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第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
第一课时 酶的作用
湖天中学：王星
一、整体设计思路
“降低化学反应活化能的酶”是人教版普通高中课程标准实验教科书生物必修1 第5章第1节的内容。关于酶的作用，教材安排了一个学生实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解。在进行教学设计时，教者充分利用了这个实验，通过对本实验的分析，引导学生自己得出结论，切身体会到酶的高效催化作用，继而揭示酶具有高效催化性的原理。这种设计有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。 二、教材分析：
该节主要介绍了酶在细胞代谢中的作用、酶的本质以及酶的3个特性，一般加上实验共需要3个课时。本节是第一课时，主要说明酶的作用。课本在学生学习过初中生物学的基础上，创设了“问题探讨”的情境——200多年前科学家斯帕兰札尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验，引导学生分析和讨论，明确在这个实验过程中酶起了重要作用。那么酶在细胞代谢中有何作用？教材安排了实验来比较过氧化氢在不同条件下分解速率快慢的实验，引导学生自己得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化速率，该实验还介绍了生物实验的常用方法，所以要特别注意理解掌握设计对照实验的原则——单一变量原则（只有一个实验条件不同，其他的实验条件都相同），从而确定实验结果的不同就是有该不同的条件造成的。在学生获得感性知识的基础上，教材利用卡通式插图、图解和文字叙述，指出酶能够显著降低化学反应所需的活化能。这种编排有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。
三、教学三维目标： 1.知识与技能
（1）细胞代谢的概念。 （2）酶的作用。
（3）提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。 2.过程与方法
（1）通过本节课教学，让学生进行有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。
（2）在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。
3.情感态度与价值观
（1）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。 （2）通过实验探究，培养学生的探索精神、创新精神和合作精神。 四、教学重点和难点：
1.教学重点：
比较过氧化氢酶在不同条件下分解速率快慢的实验，并引导学生得出结论——酶的高效催化作用（酶的作用）。 2.教学难点：
（1）酶的活化能降低的原理。
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（2）实验中控制变量的科学方法。 五、教学设计： 【情境创设】
书P77本章封面：……细胞作为一个基本的生命系统，只有不断输入能量，才能维持生命活动的有序性。
人为什么要吃饭？（获得能量）
食物进入人体内发生了怎样的变化？（消化和吸收） 这些变化过程在其他生物中有没有呢？（有）
【师】这些问题现在我们都知道答案了，但在二百多年前的人们并不知道，于是一些科学家就开始了对这些问题的探索。
【介绍】1773年意大利科学家斯帕兰札尼的实验
【背景知识】在斯帕兰札尼做此实验之前，人们认为鸟类的胃只能磨碎食物，不能分解有机物，也就是说鸟类的胃只有物理性消化，没有化学性消化。 【讨论】１、这个实验要解决什么问题？（鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化）
２、是什么物质使肉块消失了？（是胃内的化学物质将肉块分解了）
３、怎样才能证明你的推测？（收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也
能将肉块分解了。我们现在知道这种物质就是胃蛋白酶。）
一、酶的作用和本质
【回顾】叶绿体，线粒体，核糖体的功能（引入细胞代谢的概念） 1、 细胞代谢:
【小结】对于一个生物体来说，要进行的生理活动非常多，这些生理活动的进行依赖于细胞内发生的各种生物化学反应。对细胞来说，能量的获得和利用也必须通过化学反应。
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
【过渡】现实中的化学反应我们知道很多情况下，反应的进行都需要一定的条件，比如高温、高压、强酸、强碱等等 【问１】在化学反应中有没有不通过高温高压等条件，来提高化学反应速率的方法呢？（有，催化剂） 【问２】细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、pH接近中性的条件下，迅速高效地进行呢？ （细胞也有类似于催化剂的物质存在，如酶）
细胞代谢离不开酶。那么，细胞代谢为什么离不开酶呢？ 那我们就要看看酶在细胞代谢中究竟起着什么样的作用。 2、酶在细胞代谢中的作用
【介绍】细胞在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。机体通过过氧化氢酶，能将过氧化氢迅速分解成水和氧气而排出。加热也能使H2O2分解，铁离子也可催化这一反应。
2H2O2 △ ２H2O＋O2 2H2O2
２H2O＋O2
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
【问】如何获得过氧化氢酶？（新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶）
质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液 1滴 质量分数为3.5%的氯化铁溶液 1滴 精选资料，欢迎下载
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有效成分： 过氧化氢酶 有效成分： Fe3+ 所含酶的相对数量： 1 Fe3+的相对数量： 25万 按以下实验步骤来进行实验
试管编号 实验原理 第一步 第二步 H2O2 浓度 剂量 反应条件 剂量 气泡产生 卫生香燃烧 1 3＋2 3% 2 mL 90 ℃ 少量 生成了少量氧气 3 3% 2 mL FeCl3溶液 2滴 较多 变亮 生成了少量氧气 4 3% 2 mL 肝脏研磨液 2滴 大量 复燃 生成了大量氧气 H2O2 在高温、Fe、H2O2 酶的作用下都可分解成水和氧气 3% 2 mL 常温 无 没有生 成氧气 观 察 结果 观察气泡冒出和卫生香复燃的情况，并记录 原 因 结 论 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著 【学生先预测实验结果；然后完成实验】 【P79讨论】
【问１】第一组与１号试管相比，２号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？（2号试管放出的气泡多，说明加热能提高反应速率）
①活化能的概念：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.
【问２】在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？（不能，加热会使蛋白质变性）
3+
【问３】3号试管和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？（Fe和H2O2酶也能提高反应速率）
3+
【问】那么为什么Fe和H2O2酶都提高反应速率呢？对照活化能的图，如果化学反应的进行比成一种运动的话，像那一种运动？（跳高或跨栏）如果想通过的话，怎么办呢？ ②催化剂(酶)的作用原理是：降低化学反应的活化能
【问４】３号试管与４号试管相比，哪只试管中的反应速率快？这说明什么？（4号管的更快，说明过氧化氢酶比铁离子的催化速率高的多）为什么说高的多呢？（回忆含量）
在20℃测得的过氧化氢分解的活化能 【问５】为什么酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？
条件 活化能(KJ/mol) （举例说明，图示）（与无机催化剂相比，酶降低活化
没有催化剂催化 75 能的作用更显著，因而催化效率更高）
用胶太铂催化 54
用过氧化氢酶催化 29
【问６】为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？（细胞代谢要在温和的条件下快速进行，只有酶能满足这样的要求，因此说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要。） 【对上述实验进行分析】（看图分析）
【问】上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条件？哪些是不同的条件？
（共同点：试管中加入H2O2溶液的浓度、剂量相同，加入氯化铁和肝脏研磨液的剂量相同。 不同点：反应条件不同，结果也不同） 引出变量的概念。
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【看书P79】
③变量、自变量、因变量、无关变量的概念
分析本实验的自变量、因变量、无关变量
④对照实验、对照组、实验组的概念
对照实验——除了一个因素以外，其余因素都保持不变。 对照组，是不接受人为处理的对象组； 反之就是实验组。
【分析本实验的对照组和实验组】
【课堂小结1】
⑤控制变量：控制自变量，形成对照或对比；
观察分析因变量，得出结果或结论； 无关变量保持一致。
【问１】那么单一变量原则、等量原则中所说的量分别是什么呢？ 【问２】本实验如果不要１号试管行不行呢？（不行）
那体现了实验的什么原则？（对照原则）
那几组形成了对照呢？（１和２，１和３，１和４，还有３和４） ２和３或者２和４，行不行？（不行）
【问３】本实验最后到底得出了什么结论？
【实验结论】进行该实验的其他因素相同，而只有反应条件这一个因素不同，通过对照观察其对实验结果的影响。就能得出相应的结论。
Ａ：1和2,1和3,1和4，比较，说明过氧化氢在不同的条件下分解的速率不同。
Ｂ：3试管和4试管只有加入的催化剂不同，结果3放的氧气少，4放出氧气多。说明酶的效率比无机催化剂高。 【课堂小结2】
酶在细胞代谢中的作用——通过降低化学反应活化能来催化反应，且催化效率比无机催化剂更高。 【布置作业】
１、预习P81的资料分析，说出酶的研究过程。从这些过程中你得到了什么启示？ ２、完成探究影响酶活性的条件实验中的实验步骤的设计。
六、教学反思设计
本节内容的教学难点之处有两点：一、对照实验不好理解；二、降低酶活化能。对照实验的各个因素一定要把教材上的案例分析清楚，并且可以多举例说明。降低活化能可以以书上的比拟好好的解释。
七、教学评价设计
本节内容没有进行实验，所以效果必然会有所打折扣，不过通过合作探究也培养了学生思维能力
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