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2019-2020年高中生物《降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶》教案4 新人教版必修1 一、 教學(xué)目標(biāo) 1.說(shuō)明酶在細(xì)胞代謝中的作用、本質(zhì)和特性。 2.通過(guò)閱讀分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的資料，認(rèn)同科學(xué)是在不斷的探索和爭(zhēng)論中前進(jìn)的。 3.進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究，學(xué)會(huì)控制自變量，觀察和檢測(cè)因變量的變化，以及設(shè)置對(duì)照組和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 二、 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 1.教學(xué)重點(diǎn) 酶的作用、本質(zhì)和特性。 2.教學(xué)難點(diǎn) （1）酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理。 （2）控制變量的科學(xué)方法。 三、 教學(xué)策略 從教材提供的問(wèn)題探討──斯帕蘭札尼研究鷹的消化作用進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，是有趣的，并能和學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)──對(duì)消化酶的了解結(jié)合起來(lái)。 要先提出細(xì)胞代謝的概念，細(xì)胞代謝是課標(biāo)明確提出的一級(jí)主題，細(xì)胞代謝過(guò)程離不開(kāi)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶。 學(xué)生對(duì)酶的認(rèn)識(shí)有限但對(duì)催化劑的作用比較熟悉，教學(xué)中可以利用學(xué)生對(duì)無(wú)機(jī)催化劑的知識(shí)基礎(chǔ)作為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新課學(xué)習(xí)?？梢越榻B幾種無(wú)機(jī)催化劑的作用，讓學(xué)生說(shuō)出無(wú)機(jī)催化劑催化的特點(diǎn)和條件，然后讓學(xué)生思考生命活動(dòng)是一系列的化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境條件是什么？學(xué)生比較容易想到細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境是一個(gè)常溫常壓的狀態(tài)，在這種環(huán)境狀態(tài)下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)該有適合的生物催化劑──酶，由此引入酶的學(xué)習(xí)。 既然學(xué)生們知道無(wú)機(jī)催化劑的作用，就讓學(xué)生通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)酶的催化作用以及與無(wú)機(jī)催化劑的差別。教師可以給學(xué)生一些具體數(shù)字，加深學(xué)生的印象，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)感悟酶作為催化劑的突出特點(diǎn)──高效。 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的 新鮮肝臟研磨液 1滴 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的 氯化鐵溶液 1滴 生物催化劑：過(guò)氧化氫酶所含酶的相對(duì)數(shù)量：1 無(wú)機(jī)催化劑：Fe3+ Fe3+的相對(duì)數(shù)量：25萬(wàn) 教師在安排學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，落實(shí)好本節(jié)課的目標(biāo)。本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，建議教師利用直觀的手段（繪圖或電子幻燈等）將實(shí)驗(yàn)的裝置特別是實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的裝置分別向?qū)W生展示，以增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和討論的效率。 本節(jié)課大約需要2～3課時(shí)完成。其中酶的作用和本質(zhì)需約1～2課時(shí)，酶的特性需要1課時(shí)。 關(guān)于酶的概念，課程標(biāo)準(zhǔn)要求層次為理解，這就意味著學(xué)生能夠?qū)γ傅母拍钸M(jìn)行闡述、解釋。這就需要教師在將酶的概念闡述清楚的基礎(chǔ)之上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和生活生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)例讓學(xué)生體會(huì)酶的概念，落實(shí)課標(biāo)的要求。 本節(jié)課的標(biāo)題是“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”，針對(duì)這一定語(yǔ)，教師可以問(wèn)問(wèn)學(xué)生對(duì)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能”有什么認(rèn)識(shí)，教師要充分利用教材上形象、直觀的圖片和文字說(shuō)明，讓學(xué)生明確催化劑可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，而且與無(wú)機(jī)催化劑相比較，生物催化劑酶有突出的優(yōu)越性。 然后讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)前教師可以搜集一些數(shù)據(jù)列在黑板上，如下表。 表12 在20 ℃測(cè)得的過(guò)氧化氫分解的活化能 條件 活化能/kJmol-1 沒(méi)有催化劑催化 用膠態(tài)鉑催化 用過(guò)氧化氫酶催化 75 54 29 在介紹酶的本質(zhì)時(shí)，教材上的資料分析很重要，充分利用資料中酶的發(fā)現(xiàn)歷史有助于學(xué)生加深對(duì)酶本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。在資料分析的教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生自己閱讀資料，但這必須建立在教師精心設(shè)置的問(wèn)題之后，要盡量避免在課堂教學(xué)中學(xué)生漫無(wú)目的、無(wú)針對(duì)性地閱讀。教師也可以利用教材上的資料精心設(shè)計(jì)教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生回顧酶的發(fā)現(xiàn)歷史，挖掘科學(xué)家從生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、不斷探究、不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終揭示酶的本質(zhì)的探索歷程，幫助學(xué)生理解絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)的事實(shí)。 在學(xué)習(xí)酶的特性時(shí)，學(xué)生對(duì)于酶已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)了，在這個(gè)基礎(chǔ)上讓學(xué)生判斷酶作為生物催化劑催化化學(xué)反應(yīng)時(shí)應(yīng)具備哪些特點(diǎn)。這里需要提醒學(xué)生的是，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，從蛋白質(zhì)的特性上去思考酶的特性。通過(guò)前面的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)酶的催化效率有了感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生接著思考酶催化反應(yīng)是否應(yīng)在其分子結(jié)構(gòu)上有特定的活性部位，而這個(gè)活性部位恰恰就是酶具有專(zhuān)一性的原因。酶與底物之間具有鎖匙關(guān)系，一種酶只能催化一種或一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)，這種高度的專(zhuān)一性保證了生命活動(dòng)有條不紊地進(jìn)行。 在學(xué)習(xí)影響酶活性的條件時(shí)，教師要重視教材上提供的探究活動(dòng)，要讓學(xué)生親自獲得酶的活性受到溫度和酸堿度影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，還可以通過(guò)定量化的探究實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)酶活性的范圍，當(dāng)然，這是較高層次的要求。 四、答案和提示 （一）問(wèn)題探討 1.這個(gè)實(shí)驗(yàn)要解決的問(wèn)題是：鳥(niǎo)類(lèi)的胃是否只有物理性消化，沒(méi)有化學(xué)性消化？ 2.是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了。 3.提示：收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解。 （二）實(shí)驗(yàn) 1.2號(hào)試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說(shuō)明加熱能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。 2.不能。 3.說(shuō)明FeCl3中的Fe3+和新鮮肝臟中的過(guò)氧化氫酶都能加快過(guò)氧化氫分解的速率。 4.4號(hào)試管的反應(yīng)速率比3號(hào)試管快得多。說(shuō)明過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在進(jìn)行著成千上萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓下高效率地進(jìn)行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以說(shuō)酶對(duì)于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。 （三）資料分析 1.巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)是合理的，但是認(rèn)為發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用是不正確的；李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)是合理的，但是認(rèn)為這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用是不正確的。 2.提示：巴斯德是微生物學(xué)家，特別強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用；李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問(wèn)題。他們的爭(zhēng)論促使后人把對(duì)酶的研究的目標(biāo)集中在他們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)上，使科學(xué)研究更加有的放矢。 3.畢希納的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。 4.薩姆納歷時(shí)9年用正確的科學(xué)方法，堅(jiān)持不懈、百折不撓的科學(xué)精神，將酶提純出來(lái)。成功屬于不畏艱苦的人。 （四）旁欄思考題 絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫等劇烈條件都會(huì)影響到蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所以酶比較“嬌氣”。 （五）第一小節(jié)練習(xí) 基礎(chǔ)題 1.巴斯德：發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用。 李比希：引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但是這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。 畢希納：酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。 薩姆納：酶是蛋白質(zhì)。 2.提示：（1）細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在進(jìn)行著成千上萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要高效率地進(jìn)行，酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高得多。 （2）細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓、酸堿度適中等溫和條件下進(jìn)行，無(wú)機(jī)催化劑常常需要輔助以高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈條件才能有較高的催化效率。 3.D。 拓展題 1.提示：可用第2章中學(xué)過(guò)的鑒定蛋白質(zhì)的方法。在薩姆納之前，之所以很難鑒定酶的本質(zhì)，主要是因?yàn)榧?xì)胞中酶的提取和純化非常困難。 2.提示：（1）如四膜蟲(chóng)的rRNA前體具有催化活性。（2）目前已有發(fā)現(xiàn)具催化活性的DNA的報(bào)道。 （六）第二小節(jié)練習(xí) 基礎(chǔ)題 1.B。 2.B。 3.提示：這個(gè)模型中A代表某類(lèi)酶，B代表反應(yīng)底物，C和D代表反應(yīng)產(chǎn)物。這個(gè)模型的含義是：酶A與底物B專(zhuān)一性結(jié)合，催化反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)生了產(chǎn)物C和D。這個(gè)模型揭示了酶的專(zhuān)一性。 拓展題 1.（1）A點(diǎn)：隨著反應(yīng)底物濃度的增加，反應(yīng)速率加快。B點(diǎn)：反應(yīng)速率在此時(shí)達(dá)到最高。C點(diǎn)：反應(yīng)速率不再隨反應(yīng)底物濃度的增加而升高，維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平。 （2）如果A點(diǎn)時(shí)溫度升高10 ℃，曲線上升的幅度變小。因?yàn)閳D中原曲線表示在最適溫度下催化速率隨底物濃度的變化。溫度高于或低于最適溫度，反應(yīng)速率都會(huì)變慢。 （3）該曲線表明，B點(diǎn)的反應(yīng)底物的濃度足夠大，是酶的數(shù)量限制了反應(yīng)速率的提高，這時(shí)加入少量的酶，會(huì)使反應(yīng)速率加快（圖略）。