验目的自行设计实验、提出实验思路，并能对实验现象和实验结果进行分析、解释和处理。虽然教材和实验手册中给出了可供参考的实验材料、实验用具和实验方法，如“用过氧化氢酶和二氧化锰分别催化质量分数为2%的过氧化氢溶液”“用点燃后无明火的卫生香放在试管口处，观察卫生香复燃的情况”，但是该实验的实验现象只能证明过氧化氢酶的催化活性比无机催化剂二氧化锰的催化活性高，却很容易让学生错误地认为过氧化氢酶会使氧气的产量增加，这不利于學生后期对“酶只是提高化学反应速率而不改变化学反应平衡”的学习。因此，传统的实验效果虽然明显，却很难达到预期的学习目标。

随着高中数字化实验室建设进程的不断加快，各种传感器及数字软件在实验教学中的运用越来越普遍。压强传感器是测量压强的仪器，操作简单、灵敏度高、数字显示直观清晰，可以实时测量实验装置内的压强变化，并呈现曲线模型，实验效果好，能达到预期目标。压强传感器验证酶高效性实验，符合新课标的要求，可以使学生深刻体会现代电子设备在生物实验中的精确性和实用性，培养学生科学探究、理性思维等生物学核心素养。

一、实验原理

过氧化氢酶和二氧化锰都能催化过氧化氢分解，产生水和氧气，分解速率越大，单位时间内产生的氧气越多，密闭实验装置内氧气浓度越高，压强就越大，因此利用高灵敏度压强传感器能实时测量装置内的压强变化，通过传输线把数据传给电脑，然后在电脑上呈现出压强变化的实时曲线，反映出化学反应速率的大小。

二、实验操作

1.材料和用具：过氧化氢酶、二氧化锰、质量分数为2%的过氧化氢溶液、三角瓶、橡胶塞、石蜡、凡士林、压强传感器、电脑等。

2.实验装置组装方法：如图1，将橡胶塞打孔，使压强传感器的通气导管穿过孔洞，压强传感器与电脑相连，并用石蜡密封橡胶塞孔，塞紧橡胶塞。为增强气密性可在橡胶塞周围涂抹凡士林。

3.实验步骤

（1）准备：将全班学生分为10组，每组4人，各组成员分工合作，各司其职。

（2）步骤：①设置电脑压强传感器指标和参数，打开“开始”按键，记录压强变化。②取2个大小相同的三角瓶，1号三角瓶中加入3mL、质量分数为2%的过氧化氢溶液，放入少许二氧化锰，用橡皮塞盖紧；2号三角瓶加入3mL、质量分数为2%的过氧化氢溶液，放入几滴过氧化氢酶，用橡皮塞盖紧。③将2个三角瓶放在相同温度下，反应相同的时间。

三、实验结果和分析

实验进行的过程中，电脑屏幕上会呈现出压强实时变化数据，以及数据所汇总出来的动态曲线图形。通过对图形和数字的观察，学生看出：过氧化氢酶的催化活性明显比二氧化锰的高，也就不难得出“酶的催化活性极高”的结论。但这时思维活跃的学生就会提出新的问题，如：为什么过氧化氢酶催化的反应后期压强会保持不变？如果时间延续下去，两条线是否重合？如果当时加的过氧化氢量不是3mL而是5mL，或浓度不是2%而是5%，曲线又会是何种形态？反应装置中三角瓶的大小对实验结果是否有影响？能否用氧气传感器代替压强传感器直接测量反应产物的浓度？……学生提出的问题比较多，立足学生的问题将实验拓展开来，让学生主动去探索，这样能充分调动学生的实验积极性，促进学生成立研究小组对实验进行更深层次的探索。

四、实验效果与要求

利用压强传感器验证酶的高效性，对仪器的要求不高，只需要有压强传感器和电脑就可以了，而且仪器价格便宜，较易获得，操作简单易行，实验观测指标清晰，学生很容易获得视觉上的冲击，在实验中体验成功的喜悦。而且变定性实验为定量研究，动态变化的整个过程可测，这就要求学生要精确操作，有利于学生养成严谨的科学态度，有利于学生对实验结果的分析和拓展，为深入验证“酶作为有机催化剂只是改变了反应速率，没有改变反应平衡”的特性提供证据。

实验过程中要求学生操作迅速，组内成员间配合要默契；反应装置的密闭性要好，漏气会对实验造成较大影响。

五、实验反思

整个实验的设计都是为了让学生积极地参与并进行思考，实验的操作也多了很多生成性素材。学生的积极性一旦被调动起来，他们的热情和想法之多甚至会出乎我们的意料，这样就会影响课堂教学任务的完成，需要教师有较高的课堂驾驭能力。其实，学生对于知识的渴求是无限大的，激发学生的学习欲望比简单的灌输要好得多。因此，让现代化科技等多元素走入课堂是教学发展的一个有利方向。

数字化实验在教学中的使用还是一个新生事物，还存在一个发展壮大的过程，它作为传统实验的有益补充，会被越来越多的人所接受，而且，实验手段的数字化和高科技化是整个实验领域的发展方向，数字化实验是符合这一趋势的，必能带来生物实验的新变革，也能带动生物教学的新变革。

[ 参 考 文 献 ]

[1]袁芳芬.基于高中化学反应速率教学中探究实验的实践和设计[J].亚太教育，2016（2）：264.

[2]朱勤.“化学反应速率”的教学设计[J].中学化学教学参考，2013（9）：29-30.

[3]许高波.基于科学探究的化学反应速率教学实践[J].数理化解题研究，2016（21）：68.

[4]褚亚平.“化学反应速率”的教学与思考[J].中学教学参考，2013（20）：80-81.

（责任编辑 黄春香）