《降低化学反应活化能酶》教学设计

《降低化学反应活化能的酶》教学设计安阳市实验中学刘丽红[e-mail]二零一二年三月《降低化学反应活化能的酶》教学设计教材分析“酶”是本模块中充分体现学生科学探究能力的一课。本节内容引导学生通过实践，结合科学史进行分析和讨论，力求在学生认识酶的作用、本质和特性的同时，培养学生实事求是，大胆创新的科学精神。与旧教材的呈现方式相比，本节多了几分人文，几分生动，几分探究，更有助于学生能力的培养。教学目标知识目标了解酶的发现；理解酶的作用、本质和特性。能力目标培养学生发现问题、解决问题能力；实验设计能力。德育目标培养学生实事求是和严谨的科学态度；执着追求真理的意志。教学重点1、酶的作用、本质和特性。这是本节的核心内容，也是学习后续知识的重要基础。2、控制自变量和设置对照实验。这是课标中要求的重要实验能力，也是各级考试中考查的重点。教学难点1、酶降低化学反应活化能的原理。该部分知识较抽象。2、控制变量的科学方法。学生的实验能力还比较弱，往往不得要领。教学方法启发式教学法——以设问和疑问层层引导，激发学生，启发学生积极思考，逐步从常识走向科学，将感性认识提升到理性认识，培养和发展学生的抽象思维能力。实验探究教学法——通过问题——讨论——合作——实践——结论——表达这样的模式，认识酶的作用、本质和特性，并掌握设计实验的一般原则直观教学法——教材中活化能概念的文字叙述很抽象，虽然加入了卡通式插图和图解，但仍然是平面的、静止的，很难实现知识迁移。而Flash动画是立体的、直观的、动静结合的，并且能够展示不同条件下的反应情况，有利于在比较和归纳中得到正确的知识。学情分析学生在前面已经学习了蛋白质的结构和功能，并进行了‘探究植物细胞的吸水和失水’的实验，这为理解酶的特性并进行新的探究实验奠定了必要的知识和能力基础学法指导交流讨论——引导学生交流讨论信息，形成完善的探究式学习方式。网络教学——利用网络资源，培养学生查阅信息运用知识的能力。自主性学习——通过观察、思考，了解酶的发现过程。探究式学习——学生通过讨论、比较、探究，认识酶的作用。评价方法形成性评价——根据学生课堂表现、实验操作和实验记录表的完成情况，评出等级。总结性评价——课堂小结和课堂练习。开放性评价——广告设计，把更多的空间留给学生，让学生自主探究和合作学习。教学实施的程序教师多种媒体技术网络查找感性认识贴近生活激趣导入设计实验探索问题教师指导调整设计动手实验检验结果学生学生组织教学1)网络查找感性认识收集有关酶的发现历程资料；有关酶研究的最新发展成果和应用；了解酶在日常生活中的应用。2）贴近生活激趣导入：课前让同学们找寻生活中与酶有关的产品，现在我们来交流一下？（各小组派代表将所找到的物品展示及介绍）（录像）近几十年来，随着酶工程的迅猛发展，酶在生物工程、生物传感器、环保、医药等方面的应用也日益扩大，可以说酶已成为国民经济中不可缺少的一部分，现实生活中，人们的衣、食、住、行及其他方面的新技术几乎都离不开酶。酶如何被发现？引言:人吃了饭，食物进入人体内究竟如何变化？今天，我们来看看200多年前意大利一位科学家是如何对此问题进行研究的吧，他的实验对象是一只鹰。(目的:激发学生的求知欲)导入斯帕兰扎尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验,引导学生质疑启思,讨论以下问题。讨论：1.为何要将肉块放入笼子中？2.是什么物质使肉块消失了？学生分组讨论，再全班交流，根据学生的回答得出胃产生的物质具有化学性消化的作用。引入细胞代谢的概念设问：①你吃下的各种肉类蛋白质，通过什么途径转化成为你自身的蛋白质？②你吃下的淀粉类食物，通过什么途径为你提供能量？通过分析、讨论，使学生理解：细胞的结构和生命活动的维持，需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，从而理解细胞代谢的本质，即“细胞中每时每刻都进行着许多化学反应”。酶的作用在学生理解细胞代谢的本质后，可以利用学生已有的化学知识，分析出化学反应过程中所需的条件一般是很激烈的，再让学生分析出生物体细胞生存的条件是很温和的，产生知识冲突：数量如此巨大的生物化学反应如何在细胞温和的条件下，迅速而高效地进行呢？在这种环境状态下发生的化学反应，应该有适合的生物催化剂————酶我们能否通过实验来证明?实验一过氧化氢在不同条件下的分解实验原理：2H2O2→2H2O＋O2材料用具新鲜的质量分数为20％的肝脏研磨液。量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计。新配制的体积分数为3％的过氧化氢溶液，质量分数为3.5％的FeCl3溶液。方法步骤讨论1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同现象？这一现象说明什么？2、在细胞内，能通过加热来提高反应速度吗？3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？4、3号试管和4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？学生经过讨论得出结论：生物体内存在催化化学反应的催化剂。而且该催化剂比无机催化剂的催化效率高。讲解：加热促使过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。看图思考：加热加压相当于给汽车加大油门加入催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道催化剂催化化学反应是通过降低活化能来完成的。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。（结合教材P80图讲解）通过动画展示使同学们更好的理解酶降低了化学反应的活化能，变抽象为直观形象(动画展示)各条件使反应加快的本质：加热：提高分子的能量Fe3+：降低化学反应的活化能酶：更显著地降低化学反应的活化能正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。细胞代谢离不开酶。实验过程的理论分析结论观察二一4321说明试管编号步骤2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃FeCl3肝脏研磨液2滴2滴不明显少量较多大量不复燃不复燃变亮复燃过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快反应条件自变量因变量无关变量变量H2O2浓度剂量剂量气泡产生带火星的木条对照实验对照组实验组实验步骤：实验设计中三个主要原则：Ⅰ等量原则Ⅱ对照性原则Ⅲ单因子变量原则回顾斯帕兰扎尼的实验问题：斯帕兰扎尼发现酶了吗？生：没有。师：是谁发现的酶呢？怎样发现的？证明酶究竟是什么了吗？请同学们带着这些问题阅读教材81页的资料分析——关于酶本质的探索。阅读指南发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德生：阅读教材，分析、讨论、回答有关问题。1982年至1983年美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有催化作用，这一研究成果的出现荣获了1984年诺贝尔生理奖。在学生讨论、回答的过程中给予一定的指导，提高学生领悟的深度，引导学生归纳并分析酶的定义。毕希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳酶是蛋白质发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用李比希引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用巴斯德之前酶的定义：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数为RNA。引导探究：在学生归纳出酶的定义之后，启发学生思考：酶作为生物催化剂，它同我们初中学过的无机催化剂相比，有何异同点呢？观看实验动画，回忆实验内容：比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率让学生再次感悟酶作为催化剂的突出特性——高效性。酶具有高效性的意义：保证了细胞内化学反应的顺利进行，能量供应的稳定提出问题：1、过氧化氢酶能高效地催化过氧化氢进行水解，能不能催化细胞内所有的化学反应呢？2、口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝的肉丝两天后还没被消化?实验二:探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用（多媒体展示）自变量：因变量：无关变量：结论：底物类型生成物类型——酶促反应进行情况用量、反应时间、检测方法等酶的催化具有专一性结论：酶具有专业性酶的专一性示意图、flash动画（帮助学生理解）生活应用:1、发烧为什么不思饮食？2、在加酶洗衣粉的包装袋上，往往注明这种洗衣粉的适用温度范围，为什么呢？（录像）资料分析唾液淀粉酶、胃蛋白酶等消化酶都是在消化道中起作用的。不同部位消化液的ph不一样。唾液的ph为6.2-7.4，胃液的ph为0.9-1.5，小肠液的ph为7.6.唾液淀粉酶会随唾液流入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠。根据以上资料，你能提出什么问题吗？实验三:探究影响酶活性的条件教师给予以下实验材料，学生根据实验的可操作性进行实验设计可溶性淀粉、过氧化氢、NaOH(5%)、Hcl(5%)、碘液、α－淀粉酶（最适温度50℃—75℃）、过氧化氢酶（新鲜鸡肝）、斐林试剂（检验还原性糖）、热水、蒸馏水、碘液、试管、烧杯、酒精灯等。教师重点介绍对照性实验设计中三个主要原则：Ⅰ等量原则Ⅱ对照性原则Ⅲ单因子变量原则1）设计实验探索问题1、提出问题2、作出假设3、材料用具4、设计实验5、实验记录6、分析结果7、结论和应2）举例分析方案设计A组设计的实验方案（探究PH值对酶活性的影响）序号项目试管121α－淀粉酶溶液1ml1ml2PHNaOH1mlHcl1ml3可溶性淀粉溶液2ml2ml4温度60℃60℃5斐林试剂2ml2ml6实验现象引导学生分析：以上设计是否科学？引导学生回答，得出结论：以上设计缺少对照组。B组设计的实验方案（探究温度对酶活性的影响）序号项目试管1231可溶性淀粉溶液1ml2ml1ml2α－淀粉酶溶液1ml1ml1ml3温度60℃沸水冰水4碘液1－2滴1－2滴1－2滴5实验现象引导学生分析：以上设计是否有错误？引导学生回答，得出结论：以上设计有两点错误，一是加入的可溶性淀粉溶液没有遵循等量原则，二是试剂加入的顺序错误，2、3步应互换，导致出现多个变量。C组设计的实验方案序号项目试管1231α－淀粉酶1ml1ml1ml2PH蒸馏水1mlNaOH1mlHcl1ml3可溶性淀粉溶液2ml2ml2ml4温度冰水沸水60℃5斐林试剂2ml2ml2ml6温度条件煮沸1分钟煮沸1分钟煮沸1分钟7实验条件引导学生分析：以上设计是否有错误？引导学生回答，得出结论：以上设计有PH值和温度两个变量，不符合单一变量原则。（通过具体例子，反复强调，让学生加深对实验设计三原则的印象，突破本节重点）3)教师指导，调整设计除了注意实验设计三原则外，还要注意实验的顺序，4）动手实验检验结果让学生参与到科学研究中，引导学生运用所学知识亲自动手实验，尝试解决问题，实现“感性思维－理性思维－具体思维”的飞跃。（结果录像）因为是探究实验，因此各种情况都可能发生。即使是同一个实验，实验现象和结论也许也不一样。我们要共同分析，找出实验误差的原因。5）交流成果，总结提高学生交流成果，体验探究成功与失败；学生评价各组研究成果；研究成果图：温度对酶活性影响的规律学生图科学家图两个图不是很一样，是不是我们做错了呢？学生通过讨论分析出：实验组可等梯度多做几组，画出的图形更接近。Ph对酶活性影响的规律学生图科学家图两个图不是很一样，是不是我们做错了呢？学生通过讨论分析出：ph值选取范围太小，实验组可等梯度多做几组，画出的图形更接近。最后得出：酶的作用易受环境条件的影响，并得出酶的第三个特性：酶的作用条件比较温和小结：酶的作用细胞代谢酶降低化学反应活化能酶的本质设计实验的原则：单一变量原则设置对照实验原则酶的特性1、高效性2、专一性3、酶的作用条件温课堂反馈经经典典例例题题课课堂堂练练习习课课外外拓拓展展社会连接酶在生产和生活中的应用：洗涤剂工业：烘烤食品：酿酒工业：肉类烹饪：乳制品工业：纺织工业：制革工业：医疗和药品工业谈收获意想不到的收获（录像）教学特色传统意义上的探究活动，依然是老师已经把要做的实验及实验原理、目的、材料用具、实验步骤，都设计好了，学生还是按部就班的按照老师事先规定的去做，没有做到真正意义上的探究。而我们这次的探究：没有规定非做哪