一、使用教材
本实验是人民教育出版社，普通高中教科书，《必修1分子与细胞》，第5章第1节中“影响酶活性的条件”这一实验的拓展实验。
二、实验器材：
1．仪器：恒温培养箱、冰箱、牛津杯、游标卡尺、微量可调式移液器、培养皿、高压蒸汽灭菌锅、分光光度计。
2．材料：质量分数3%的淀粉-琼脂固体培养基、质量分数3%的可溶性淀粉溶液、质量分数6%的可溶性淀粉溶液、质量分数0.2%的α-淀粉酶溶液、稀碘液、滤纸片。
三、实验创新要点/改进要点
1．设计思路创新——将定性实验改为定量实验
变教材中定性实验为定量实验，通过测量在不同温度条件下淀粉溶液的吸光值或淀粉-琼脂固体培养基的透明圈大小，定量检测酶活性。
2．变量控制方法创新——使用酒精使酶失活，快速终止反应
为避免温度影响碘液与淀粉的染色效果，防止保温后、检测前淀粉的进一步分解，本实验在教材实验的基础上引入酒精使淀粉酶失活后，待液体温度恢复到室温后再加入碘液染色，实验结果更加可靠。
3．检测方法创新
（1）使用分光光度计代替目测比色，通过淀粉剩余量检测酶活性
教材原有实验中学生可以通过目测比色法判断酶活性高低，但无法定量检测酶活性的具体差距，本实验中学生提出了用分光光度计检测酶活性的手段，方法可行，效果明显。
（2）将酶促反应的环境由液相变为固相，不经染色即可检测酶活性
创新实验中，学生用淀粉-琼脂固体培养基代替淀粉溶液，让反应在固相介质中发生，实验效果明显，不用染色就可以比较酶活性大小。
四、实验原理/实验设计思路
1．分光光度计的检测原理
分光光度计可检测溶液的吸光值（溶液中溶质对光的吸收程度），溶液浓度越大，吸光值越高，因此可对淀粉剩余量进行定量检测。已有研究表明，淀粉遇碘后产生的淀粉-碘包合物对除蓝光以外的可见光具有较均匀的吸收。本实验采用nm的光测定淀粉的吸光值，检测淀粉剩余量。
图1分光光度计
2．淀粉-琼脂固体培养基检测淀粉酶活性的原理
淀粉酶加入固体培养基表面后可以向四周均匀扩散，扩散过程中可将周围的淀粉水解，出现水解圈。酶活性越高，则淀粉水解的程度越大，出现的水解圈（透明圈）就越大，肉眼或经碘液染色后即可观察透明圈大小。
图2淀粉-琼脂固体培养基
五、实验教学目标
基于新版生物学课程标准，从学生核心素养发展的四个维度提出如下教学目标：
1．生命观念：
通过建构并分析温度对酶活性影响的数学模型，达成“酶活性会受到环境因素的影响”这一学科概念，从而理解细胞代谢需要合适的温度、pH等条件的原因，认同酶对生物的重要性，形成科学的物质观。
2．科学思维：
在设计和实施实验的过程中，运用批判性思维分析实验方案，运用创造性思维改进实验方案，将实验结果绘制成曲线，构建温度与酶活性关系的数学模型，科学思维得到发展。
3．科学探究：
在设计和实施定量实验的过程中，通过分析、提问、设计、实施、结果交流和讨论，初步掌握科学探究的基本思路和方法，在探究中不断增强求知欲，同时提高实践能力与团队协作能力。
4．社会责任：
主动了解与酶有关的行业或职业，积极运用酶的相关知识解释或解决生产生活中的问题，辨别生活中与酶有关的伪科学（如端粒酶保健品）。
六、实验教学内容
1．定性实验：探究温度对酶活性的影响（全体学生）
2．定量实验：
（1）利用分光光度计检测不同温度下的酶活性（生物兴趣小组1）
（2）利用淀粉-琼脂固体培养基检测不同温度下的酶活性（生物兴趣小组2）
七、实验教学过程
图3教学流程图解
1．定性观察、提出问题：
全体学生分组进行教材中探究温度对酶活性影响的实验，每个小组按下表完成2个温度下的操作，最后将所有小组的实验结果汇总（见图4）。
步骤
操作
1
设置水浴锅温度
2
用移液器取质量分数为0.02%的α-淀粉酶溶液1mL、质量分数6%的可溶性淀粉溶液4mL，分别加入不同的试管中，在设置的温度下分别保温5min
3
将保温后的淀粉溶液和淀粉酶溶液混合，在设置的温度下保温1min
4
加入1mL稀碘液，振荡混匀
5
观察并记录颜色变化
表1探究温度对酶活性的影响的实验操作步骤
图4探究温度对酶活性影响的实验结果
学生在实验前已经预设出高温下，淀粉酶因结构改变而失活，淀粉剩余量应该很多，但实际结果却与学生的预期不符，并且根据出现颜色的试管只能定性描述颜色深浅，无法判断不同温度下酶活性的具体差距，使学生意识到本实验在设计上存在缺陷，需要改进或创新。
2．共同研讨、提出方案
针对以上问题，学生通过查阅文献、咨询老师等方式，提出了多种改进措施或全新的实验方案。有学生提出可以用分光光度法或透明圈法检测淀粉剩余量，还有学生认为可以将检查淀粉剩余量改为检测还原糖生成量，并提出了尿糖试纸法、血糖仪法、称重法、密度法等多种方法，经过综合分析和预实验（见图5），学生排除了一些可行性较低的方法，并从中选择了分光光度法和透明圈法进行进一步的实验设计。
图5尿糖试纸检测葡萄糖的生成量
（预实验结果显示室温下的葡萄糖生成量已经超出试纸检测范围）
3．合作探究、完善方案
（1）利用分光光度计检测不同温度下的酶活性（第1小组）
为了消除原有定性实验中温度对颜色反应的影响，生物兴趣小组1的同学尝试等待各组温度降低到室温再进行检测，结果发现高温组颜色依然偏浅（见图6），因此推测，在降温过程中，淀粉水解反应可能依然在进行。
图6室温下不同温度组的淀粉染色结果
为解决这个问题，学生们想到可以在淀粉酶与淀粉混合结束后立即使酶变性。然而常见的使蛋白质变性的因素中，高温会改变实验的自变量，强酸、强碱又会引起淀粉的水解，显然都不可行。此时，有同学提出，在新冠疫情期间，酒精是最常用的消*剂，而酒精消*的原理是引起了微生物的蛋白质变性，而淀粉酶的本质也是蛋白质，可以尝试用酒精使蛋白质变性。小组成员经过重新设计实验，发现加入酒精后，高温组降温过程的淀粉水解被显著抑制（见图7），说明酒精确实可以使酶变性失活。
图7加入酒精后不同温度组的淀粉染色结果
随后，学生将各试管中的液体放到分光光度计中，在nm处测定吸光值，将测试结果输入Excel后生成吸光值随温度变化的曲线（见图8），结果显示，在设置的温度中70℃条件下吸光值最低，说明该温度下淀粉酶活性较高，而低于70℃和高于70℃时酶活性均呈下降趋势，实验结果符合预期。
图nm处测吸光值
（2）利用淀粉-琼脂固体培养基检测不同温度下的酶活性（第2小组）
生物兴趣小组2的同学选择使用淀粉-琼脂固体培养基，尝试在固相介质中让淀粉分解，根据呈现出的分解圈大小来比较不同温度下的酶活性。
在他们所提出的第一代实验方案（见表2）中，将浸泡过淀粉酶溶液的圆形滤纸片放到培养基表面，24小时后碘液染色，发现透明圈过小（见图9），而且同一温度下不同平板中的透明圈直径差距较大，带来了较大的实验误差。
步骤
操作
1
配制淀粉-琼脂固体培养基
2
倒平板
3
打孔器打出若干同等大小的圆形滤纸片
4
将滤纸片在酶溶液中浸泡一段时间后放到淀粉-琼脂固体培养基表面
5
相应温度下保温24h
6
24h后取出培养皿，加碘液后用格尺对每个培养皿中的透明圈多次测量直径，取平均值作为该透明圈的直径
表2实验方案1.0
图9滤纸片法24h后检测透明圈
为了解决以上问题，小组成员通过查阅文献，发现常用于抗体效价检测的牛津杯（图10）可以代替滤纸片，增加各组酶量的同时还可以使每个平板内的酶量统一。为了降低测量的误差，他们还想到用游标卡尺替代格尺，提高了测量的精度。通过以上改进措施，获得了更加明显的实验效果（见图11、12），同时意外的发现，改良后不需要染色也可以观察到明显的透明圈（见图10）。
图10牛津杯和透明圈
图11滤纸片法24h后检测透明圈
小组成员用游标卡尺将各温度下的平板中的透明圈测量直径后，将数据输入Excel后生成透明圈直径随温度变化的曲线（如图12），结果显示，在设置的温度中60℃条件下直径最高，说明该温度下淀粉酶活性较高，而低于60℃和高于60℃时酶活性均呈下降趋势。由于80度时，固体培养基已经大量融化，所以高温下酶活性的测量是该小组接下来要攻克的问题。
图12滤纸片法24h后检测透明圈
4．表达交流、思维共享
两个兴趣小组的成员在班级做成果汇报，详细介绍他们的实验设计思路、实验过程遇到的问题和解决的措施、参与项目的收获等，为其他同学提供可以借鉴的经验。
八、教学效果评价
1．学生通过定性实验能够发现问题，并提出解决方案，提高了分析问题的能力；
2．在设计并完善实验方案的过程中，学生们通力合作，相互研讨，共同探究，在实践中体会科学探究的基本思路，在不断攻克难题的过程中体会到科学研究的乐趣，形成了实事求是的科学精神和严谨科学态度；
3．在项目研究的过程中，学生进一步掌握了控制变量的方法，并体会设置重复实验的重要意义，提升实验设计的能力。
作者姓名：郭东岗
致各位读者：因为