果胶酶在果汁生产中的作用

“果胶酶在果汁生产中的作用”的教学案例一、教学指导思想1．指导思想：《普通高中生物课程标准（实验）》在课程基本理念中阐释（1）倡导探究性学习。引导学生主动参与探究过程、逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等……（2）注重与现实生活的联系。注重使学生在现实生活的背景中学习生物学，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念。本节设计努力在课堂教学中实践上述理念，在探究“利用苹果匀浆制成果汁的最佳条件”的过程中，实现学生生物科学素养的提高。2．理论依据：本实验课在探究实验的基本框架下，采用POE教学策略。通过预测实验结果（P）、观察实验现象（O）、分析解释实验现象（E）的教学过程，促使学生在从现象到本质、从定性到定量的探究过程中，实现对“影响酶活性的因素”的深入理解，寻找到果胶酶在果汁生产中的最适宜酶温度、pH和用量等。教学特色——定量实验教学的初步探索《新课程标准》实施建议中提到，在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。教师应向学生提供机会学习量的测定，实事求是地记录、整理和分析实验资料、定量表述实验结果等。但是在必修教学中几乎没有定量实验的机会，故在本节中对定量实验进行初步探索。教学中定量探索体现在以下几个方面：（1）预实验：本节教材中并没有给出具体的实验参考条件，预实验定量的摸索了反应所需酶的用量、混合反应的时间、酶的最适宜温度等，为课堂教学提供了有力的保障。（具体见四、实验准备）（2）实验设计：变量的控制体现了定量实验的严谨。(具体见下表）例如：温度定量（恒温水浴）、pH定量（磷酸盐缓冲液配制）、浓度定量（酶浓度梯度的配制）、结果定量（过滤后体积的测量）等。原方案新方案图片温度的控制准备一组烧杯，分别盛有不同温度的水；问题：在实验过程中温度会发生变化；ABCABC果汁恒温水浴锅pH的控制准备一组试管，将每个试管中的反应混合物调节至不同的pH；方法是用NaOH和HCl调节。问题：pH在接近中性时很难用NaOH和HCl准确配置，且用pH试纸检测调整结果误差很大；精确配置一系列不同pH的缓冲液，然后用缓冲液直接配置果胶酶溶液；（下图：精密pH计及用不同pH溶液配制的酶溶液）。实验器材的创新通常用量筒量取苹果泥若干毫升，再转移至反应的试管中；问题：（1）果泥非常粘稠，很容易粘在容器壁上，无法从量筒中完全准确倒入试管；（2）酶与果泥混合很困难；改为：用20ml的具塞刻度试管（1）试管具有塞子，使果胶与果泥混合起来更方便；（2）试管具有刻度，减少了因为从量筒向试管转移造成的误差。（3）实验结果分析：突出了定量实验中，实验记录的真实性、数据整理的科学性、实验结果分析的逻辑性和严谨性。二、实验教学分析1．教学重点及策略（1）概括影响酶活性的因素（2）探究利用苹果匀浆制成果汁的最适宜温度、pH以及果胶酶的最适用量=1\*GB3①实验设计策略：创设情境，从影响酶活性的因素入手，引向深入，设计如何寻找果胶酶作用的最适宜条件的定量实验。=2\*GB3②实验操作策略：采用“小老师”的教学方法；将课堂教学与课外预实验等结合起来，小组长参与预实验摸索实验条件、了解实验流程。然后各组组长对组员进行培训和示范，使组员在短时间内了解实验流程和操作的注意事项；2．教学难点及策略（1）控制变量的科学方法=1\*GB3①采用小组学习、讨论设计实验方案；通过动手操作体会变量控制等方法。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\*GB3②通过实验数据分析，得到无关变量的控制方法。（2）实验数据的收集、处理和结果分析=1\*GB3①分组进行平行实验，每项实验至少三组，收集实验数据以减小实验误差；=2\*GB3②分组分析讨论、查阅资料、布置任务课外进一步探究等对实验结果进行分析。教学目标1．知识目标（1）能概括影响酶活性的因素；（2）简述果胶酶的作用，收集果胶酶其他方面利用的资料。2．能力目标（1）进行有关的实验和探究，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）探究利用苹果匀浆制成果汁的最佳条件，包括最适温度和最适pH以及果胶酶的最适用量；（3）培养学生实验数据的收集、处理和结果分析的能力。3．情感态度价值观目标（1）认识到科学性知识在实际生产中的作用；（2）培养并增强小组成员间合作交流的意识。四、教学准备1．预实验实验器材与试剂具塞刻度试管（20ml），量筒（10ml），漏斗，滤纸，烧杯，恒温水浴锅，台式pH计，计时器，记录表。2%的果胶酶溶液，蒸馏水，pH=1~12各种（缓冲）溶液。2．预实验过程预实验一探究相同体积的果汁（10ml）所需的果胶酶的量结论：在上述反应条件下（温度为室温、反应较长时间，过滤10min），分解10ml果汁所需的果胶酶（2%）的量均为2ml左右，大于此数值，效果不再明显增加。预实验二探究相同体积的果汁（10ml）与果胶酶反应所需的时间结论：在上述反应条件下（温度为室温，过滤10min，2%酶液2ml），分解10ml果汁所需的的反应时间为5min左右（橙汁为10min），大于此数值，效果不再明显增加。预实验三、探究果汁生产中果胶酶的最适宜温度；综上所述：（1）水果种类选取：由于橙子（尤其是橙子皮）含有较高的果胶，所需反应时间较长，考虑到课堂的效率问题，不予采用。苹果和梨均可。（2）反应条件确定：酶的浓度采用2%，酶的用量为2ml，果汁准备为200g果肉加200ml水，反应时间为混合后5min，过滤时间为10min，反应温度为50摄氏度。通过以上预实验获得上述条件，实验现象较为明显，适合课堂操作。五、教学过程教学内容教师组织和引导学生活动教学意图=1\*ROMANI、创设情境提出问题创设情境1：=1\*GB3①教师提供2种果汁，指导学生进行观察比较。A：果汁匀浆；B：成品果汁饮料=2\*GB3②引导学生思考如何解决上述问题？教师讲解果胶和果胶酶的有关知识。创设情境2：如果你是果汁生产厂家的负责人，你想增加果汁产量，同时降低成本！从酶的角度进行考虑，技术人员该从哪些方面提出有价值的探究问题？情境1=1\*GB3①学生进行观察比较得出结论：果汁浑浊度高，影响出汁率。=2\*GB3②学生查阅资料并听讲；情境2=1\*GB3①学生思考并回答=2\*GB3②提出自己感兴趣的且有价值的问题例如：探究果汁生产中果胶酶的最适宜温度？pH？酶的最适宜用量？从生活中发现问题并尝试通过查阅资料解决问题。创设情境，激发探索的热情与兴趣。复习有关酶的知识，为设计实验方案做好铺垫。=3\*ROMANII、设计实验—探究利用苹果匀浆制成果汁的最佳条件提出问题并指导学生设计实验探究方案。=1\*GB3①本实验的自变量是什么？用什么方法控制？=2\*GB3②本实验的因变量是什么？怎样观察和检测？=3\*GB3③预期设计的实验会出现什么结果？指导不同小组展示他们各自的实验设计方案。（ppt展示提供的实验试剂和材料）（3）教师指导形成共同认同的实验规则。自变量的控制方法温度组：=1\*GB3①自变量温度，用恒温水浴锅控制；=2\*GB3②果胶酶和果泥分别控制到相同的温度再混合；pH组：=1\*GB3①果胶酶和果泥分别控制相同的pH，再进行混合；=2\*GB3②使用不同pH的缓冲液直接配制酶溶液；酶的用量组：=1\*GB3①加入相同浓度但是体积不用的酶，注意用蒸馏水补齐到相同的反应体积；=2\*GB3②或者加入相同体积但是浓度不用的酶，用母液进行梯度稀释；小组选择感兴趣的问题，小组成员间讨论设计方案；展示方案，各个小组之间进行交流，达成共识；因变量的控制方法反应相同的时间，过滤相同的时间，得到的苹果汁的体积。（即果胶酶催化果胶分解的化学反应速率）发挥集体的力量，小组成员讨论、小组之间讨论交流制定实验方案，培养合作交流的意识。通过交流讨论学会控制变量的方法更有效。教师提供开放的平台，学生才有参与设计的积极性，思维的碰撞创造性才能被激发。=3\*ROMANIII、学生分组实验（1）分组指导提醒：平行重复的原则需要至少三组实验数据，所以每个实验最好不要少于三个小组。实验指导及注意事项=1\*GB3①试剂的使用量：10ml果泥需要加入2ml2%的果胶酶溶液（根据预实验1）=2\*GB3②反应时间5min（根据预实验2）=3\*GB3③混合反应的适宜温度50摄氏度（根据预实验3）=4\*GB3④实验器材的改进：具塞刻度试管的使用。（3）指导学生将实验数据填入表格并绘制曲线（1）实验操作过程在组长的安排下，合作完成实验；课前完成：称量→榨汁课堂完成：配制酶液→混合反应→过滤果汁不同浓度的果胶酶溶液配制不同pH的果胶酶溶液配制（2）将实验数据填入表格并绘制曲线；学生的参与和体验，教师的指导，培养锻炼动手实验能力。小组合作的实验方法，培养了学生组织能力和合作的意识。=4\*ROMANIV、分析结果、得出结论实验数据分析=1\*GB3①有无存在明显误差的数据？该如何处理？A、保留，继续求平均值B、舍弃，另外两组求平均值C、重新实验得到实验数据D、取中位数=2\*GB3②若仅一组实验组，该如何得到更准确的数据呢？=3\*GB3③实验数据可以进行比较的前提是什么？（无关变量控制的问题）实验结果分析实验结果与预期结果是否一致？若不同请分析可能的原因。实验结论=1\*GB3①果胶酶的最适宜pH值为（3-7范围内）；=2\*GB3②果胶酶的最适宜的量为大于20mg/ml范围内。学生交流讨论、思考、学会数据处理的方法；根据实验结果与预期的差异分析可能的原因；通过实验结果得出相应的结论；通过引导与讨论培养了学生欠缺的定量实验中数据处理能力；科学实验中遇到的难以解释的现象，为学生分析问题，解决问题能力的培养提供了机会；=5\*ROMANV、课堂小结引导思考（1）实验中需要控制的变量有哪些？（2）控制变量应遵循的原则有哪些？学生思考回答；自变量：控制单一变量；无关变量：保持相同且适宜；因变量：（定量或者定性）检测。通过实验、讨论交流和实验数据分析，总结变量遵循的原则。六、反思总结1、重视预实验。本节课通过预实验实现了以下几个目的：=1\*GB3①摸索实验条件：本节课教材内容中，并没有给出具体的实验参考条件，预实验摸索了反应所需酶的用量、混合反应的时间、酶的最适宜温度等，为课堂教学提供了有力的保障。=2\*GB3②培训小组长：小组长参与预实验摸索实验条件、了解实验流程。然后组长对组员进行培训和示范，提高了课堂效率。=3\*GB3③解决实验中的困难：实验