中学生物数字化虚拟探究实验设计方案

1、课题名称：中学生物探究性实验虚拟化教学应用研究 设计单位：同州中学生物组课题组实验目录：实验一：浓度、光照和催化剂对双氧水分解速率的影响实验二：测量空气中氧气的百分含量实验三：比较过氧化氢和Fe3+催化效率实验四：PH对酶活性的影响实验五：温度对酶活性的影响实验六：酵母菌的呼吸作用实验一 浓度、光照和催化剂对双氧水分解速率的影响【实验目的】 通过实验研究浓度、光照及催化剂对双氧水分解速率的影响。【实验原理】 影响化学反应速率的因素有反应物和生成物的浓度、温度、光照情况、压强以及有无催化剂存在等。双氧水分解的反应方程式为：双氧水=水+氧气。双氧水的浓度、光照情况以及有无催化剂存在对双氧水反应的速

2、率均会造成影响，本实验通过对压强传感器检测双氧水分解反应的速率，研究上述几种因素对其反应速率造成的影响。【实验器材及试剂】 数据采集器、压强传感器、计算机、试管、1mol/L的氯化铁溶液，双氧水、双孔橡皮塞等。【实验步骤及数据分析处理】1. 将压强传感器接入数据传感器，进入数字化试验平台通用软件，打开数据列表，选择自动记录的频率为1Hz。2. 量取10ml浓度为3%的双氧水于试管中，用连有压强传感器软管的橡皮塞将试管塞紧。3. 点击，“开始读数”按钮停止记录数据，然后点击“分析”按钮作出“压强-时间”曲线。4. 量取10ml浓度为3%双氧水于试管中，滴加2滴1mol/L的氯化铁溶液，然后迅速用

3、连有压强传感器软管的橡皮塞将试管塞紧，重复3步骤，做出对应的“压强-时间”曲线。5. 换成浓度为5%的双氧水重复上一步骤，作出对应的“压强-时间”曲线。6. 量取10ml浓度为3%的双氧水于试管中，用连有压强传感器软管将试管塞紧，用光线照射试管，记录试管内压强变化情况，做出对应的“压强-时间”曲线。7. 比较各次实验得到的“压强-时间”曲线，总结浓度、光照以及催化剂对双氧水分解反应的速率影响。【注意事项】 双氧水与皮肤接触会有强烈的烧灼感，使皮肤和毛发局部变白，产生刺痛、搔痒等症状，试验过程注意避免与眼睛、皮肤接触，以免灼伤，切记口服。如皮肤不慎与双氧水接触，应立即用大量的清水冲洗。【思考与讨

4、论】分析比较各次实验得到的“压强-时间”曲线，总结双氧水的浓度、光照条件以及催化剂对双氧水分解反应的速率造成的影响。实验二 测量空气中氧气的百分含量【实验目的】了解空气中氧气的含量及污染与防治。【实验原理】不同区域不同时间空气受污染的程度不同，氧气的含量也不同。【实验器材及试剂】数据采集器、氧气传感器、计算机等。【实验步骤及数据分析处理】1. 将氧气传感器接入数据采集器中，打开数字化实验平台生物专业软件，选择空气中“氧气含量测定”实验，进入实验操作页面。2. 选择自动记录的频率为1Hz，点击“停止记录”，再点击“绘图”，得到一条氧气-时间曲线，通过软件中的统计功能，计算出数据的平均值作为该区空

5、气中的氧气百分含量；3. 记录30个数据后，点击停止记录，再点击绘图，得到一条氧气-时间曲线，通过软件中的统计功能，计算出数据的平均值作为该区域空气中的氧气百分比含量；4. 更换测量地点，测量不同区域空气中氧气的百分比含量，然后进行对比分析。【思考与讨论】1. 结合试验中测量的空气样本所在区域的环境状况，分析空气中氧气含量高低与周围环境的关系。2. 根据实验过程中了解的各种情况，分析空气污染的污染来源，为本地区的空气污染的防治提供合理的建议。实验三 比较过氧化氢和Fe3+催化效率【实验目的】比较过氧化氢和Fe3+的催化效率，初步掌握探索酶的催化效率的方法，加深对酶的高校催化效率的方法。【实验原

6、理】过氧化氢和含Fe3+的溶液均可作为过氧化氢分解反应中的催化剂。动物肝脏中含有过氧化氢酶，而Fe3+是一种无机催化剂，分别用一定数量的过氧化氢和Fe3+和催化过氧化氢分解成水和氧气，根据过氧化氢分解的快慢，可以比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率。本实验采用用质量分数为3.5%的氯化铁溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液作为催化剂，每滴氯化铁溶液中的Fe3+数量大约是酶滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数的2.5乘10的5次方倍。【实验器材及试剂】数据采集器，氧气传感器，计算机，试管，滴管，动物肝脏，过氧化氢等。【实验步骤及数据分析处理】1. 取两只洁净的试管，各注入5ml过氧化氢溶液，将试管编号后放

7、置在试管架上。2. 将氧气传感器接入数据采集器，打开数字平台通用软件，打开“数据列表”，选择自动记录数据的频率为“1hz”。3. 向1号试管滴入4滴肝脏研磨液，迅速用氧气传感器探头所带胶塞将试管塞紧。然后点击数据列表中的“开始读数”按钮，开始记录实验数据，知道氧气传感器的读数不再增加时，点击“停止读数”，再点击“分析”按钮，作出1号试管反应时的“氧气含量时间”曲线。4. 将氧气传感器探头取下，向2号试管滴入4滴氯化铁溶液，用氧气传感器探头所带胶塞将试管塞紧。点击“开始读数”按钮，开始记录数据，直到氧气传感器的读数不再增加时，点击“停止度数”，再点击“分析”按钮，做出2号试管反应时“氧含量时间”

8、曲线。5. 分析两条曲线，比较两种催化剂的催化效率。【注意事项】1. 过氧化氢溶液有一定腐蚀性，使用时应小心谨慎。若不小心溅到皮肤上应及时用大量清水进行冲洗。2. 通过比较两条曲线以及无机催化剂中Fe3和过氧化氢酶分子的数量，可得出什么结论？那种催化剂效率更高？实验四 PH对酶活性的影响【实验目的】 探究过氧化氢酶发挥作用的最适宜酸碱度。【实验原理】 双氧水在过氧化氢的酶催化作用下分解为氧气，用氧气传感器可以测得氧气浓度随时间变化情况。保持反应过程中外界环境的温度不变，在不同PH值的环境下进行同样的实验，可以通过实验结果比较得出氧化氢酶作为双氧水分解的催化剂的最适宜环境。【实验及试剂】 数据采

9、集器，氧气传感器，计算机，葡萄糖，浓度为3%的双氧水溶液（PH值分别为4.0、6.86、9.18）等。【实验步骤及分析处理】1. 配置好实验所需的各种PH值标准液（见实验器材），然后取出三个洁净的锥形瓶，分别加入标准液各25ml。2. 往三个锥形瓶中各加入0.5g葡萄糖，制成各种酸碱度下的质量分数约为2%葡萄糖溶液，然后再三个锥形瓶中均加入0.5g的发酵粉，摇匀后静置三分钟。3. 将氧气传感器接入数据采集器，进入数字化试验平台通用软件，打开“数据列表”，选择自动记录数据的频率为1“Hz”。4. 用移液管取25ml质量分数为3%的双氧水溶液于PH=4.00的葡萄糖溶液中，略微震荡，用氧气传感器探

10、头的胶塞将锥形瓶塞紧，点击“开始读数”，开始记录实验数据。5. 将氧气传感器的度读数再次稳定时，点击“停止读数”，然后点击“分析”按钮，作出“氧气浓度时间”曲线。6. 将PH之位4.00的葡萄糖溶液换成PH值为6.86和9.18的葡萄糖溶液，分别重复实验步骤5、6，得出各种酸度下的葡萄糖溶液的“氧气浓度时间”曲线。7. 比较各次实验中得到的“氧气浓度时间”曲线，总结酸碱度对过氧化氢酶催化效率的影响。【注意事项】试验中注意保持反应环境的温度恒定。【思考与讨论】那种酸度环境中过氧化氢酶的活性最强？你是如何根据实验结果进行判断的？实验五 温度对酶活性的影响【实验目的】探究过氧化氢酶发挥催化作用的最适

11、宜温度。【实验原理】. 双氧水在过氧化氢酶的催化作用下分解为氧气，用氧气传感器可测得氧气浓度随时间变化的情况。在不同温度下进行同样的实验，可以通过比较得出过氧化氢酶起催化作用的最适宜温度。在本次实验将在040摄氏度这个范围内分为四个区间0-5摄氏度、20-25摄氏度、30-35摄氏度、35-40摄氏度，比较在四个区内酶的催化效率。【实验器材及试剂】 数据采集器，氧气传感器，温度传感器，计算机，玻璃瓶，保温被（水浴），葡萄糖，浓度为3%的双氧水溶液等。【实验步骤及分析处理】1. 取四个保温杯，分别注入温度范围0-5摄氏度、20-25摄氏度、30-35摄氏度、30-40摄氏度的自来水，用温度计检测

12、各杯水温度使其稳定在上述范围内。2. 将氧气传感器接入数据采集器，打开数字化试验平台通用软件，打开“数据列表”，选择自动记录数据的频率为“1hz”。3. 用天平称取2g干酵母溶解在100ml质量分数为2%的葡萄糖溶液中，搅拌均匀，然后用移液管移取10ml配置好的溶液于4个玻璃瓶中。4. 取其中一个玻璃瓶置于水温为0-5摄氏度保温杯水浴五分钟，用移液管移取10ml的双氧水溶液加入此玻璃瓶，用氧气传感探头胶塞将玻璃瓶塞紧，然后点击“开始读数”按钮，开始记录实验数据。5. 待氧气传感器的读数再次稳定时，点击“停止读数”然后点击“分析”按钮，做出“氧气浓度-时间”曲线。6. 将其他三个玻璃瓶分别置于水

13、温20-25摄氏度、30-35摄氏度和35-40摄氏度的保温杯中，重复实验步骤4、5，做出各次实验对应的“氧气浓度-时间”曲线。7. 比较各次实验得到的“氧气浓度-时间”曲线，总结温度对过氧化氢酶催化效率的影响。【注意事项】实验过程中注意控制好水温的温度。【思考与讨论】1. 根据实验结果说明温度对过氧化氢酶活性的影响，判断过氧化氢酶活性最强的温度区间。2. 联系前面学过的知识，试说明酶的活性受到那些环境因素的影响。实验六 酵母的呼吸作用【实验目的】 通过实验研究酵母菌的有氧呼吸与无氧呼吸的异同。【实验原理】 酵母菌是兼性厌氧型细菌，有氧环境下进行有氧呼吸，无氧环境下进行无氧呼吸，两种呼吸过程均

14、产生二氧化碳。在比容内创造有氧无氧环境，通过实时监测二氧化碳的浓度来推断酵母菌有氧呼吸及无氧呼吸的异同。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的方式为：有氧呼吸：C6H12O6 +6O26CO2+6H2O+能量无氧呼吸：C6H12O62CO2+2C2H5OH+能量【实验器材及试剂】数据采集器、氧气传感器、计算机、锥形瓶、胶塞、酵母菌、5%葡萄糖、植物油（液体石蜡）等。【实验步骤及数据分析处理】1. 称取1.25g干酵母，并将其溶解在50ml水中，制成酵母溶液。2. 将10ml酵母溶液和20ml浓度为15%的葡萄糖一同加入锥形瓶中，摇荡使溶液充分混合，然后将锥形瓶放入温度35摄氏度的温水中；3. 将爱二氧化碳传感器插上电源并接入数据采集器，进入数字化实验平台生物专业软件，选择进入实验“酵母菌 的呼吸作用”，设置自动记录的频率为1hz。待二氧化碳传感器预热完成后，将二氧化碳传感器套上一个胶塞然后用胶塞将锥形瓶塞紧，点击“开始读数”按钮，开始记录数据。4. 记录2分钟后，点击“停止读数”按钮停止记录数据，然后点击“绘图”按钮，作出二氧化碳含量变化曲线。5. 将10ml酵母溶液和20m