5.1 降低化学反应活化能的酶 教学设计 高中生物学人教版（2019）必修1

高中生物教学设计
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
课时安排：2课时
一、教材分析
本节内容分为两部分：酶的作用与本质、酶的特性。通过实验探究和科学史分析，引导学生理解酶在代谢中的作用机制、本质特征及其高效性、专一性和作用条件的温和性。教材通过“比较过氧化氢分解”实验建立酶催化作用模型，结合科学史资料培养科学思维，并借助探究实验深化对酶特性的认知。本节内容为后续学习细胞呼吸、光合作用奠定基础，是分子与细胞模块的核心知识。
二、核心素养渗透
1. 生命观念：理解酶是生命活动的必要条件，建立结构与功能相适应的观点。
2. 科学思维：通过变量控制实验设计，培养逻辑推理与批判性思维能力。
3. 科学探究：通过实验操作、数据分析及科学史讨论，提升实验设计与问题解决能力。
4. 社会责任：联系酶在医疗、工业中的应用，认识生物技术对社会发展的价值。
三、教学重难点
重点：
1. 酶降低化学反应活化能的作用机制
2. 酶的高效性、专一性及作用条件温和的特性
难点：
1. 活化能概念的抽象性及数学模型理解
2. 探究实验中自变量、因变量与无关变量的控制
3. 温度、pH对酶活性影响的曲线分析
第1课时教学设计
四、教学流程
（一）创新导入：生活情境启发
情境创设：
展示加酶洗衣粉包装说明：“40℃温水去污效果更佳”，提出问题：
1. 为何温水能增强去污效果？
2. 酶与普通催化剂有何区别？
设计意图：
从生活实例切入，激发探究兴趣，自然过渡到“酶的作用与本质”学习。
（二）核心内容推进
模块1：细胞代谢与酶的作用
1. 概念建构
细胞代谢：通过动画展示细胞内葡萄糖分解、蛋白质合成等反应，归纳“细胞代谢是生命活动的基础”。
问题链引导：
Q1：细胞代谢可能产生哪些有害物质？（如过氧化氢）
Q2：细胞如何避免这些物质积累？（引出过氧化氢酶）
2. 实验探究：比较过氧化氢分解速率
实验设计：
试管 处理条件 预测现象
1 常温（对照组） 气泡极少
2 90℃水浴加热 气泡增多
3 常温+Fe 溶液 气泡明显
4 常温+肝脏研磨液 气泡剧烈，复燃
任务：
分组操作实验，记录气泡产生速率及卫生香复燃情况。
数据分析：
加热为何能加速反应？（提供能量）
Fe 与酶的作用差异？（活化能降低幅度不同）
模型构建：
活化能（Ea）= 分子从常态→活跃态所需能量
酶催化效率 = 反应速率提升幅度
绘制能量变化曲线（图1），对比酶与无机催化剂降低活化能的效果。
案例：
以“汽车上坡需燃料”类比化学反应需要活化能，酶的作用相当于“降低坡度”。
模块2：酶的本质探索
1. 科学史探究
角色扮演：分组模拟巴斯德（活细胞论）与李比希（酶溶解论）的学术争论。
关键实验：
毕希纳：无细胞酵母提取液仍可发酵→酶可脱离细胞发挥作用。
萨姆纳：脲酶结晶实验→酶的本质是蛋白质。
2. 归纳总结
酶的本质：活细胞产生的有机物（多数为蛋白质，少数为RNA）。
板书框架：
酶的本质
├─来源：活细胞合成
├─化学本质：蛋白质/RNA
└─功能：生物催化剂
（三）深度巩固
案例应用：
1. 多酶片：为何外层为糖衣，内层为肠溶衣？（保护酶活性）
2. 加酶洗衣粉：为何不能用于丝质衣物？（蛋白酶分解蚕丝蛋白）
习题精练：
（2023·北京海淀模拟）下列关于酶的叙述，错误的是（ ）
A. 酶通过降低活化能提高反应速率
B. 酶活性受温度和pH影响
C. RNA聚合酶的化学本质是RNA
D. 酶在细胞内、外均可发挥作用
答案：C
第2课时教学设计
四、教学流程
（一）悬念导入：矛盾现象引发思考
情境展示：
播放视频“青蒿素提取工艺优化”：高温破坏青蒿素活性，低温提取效率低。
问题链：
1. 温度如何影响物质活性？
2. 酶的活性是否受环境条件限制？
（二）核心内容推进
模块3：酶的特性探究
1. 高效性再探究
数据对比：展示过氧化氢酶与Fe 催化效率差异（10 倍）。
模型应用：
反应速率（V）= k·[E]·[S] / (Km + [S])
（米氏方程简化版，说明底物浓度与速率关系）
2. 专一性实验设计
探究任务：验证淀粉酶是否催化蔗糖水解。
步骤 试管1（淀粉+酶） 试管2（蔗糖+酶）
处理 60℃水浴5min 60℃水浴5min
检测 斐林试剂→砖红色 斐林试剂→无变化
关键讨论：
为何选择斐林试剂而非碘液？（蔗糖水解产物为葡萄糖+果糖）
若使用蔗糖酶处理淀粉，结果如何？（无变化，说明酶专一性）
3. 作用条件温和性探究
实验设计：温度对淀粉酶活性的影响
试管 处理 现象（碘液检测）
A 0℃预处理酶+底物 蓝色
B 37℃预处理酶+底物 无色
C 100℃预处理酶+底物 蓝色
数据分析：
绘制“温度酶活性”曲线（图2），明确最适温度概念。
极端温度影响：高温导致酶变性（不可逆），低温抑制活性（可恢复）。
模块4：实践应用与拓展
1. 工业案例：
啤酒发酵中α淀粉酶的最适温度（6070℃）与pH（4.55.5）。
2. 医疗应用：
溶菌酶含片治疗咽喉炎的原理（分解细菌细胞壁）。
（三）综合提升
探究任务：设计实验探究pH对胃蛋白酶活性的影响
实验方案示例：
组别 pH条件 蛋白块消失时间
1 2.0 5min
2 7.0 30min
3 10.0 无明显变化
结论：胃蛋白酶最适pH为1.52.0，强碱性环境导致酶失活。
五、板书设计
第1节 降低化学反应活化能的酶
一、酶的作用
1. 降低反应活化能（Ea↓）
2. 高效性：比无机催化剂高10 10 倍
二、酶的本质
1. 来源：活细胞产生
2. 化学本质：蛋白质/RNA
3. 功能：生物催化剂
三、酶的特性
1. 高效性
2. 专一性（锁钥模型）
3. 作用条件温和
温度：最适温度→活性最高
pH：最适pH→活性最高
六、教学反思
1. 亮点：通过实验探究与科学史融合，深化核心概念理解；生活案例贯穿始终，提升课堂趣味性。
2. 改进点：可增加数字化实验（如传感器实时监测反应速率），强化数据可视化分析能力。