《降低化学反应活化能的酶》教学设计

《降低化学反应活化能的酶》教学设计

1 教材分析

1.1 教学目标 ①解释酶是生物催化剂；说明酶的特性；简述酶的催化机理。

②进行过氧化氢分解实验，引导学生探究酶的特性，初步训练学生分析实验现象的能力。

③通过讨论酶的发现史，体验科学的一般发展过程；通过实验结果的分析，体验良好的实验设计在科学研究中的重要意义。

1.2 教学重点和难点

重点：酶的作用和本质；酶的催化的高效性、专一性。 难点：组织和引导学习完成酶的活性具有高效性、专一性的实验操作，分析和讨论实验操作，分析和讨论实验结果。

2 教学过程

2.1 练习生活，实验导入 教师通过过氧化氢分解不同处理的演示实验：过氧化氢+水、过氧化氢+肝脏研磨液混合后的不同现象导入，学生观察两管中泡沫产生的现象，分析得出肝脏研磨液中含有某种能促进过氧化氢分解的物质，继而通过土豆切面上滴加过氧化氢而出现的白色泡沫，自然引出这种物质在植物体内也存在，这种在生物体内普遍存在的一类起催化作用的物质就是酶，提出问题：酶是怎样发现的？在细胞代谢中有怎样的作用？实验中所用的过氧化氢，学生在化学课上已经了解了这种物质，知道过氧化氢可以在自然状态下缓慢分解，对于演示实验里的新鲜肝脏和马铃薯，也都很熟悉。

演示实验中试管内大量的泡沫、复燃的卫生香和投影仪下马铃薯上的白色泡沫，这些明显的实验现象极大地引起了学生的兴趣，强烈吸引学生去深入了解这种能引起如此明显现象的物质是什么，为什么能引起这样的现象？它是如何被发现的？作用时有何特性？学生思想上会产生一系列的“追问”，教学中正是抓住这些学习需求的生长点，充分利用实验展开分析和研究，最终实现教学目标。教师演示时要操作规范，提醒学生要对试管进行编号，以便结果记录和描述。

2.2体验历程，探求本质 酶的本质是在介绍酶的简史过程中引导学生逐步总结得出的。1783年，意大利科学家斯帕兰札尼发现了胃液的化学性消化作用，这类物质就是酶。早在5000年前人类就已经利用酶进行酿酒了，但是直到19世纪中期才认识到酒精中的酵母菌与发酵有密切的关系，并引起了一场对酵母菌发酵作用的争论。以微生物学教巴斯德为代表的科学家与化学家李比希伟代表的科学家争论的焦点集中在：发酵过程是否与活细胞有关？是整个细胞还是细胞中的某些物质在发酵中起作用？1897年毕希纳发现了无细胞发酵过程，证明发酵过程中是细胞中的某些物质起作用，但这种物质必须是酵母菌活细胞产生的。毕希纳将巴斯德和李比希中的合理成分有机整合在一起，解决了对酵母发酵的争论，获1907年诺贝尔化学奖。要想继续研究酵母汁中酶的化学本质，下一步应该怎么办？引导学生想到提纯酶，然后介绍1926年美国科学家萨姆纳尔经过9年的艰苦实验，从大豆种子中提取了纯的脲酶，并证明脲酶是一种蛋白质，它获得了1947年诺贝尔化学奖。继续设问：是不是所有的酶都是蛋白

质呢？介绍20世纪80年代美国科学家切赫和奥特曼在研究四膜虫时发现具有催化活性的RNA，即核酶，他们获得了1989年诺贝尔化学奖。课外延伸问题：有没有具有催化活性的DNA？建议课下查阅。最后，请学生用自己的语言概括出酶的概念。回顾酶的发现过程的科学史中，设计问题串，环环相扣，体现人们对科学问题的认知过程：发现问题→提取物质→物质本质→补充完善→得出定义，总结酶的概念，体验对酶本质的逐渐加深的认知过程。通过酶的发现，渗透科学史教育，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神，使学生认识到科学是不断发展的。

2.3 重视实验，探究分析 在清楚了酶是活细胞内产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA的基础上提出问题：酶与无机催化剂相比，有什么催化特性？进行学生实验，比较肝脏研磨液和三价铁离子的催化效率，思考：实验现象说明了什么？让学生总结出酶的高效性。酶除了高效性以外，还有什么特性？一种无机催化剂可以催化多个化学反应，酶是否也如此？接着，分析探究酶的专一性实验，这个实验涉及两种底物和两种酶的分别作用，并要和物质鉴定实验相结合，步骤较多，用时较长，难度较大，不宜以学生全体实验的形式进行，所以处理为课前兴趣小组的活动，将他们的结果呈现出来，让其他学生进行分析总结。此实验可以分解为两个单一因素的实验，分别是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用和探究蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用，实验步骤与记录表格见表1。教学中应向学生说明实验设计的严谨性，强调底物与酶都要有对照实验。在学生

总结出淀粉酶能分解淀粉而不分解蔗糖、蔗糖酶能分解蔗糖而不分解淀粉的基础上，水到渠成得出酶的专一性特性。充分重视实验，让学生亲手动手做实验，加深感性认识，还要根据实验难易程度进行创新处理，训练学生分析实验的能力。

表1 探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用 步骤 第一步 第二步 第三步 第四步 预测结果 实验结果

2.4 应用试验，机理介绍 酶如何实现其高效性和专一性？接下来学习酶的作用机理。首先需要理解一个抽象的概念——活化能，可借助演示实验来说明。卫生香的杆中含有大量的碳，空气中含有充足的氧气，一般情况下碳并不燃烧，当用火去点燃的时候，碳和氧气生成二氧化碳的反应（点燃），在此过程中，碳原子和氧分子从稳定的常态变为容易发生化学反应的活跃状态，这个过程所需要的能量，就称为活化能。生物体内各种反应的顺利进行，也需要活性能来变成活跃的状态，如果把化学反应比作驾车翻越高山的话，加热加压相当于给汽车加大油门，需要消耗大量的能量，而用酶做催化剂则相

试管 1mL 3mL 1 水 淀粉 2 水 蔗糖 3 水 淀粉酶 4 淀粉酶 淀粉 5 淀粉酶 蔗糖 各试管充分摇匀后，37°C保温15min 2mL 各试管加本尼迪特试剂，沸水浴2—3min

当于找到了一条穿山隧道，只需少量的能量就能穿过去（显示图片：山区的盘山公路和穿山隧道）；又如化肥厂合成氨时需要高压、高温条件下进行的，而酶促反应是在常温、常压下就能进行的，酶可以降低化学反应的活化能，从而实现酶的高效性。酶是如何实现专一性的呢？先介绍假说之一：锁与钥匙学说。思考：这一假说有没有难以解释的地方？提示内容：已知生物体内有4000多种酶，而生物体内的化学反应远不止4000多种，显然锁与钥匙学说的一对一的关系是不能解释的，而且，底物与产物的结构是不同的，具有一定形状的酶分子的结构不可能既适合底物，又适合产物。在此基础上介绍诱导契合学说，并且说明现在X射线衍射研究的结果也支持这种学说。