利用自制教具定量探究硫酸铜对过氧化氢酶活性的影响
（河北省邯郸市第一中学河北邯郸056006）
提出问题、作出假设是开展探究性实验的重要环节。科学方法论专家贝弗里奇曾说“假设是研究工作中最重要的智力活动手段”。在生物学实验教学实践中，教师要结合具体真实的情景，引导学生亲自作出假设。人教版高中生物学《必修1·分子与细胞》第五章第一节“影响酶活性的条件”探究性实验的最后提出了一个开放性问题：除温度和pH外，还有哪些条件影响酶的活性？下文将以此为研究问题，组织学生开展相关的探究性实验。
假设是基于事实和经验，对提出的问题给予的一种尝试性的回答、解释或推断，经过证明是正确的才能成为理论。
锻炼学生作出假设的难度比较大，教师要做好充分的动员和鼓励，先解除科学性和合理性对假设的束缚，鼓励学生在教材实验情境下，进行小组讨论，开展头脑风暴，大胆假设。只要学生敢于假设，学生就给予肯定和鼓励。
假设要有理有据。通过总结教学实践经验，教师提出了针对“除了温度和pH外，还有哪些条件影响过氧化氢酶的活性？”这一问题作出科学假设的路线图，如图1所示。
图1做出科学假设的思维路线图
根据学校实验室的器具和试剂等条件，结合文献资料，经过对实验室药品试剂的筛选，教师最终选定以硫酸铜为例开展利用自制实验教具“探究重金属盐对过氧化氢酶活性的影响”这一实验。
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，过氧化氢酶制剂（酶的质量分数为40%）、硫酸铜、蒸馏水、输液器、输液瓶、5mL注射器，100mL注射器、秒表、烧杯、量筒、玻璃棒、滴管、试剂瓶、天平、药匙、称量纸等。
学生6-8人分为1组，选出组长，开展实验方案的讨论与设计：确定自变量及其梯度设置，思考影响实验结果的无关变量的种类及控制无关变量相同且适宜的方法。各小组开展预实验，设计实验数据记录表等。
配置物质的量浓度为1mol·L的硫酸铜溶液，然后进行10倍梯度稀释，得到0.001-100mmol/L的6组硫酸铜溶液，分别作为2-7组，第一组是硫酸铜浓度为0的空白对照，见表1。配好的各组溶液摇匀后在相同室温条件下放置12h。
表1各组不同硫酸铜浓度的过氧化氢酶溶液配制成分表
教师将如图2所示实验教具的各部件发给每个小组。各小组员讨论：如何组装实验教具，如何检验实验教具的气密性，如何确保无关变量相同且适宜，如何落实平行重复原则，实验教具的使用步骤及使用的注意事项……小组选举代表展示汇报教具的组装情况及使用步骤。其他学生进行质疑，以确保实验教具使用的科学性和安全性。
图2过氧化氢分解速率测定仪
各小组组装实验教具，依据实验步骤实施实验，设计实验数据记录表格，如实记录实验结果、实验过程中发现的问题等。
实验数据见表2。将空白对照组过氧化氢酶活性定为100%，用各组产氧速率除以空白对照组的产氧速率，得出各组过氧化氢酶的相对活性。教师引导学生利用数据构建硫酸铜浓度对过氧化氢酶活性影响的数学模型。教师可以给学生发放坐标纸，以方便学生完成作图；也可以将数据输入Excel软件，使用作图功能，以硫酸铜溶液浓度为横坐标，以过氧化氢酶相对活性为纵坐标绘制曲线图，结果显示，随硫酸铜溶液浓度增大，过氧化氢酶活性显著下降，在硫酸铜溶液浓度为100mmol/L时，过氧化氢酶活性降为0。
表2不同硫酸铜浓度对过氧化氢酶活性影响的实验结果记录表（室温9℃）
本研究结果与杨节、石双群、高宗宣、朱鸿等人的相关研究相符，即在一定的浓度范围内硫酸铜溶液能显著抑制过氧化氢酶活性，但由于所用酶的来源、浓度、作用时间、温度、实验结果检测方法等各方面的不同，具体抑制程度上存在差异。
实验过程中，师生还发现硫酸铜浓度对过氧化氢酶活性的影响还与二者作用时间有关。若配置好各组硫酸铜和过氧化氢酶的混合液后立即开始实验，则硫酸铜浓度对过氧化氢酶活性的影响不显著。
本实验是影响酶活性的条件拓展实验。教材中没有任何提示，难度较大，但是一个真实、完整、开放的探究性实验，需要学生通过小组合作亲历包括完整的探究历程。这对学生来说是一个巨大的挑战，也是培养学生科学探究能力的必经之路。在教学过程中，教师要密切关注学生的实验进展，既要敢于放手，又要设置恰当的难度梯度，适时地给出必要的“脚手架”，及时肯定学生的努力，鼓励学生创新，落实立德树人的根本要求，实现提升学生生物学学科核心素养的目标。