5.1.2 探究pH对酶活性的影响教学设计-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一

人教版高中生物必修一第五章第一节创新实验：探究pH对酶活性的影响 一、实验教学分析 （一）教材分析 （1）本实验是人教2019版必修一第五章第一节，探究影响酶活性的条件中探究pH对酶活性的影响。旨在加深学生对课标概念“酶活性受到环境因素影响”的理解，进一步理解控制变量，认同酶是高效进行细胞代谢的物质、结构基础，建立结构与功能观，也为后续学习细胞代谢奠定基础 。 （2）教材中本实验仅对酶活性进行了定性测定，也提出了“进一步探究”定量实验建议。教师可开设定量探究实验开展多学科知识融合实践，有助于发展学生迁移运用多学科知识、解决问题的能力。 （二）学情分析 （1）学生已系统学习控制变量法、酶的功能、酶的专一性和高效性（生物）。 （2）初中已学习利用排水法收集氧气（化学），利用U性液体测压计测量不同液体压力的方法（物理）。 （3）具备一定的分析问题、收集、处理信息的能力 （4）具有浓厚的探究欲，但独立探究能力、动手能力不足。 （三）教学目标（展示） （1）通过pH对酶活性影响分析，建全酶的“结构和功能观”。 （2）通过应用多学科知识改进实验装置，突破学科限制，提升探究能力和创造性思维能力。 （3）通过发现问题、设计实验，巩固控制变量的一般方法，提高学生科学探究能力。 （4）通过对生活中酶制剂的适用条件分析，能够科学解释相关生活现象，培养健康用药意识。 （四）教学重难点（展示） 教学重点：掌握pH对酶活性影响的一般规律 教学难点 （1）跨学科思考检测方法 （2）实验装置的设计与改进 （3）构建pH对酶活性影响的数学模型。 （五）学习方法：问题驱动、合作探究、试错学习、跨学科融合 （六）教学设计 教师通过带领学生重温科学家的探索之路，采用问题解决式探究法，引导学生迁移运用多学科知识，逐步优化实验方案， 教学主线 活动线 知识（能力）线 情景导入 复盘:酶科学探究史 理解pH影响酶活性； 控制变量法 定性实验 根据pH对H2O2酶的影响实验方案、进行实验 定量实验 1、融合学科知识，思考检测方法，改进检测装置 2、分析变量关系，研讨实验方案，进行实验；整理实验数据 化学：排水法制备O2 物理：U型液体测压法 数学：建模描述实验结果 通用：自主制作固定装置 延伸拓展 绘制：单位时间内随pH变化相关曲线 生物：pH对酶活性影响的曲线剖析 总结升华 复方蛋白酶颗粒说明书理解  生物：健康生活 2、 教学过程 （1） 情景导入 （教师）展示资料，引导学生分析、思考各位科学家实验结果、阐述结论? （1）1773年意大利科学家斯帕兰札尼发现鹰的胃液帮助肉块分解 （2）1926年美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶是蛋白质 （3）1835年，德国科学家施旺发现胃腺分泌物中的一种物质与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于胃腺分泌物、盐酸单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 （学生）思考、校对结果 思考1：不同pH对其他酶活性是否也有影响？ 设计意义：初步形成pH影响酶活性的观念。 （2） 定性实验 （学生）研读教材，分析变量，参考教材实验方案，进行实验 （展示）学生实验结果 思考2：实验结果对比，在酸性、碱性条件下过氧化氢酶催化H2O2分解产生气泡差异不大，如何改进实验进行科学、直观的定量检测O2？ （3） 定量实验 （学生）展示基于化学排水法制氧的方法改进实验组装一（具支试管反应装置+注射器检测装置），基于实验提出问题1：酶活性太低，气泡太少，注射器难以移动；酶活性太高，气泡太多反应装置和连接装置可能脱离。 （学生）从初中物理液体测压装置出发改进装置，装置二：检测装置是液滴移动法，装置三：检测装置是微型压力计(展示学生视频)。 （教师）从学生实验可知，微型压力计检测更直观 （学生）1、从多次实验现象提出：问题2：酶具有高效性，反应时间过长，会出现部分有色液体溢出微型压力计，问题3：滴加肝脏研磨液，液滴大小，影响酶含量，增大实验误差 2、 针对问题解决提出方法：秒表卡时，记录单位时间变化量；改变反应试剂的种类和剂量（质量分数为10%新鲜肝脏研磨液体积分数为1%H2O2效果最好）；注射器定量加入酶制剂（破壁机 + 4层纱布进行3次过滤效果最佳）。实验观察提出问题4：每铁架台只能固定一个微型压力计，不能同步操作观察多组现象。 3、 学生合作讨论，制作装置四 设计意图：通过物理、化学相关方法，启发学生拓宽思维，打破学科教学边界，进一步加强学生对控制变量实验的理解运用。 （教师）引导学生研讨思考3：分析本实验变量关系，如何排除注射器注入液体对装置中气压影响？是否需要重复实验，统计平均值？基于实验材料整理实验步骤。 （学生）思考研讨实验步骤，完成实验，记录实验结果，分析思考4：实验结果对比，pH=7条件下酶活性最高，pH=7是否是过氧化氢酶最适pH，为什么？若不是，请设计实验进一步测定？ 设计意图：培养学生合作探究意识、准确观察和科学计数的意识 （4） 延伸拓展 （学生）缩小梯度探究过氧化氢酶的最适pH，多次实验发现pH≈8时过氧化氢酶的活性最高；绘制随PH变化的数学模型 （教师）展示教材84页图5-3酶活性受PH影响示意图，引导学生回答思考5：尝试简述图示中酶活性随pH变化特点。 设计意图：通过本实验探究，学生认同pH对酶活性影响，建构pH对酶活性影响的曲线。 （5） 总结提升 （教师）展示多酶片说明书，引导学生思考为什么“本品在酸性条件易破坏，故切勿嚼碎。”胃蛋白酶说明书中“碱性条件活性较低”等的理解 （学生）观察图片、结合所学知识，进一步理解环境影响酶活性，初步形成健康用药理念。 3、 实验改进和学科融合 （1）创新1（材料改进）： 1）制备肝脏研磨液方法：破壁机粉碎15-20s，利用四层纱布进行，三次过滤。 2）质量分数为10%新鲜肝脏研磨液，体积分数为1%H2O2， 不同pH的标准缓冲液 3）不同pH的肝脏研磨液配置：10%新鲜肝脏研磨液 ：缓冲液=1：1 （2）装置改进 （3）结果测定：秒表卡时，定时拍照记录数据（直接观察不同pH下O2气压柱状变化） 四、实验反思 （1）优化实验材料、组装实验装置 （2）结果直观、多组同步 （3）培养跨学科思维，打破学科边界 （4）培养学生尊重事实、基于事实解决问题的意识 学科网（北京）股份有限公司 $$