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《酶的高效性》教学设计

2020/6/25 23:06:00 手机版

  一、教材分析

  《酶的高效性》是《分子与细胞》第五单元第一节第二课时的内容,“降低化学反应活化能的酶”。酶是催化生物体内各种代谢反应的催化剂。教材中安排的这个实验的目的是通过比较一定浓度的过氧化氢在不同条件下的分解速率,使学生得出自己的结论, 从而对体验酶具有较高的催化率,具有重要的生理意义。结合本实验,还要求学生了解什么是自变量、因变量、无关变量,什么是对照实验。引导学生学会确认和控制变量,培养学生的科学探究能力。酶的特性是 “降低化学反应的活化能” 一节中非常重要的知识点, 这不仅是对前面所学的 “酶的功能和本质” 知识的延续和进一步理解,也是学生今后学习光合作用和呼吸作用影响因素的知识和技能的基础。要求水平较高,属于 “应用” 水平,酶特性知识点在生产实践中也有广泛的应用,因此在教材中占有重要地位。课程标准对这部分内容的要求是: 说明大多数酶是能催化生化反应的蛋白质,酶活性受环境因素的影响。

  二、学生分析

  高中生已经具备了抽象逻辑思维的能力,理性思维的能力随着年级的提高而逐渐提高。同时,它还保持着对生物学习的高度兴趣,喜欢提出问题和疑问。在酶的特性之前,学生已经总结了上一节课 “比较过氧化氢在不同条件下的分解效率。由于这部分内容与生活密切相关,学生仍然需要思考这一特征对细胞意味着什么,以及如何与现实生活联系起来。因此,启动学生的大脑,引导学生思考和交流,培养学生的合作交往意识和社会责任感是关键。采用的教学方法有 :(1) 探究式教学法: 在教师的指导下,学生积极参与酶特性的讨论和探究活动, 体验科学发现的过程,领悟科学研究方法。(2) 多媒体辅助教学法: 利用多媒体技术演示探究酶的特性实验,帮助学生形成正确、系统的知识结构。

  三、教学目标

  1.知识与技能:

  掌握检查酶的高效性的方法及其原理;

  通过探究酶的高效性的实验,能够阐明酶的高效性;

  学习探索酶高效实验操作的相关技能,能够独立或协同完成相关实验操作。

  2.过程与方法:

  经历探究酶的高效性实验过程;

  参与探究酶的高效性实验方案的讨论,学会控制自变量、观察和检测因变量的变化,并设置控制组和重复实验。

  3.情感态度与价值观:

  通过阅读和分析《关于酶的性质的探索》的资料,我们可以认同科学是在不断地观察、实验、探索和争论中前进的;

  通过让学生了解酶的发现过程,让学生体验实验在生物学研究中的作用和地位;通过探讨酶在生产生活中的应用, 使学生认识到生物科学技术与社会生产生活的关系。

  四、教学重点与难点

  重点:控制自变量、观察和检测因变量。设置对照组和重复实验。

  难点:控制变量的科学方法。

  五、教学用具

  自制PPT

  六、教学过程

  1.情境导入

  师:目前我们使用的洗衣粉里都加有酶,知道原因吗?

  生:酶具有高效性

  2.引导学生进入研究情境

  师:酶真有高效性吗?它和一般无机催化剂的区别在哪里?请看探究实验,研究过氧化氢的分解,其实本质是探讨过氧化氢酶的特性。有4个烧杯都加上了同样浓度同样量的过氧化氢溶液。然后呢?第一个烧杯就只有过氧化氢溶液,让它自然分解。第二个烧杯加无机催化剂氯化铁催化它的分解。第三个烧杯加鲜马铃薯小块,新鲜的土豆,那么在这个新鲜的土豆当中就存在着过氧化氢酶。其实绝大多数生物材料中多多少少都存在着过氧化氢酶。这该如何理解呢?过氧化氢其实是一个很不好的东西,它是细胞进行氧化代谢的一个副产物,也相当于是氧化性很强的一个物质,高浓度的过氧化氢甚至有一定的腐蚀性。所以说过氧化氢在细胞内产生不好,它对细胞有伤害。怎么辦呢?在细胞里往往都会有相应的过氧化氢酶产生,进行催化及时地让它分解掉。第四组我们加熟的马铃薯小块,那它们的区别何在呢?我们来看一下反应的结果是什么。

  (学生思考并交流,教师板书)

  师:第一组自然分解产生的气泡非常不明显,第二组加无机催化剂氯化铁产生的气泡少而且慢,第三组加的是过氧化氢酶,反应的速度又快,产生的气泡又多。第四组加的是熟的马铃薯小块,酶因为加热已经失活掉了,所以是很不明显的。这里最关键的对比当然是2组和3组的对比,相比无机催化剂,有机催化剂酶的催化效率要高得多。这就是酶的第一个特性,我们称之为高效性。一般来说,酶的催化效率要比无机催化剂高千万倍甚至亿倍以上。正是因为它有高效性,才能保证细胞里面生化反应在这样一个如此温和的条件下顺利进行。

  生:酶只是个催化剂,只能催化在热力学上允许进行的反应,这个反应横竖都能进行,有没有酶又能怎样呢?

  师:没有酶这个反应理论上能进行,但你知道这个反应要多长时间吗?一百万年,等得到吗?所以必须有酶的催化,尽管它是个催化剂,没有是不可以的。通过这个实验,你能体会到酶对我们是多么重要。那么新的问题就来了,为什么酶有如此高的催化效率呢?这需要解释一下酶的作用机理。首先现在呢,化学界已经普遍承认了,催化剂绝不是在一边加油当啦啦队,其实催化剂是真正参与了化学反应,酶也不例外。上边是酶催化一个化合反应,大家可以看一下,它其实是跟它催化的反应物和底物结合,形成了酶底物中间复合物,这就叫中间产物,最后变成了产物。催化一个分解反应也是这样,酶参与到了反应当中,并且和底物结合形成了中间产物,这就叫中间产物学说。

  (教师板书,学生做笔记、思考)

  师:但是依旧没有解释清楚,为什么一有酶的参与,反应速率就加快了呢?大家看一个示例,要想把一个石块推过一个山坡,费劲的地方在哪呢?主要是爬上这个坡,如果这个坡能缓一些或者变平了,工作就比较好完成。原来的位置叫初态,爬到坡这叫过渡态,最后叫终态。其实化学反应跟这个原理是一样的。要想使物质由反应物变为产物,他需要先被抬高到一个新的能级,这个就叫活化能,也就是物质需要进行活化才行。在没有酶催化的时候,这个活化能高,因此反应进行起来就比较困难。但一旦有酶的参与,一旦酶与底物形成中间产物,之后这个坡就缓了。这个中间产物的活化所需的能量就大大减少了,一下轻轻松松就过来了。因此酶催化化学反应加快反应速率的原因机理就是这样一句话,你在高考中一定要用这句话来回答,就是酶能降低化学反应的活化能。一定要注意这样一个专用的词汇:降低活化能。

  (教师板书,学生做笔记、思考)

  师:大量的实验数据表明,酶的催化效率是无机催化剂的107-1013倍。正是因为的这一特性才使其在生产中得到广泛应用:如在洗衣粉中加入0.2%-0.5%的酶制成合成洗涤剂加酶洗衣粉,其去污能力大大增强。

  七、板书设计:

  酶具有高效性

  (一)探究过氧化氢的分解实验

  2.2O2 2H2O+O2

  1.H2O2

  2.H2O2+FeCl3

  3.H2O2+鲜马铃薯小块

  4.H2O2+熟马铃薯小块

  (二)酶的作用机理:中间产物学说

  (三)降低化学反应活化能的酶

  反思总结:酶具有高效性,能降低化学反应活化能。

 

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