今天讀書內容：降低反應活化能的酶。這次讀書主要是一些教學內容的個性化處理。

新教材此處內容我上課會直接略掉。原因有兩點：一方面這個例子所體現(xiàn)的教育價值在“關于酶本質的探索”中也能體現(xiàn)出來；另一方面這部分內容只安排了一個課時實在太緊張了。

個人會直接上細胞代謝。胃蛋白酶參與的反應發(fā)生消化道內，嚴格來說不屬于細胞代謝的范疇。學生前面已經(jīng)學習了細胞的基本結構，對于細胞內發(fā)生許多化學反應并不會陌生，直接引入細胞代謝學生也不至于感覺很突兀。

細胞代謝會產(chǎn)生代謝廢物，甚至會產(chǎn)生對細胞有害的物質，如過氧化氫。幸而細胞中含有過氧化氫酶，它能夠將過氧化氫及時分解為氧氣和水。下面就以過氧化氫在不同條件下的分解為例，探究酶的作用。

略。

教材此處安排科學方法欄目，旨在讓學生對實驗設計的認識上升理論水平，提升探究能力。個人會將這部分內容和函數(shù)相聯(lián)系。

f（x₁，x₂…）＝y(tǒng)

此處f表示實驗程序，y表示實驗結果（因變量），x₁、x₂…表示影響實驗結果的實驗變量（高中暫不考慮實驗變量的交互作用，下同）。影響實驗結果y（因變量）的實驗變量很多，簡單的實驗每次通常只考慮一個變量對實驗結果的影響，此時被研究的實驗變量就是自變量。

這里我們假定研究實驗變量x_k（自變量）對實驗結果（因變量）的影響。

f（x₁，x₂，…，x_k1，…）＝y_k1

f（x₁，x₂，…，x_k2，…）＝y_k2

_……

（y_ki表示自變量取值為x_ki時的實驗結果）

上述實驗中，除了自變量x_k取值改變，x_k以外其它實驗變量（無關變量）都適宜且保持一致，于是上式可以簡化為：

f（x_k1）＝y(tǒng)_k1

f（x_k2）＝y(tǒng)_k2

……

這樣，我們就可以把（x_k1，y_k1），（x_k2，y_k2）…這些點描在平面坐標系上，從而直觀反映自變量x_k和因變量y之間的關系。

上述分析除了建立簡單單因子實驗的數(shù)學模型，同時借用函數(shù)的形式，讓學生明確在單因子實驗中：每一組實驗的自變量取值確定以后就保持不變；不同組實驗之間除了自變量的差異外要保證正無關變量相同且適宜。其中后一點也被教輔們稱為“單一變量原則”，這一提法只適用于單因子實驗，現(xiàn)實實驗中研究的自變量通常不只一個，“單一變量原則”也并不是實驗設計的基本原則。

理解上述數(shù)學模型后，一些學生立馬就能反應出來，兩個自變量的實驗可以建立空間坐標系分析，更多的自變量則需要更復雜的數(shù)學工具處理，這為學生以后學習實驗設計與分析打下基礎。

至于對照的類型，學生只需要明確空白對照即可，其余對照類型暫不給學生介紹。

通過比較過氧化氫在不同條件下的分解，學生已經(jīng)能夠體會到過氧化氫酶具有催化作用，能在常溫下高效催化過氧化氫的分解，從而避免細胞代謝產(chǎn)生的過氧化氫可能帶來的傷害。

這里要求學生對酶的作用從感性認識上升到理性認識。雖然教材給了形象的比喻并配圖，但是實踐表明，活化能是個很難理解的化學術語。

教材將活化能定義為：分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。學生順著這個意思，可能這樣推論：沒有反應是因為能量不夠，只要給了足夠的能量反應就能進行，這樣很容易就會把酶的作用理解成“提供”了能量。

我通常會換用活化能的另一種說法來解釋：活化的復合物和反應物間能量的差異。簡單地說，就是活化狀態(tài)分子的平均能量減去所有反應物分子的平均能量。處于活化狀態(tài)的分子數(shù)越多，化學反應進行地就越快。

（仿Karp's Cell and Molecular Biology 8th page92 Figure3.9)

生理溫度范圍內，升高溫度活化能基本不變，這是因為升高溫度時，不僅反應物分子的平均能量會增加，活化狀態(tài)分子的平均能量也增加，兩者增幅有限且基本相互抵消掉了。但升高溫度后，處于活化狀態(tài)的分子比升溫前更多，因此升高溫度能夠提高化學反應的速率，就像我們在前面實驗中看到的那樣，90℃水浴下過氧化氫的分解速率比常溫下要快。

催化劑能降低活化能，反應物分子就可以在更低的能量水平即處于活化狀態(tài)，這樣反應物中活化分子數(shù)目也隨之增加，反應速率加快。Fe³⁺和過氧化氫酶都能降低反應的活化能，從而提高過氧化氫的分解速率。

教材安排了“酶本質的探索”的思考與討論。這里介紹了我國很早就了解釀酒的相關知識，將傳統(tǒng)文化熏陶滲入學習之中。

科學家從酒變酸的生活現(xiàn)象出發(fā)，提出問題，不斷地探究、實驗，最終揭示酶的本質，幫助學生理解絕大多數(shù)酶是蛋白質的事實。學生從中也能體現(xiàn)到科學發(fā)現(xiàn)是一個長期的過程，是眾多科學家共同努力的結果。每個科學家通常都會受到自身研究領域的局限，即便是微生物大牛巴斯德和化學大牛李比希也未能幸免，大牛尚且如此，我們更需要批判辯證地去看待不同的觀點，而不是盲從。

略。

酶的專一性是指酶對參與反應的底物有嚴格的選擇性，即一種酶僅能催化一種底物或一類結構相似的底物。酶的專一性與酶活性中心的結構密切相關，由于這個問題比較復雜，教材沒有在正文中給出說明，而是選擇在課后練習題中呈現(xiàn)了“鎖和鑰匙”假說。雖然這個假說有很多缺陷，但是對于高中生來說，已經(jīng)可以幫助他們體會到酶的專一性與酶的結構密切相關。

為了更好地讓學生理解酶的專一性，除了教材中脲酶可以催化尿素分解這一反映酶絕對專一性的例子，教師還可以舉一些反映酶相對專一性的例子，如淀粉酶和蛋白酶等。

教材通過“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”實驗，讓學生體會到：淀粉酶能夠催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解。這有助于學生理解酶的專一性。這里有一個問題需要澄清一下，那就是這個實驗并不能證明酶具有專一性。

該實驗能夠得出這樣的結論：淀粉酶能催化淀粉的分解，而不能催化蔗糖的水解。此處實驗結果提出（不完全歸納）：淀粉酶具有專一性，它只能催化淀粉的分解，而不能催化其它物質的分解。要想證明這個“結論”，我們需要測試蔗糖以外的其它物質，如脂肪、蛋白質、核酸以及其它糖類等物質，結果發(fā)現(xiàn)對于自然界的所有物質，淀粉酶都只能催化淀粉的分解，對其它物質不起作用。這樣我們才能說淀粉酶的專一性得到了證明。完全歸納的結果才是真實可靠的，只有完全歸納才能做到證明。

生物學和其它科學研究中，通常都不可能窮盡研究對象。因此，難以做到完全歸納。此時我們先通過不完全歸納得出一個假說，然后根據(jù)假說進行演繹推理，并繼續(xù)用實驗對演繹推理的結果進行檢驗。如果實驗結果和演繹推理的結果一致，我們就說假說得到了驗證，但這仍然不能保證假說就是正確的，所以我們不能說假說得到了證明。

舉個例子，薩姆納發(fā)現(xiàn)脲酶是蛋白質，隨后他又結晶了一些酶，也被確認為蛋白質，此時可以提出假說：酶是蛋白質。上世紀五六十科學家又分離純化了一些酶，也被鑒定為蛋白質，這些發(fā)現(xiàn)使“酶是蛋白質”得到了“驗證”，但并沒有證明酶就是蛋白質，因為沒有窮盡所有的酶。1982年，切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)了有些RNA也具有催化功能，這一結果不支持“酶是蛋白質”，雖然“酶是蛋白質”的假說得到了前面一系列實驗的支持，但是一個不符合預期的結果就足以否定“酶是蛋白質”。

假說只要不斷被驗證，而沒有出現(xiàn)否定假說的例子，并且能夠解釋已知的現(xiàn)象，還能幫助人們在實踐中做出預測，假說就是有價值的，就可以將假說上升為理論。也許某一天理論會被新的證據(jù)證偽，此時我們再建立新的假說，形成新的理論。因此，科學知識反映的只是現(xiàn)階段我們對客觀世界的最合理認識，并不是終極知識。教師在講授實驗時，一定要注意我們的認識通常都是基于不完全歸納，要慎用“證明”，多用“驗證”。像淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用這個實驗，我們可以說這個實驗驗證了淀粉酶具有專一性，而不說證明了淀粉酶具有專一性。

教材這一部分提供了充分的信息，讓學生提出問題并作出假設，然后提供材料用具，提出一系列實驗設計過程中的問題供學生參考，以便于學生設計自己的實驗方案，然后在小組討論的基礎上，完善實驗方案，最終付諸實施。實驗結束后，分析實驗結果，得出結論，并進行表達和交流。

學生的情況不同，要求也不盡相同。可以分層要求設計成定性實驗或定量實驗。該探究活動有助于學生掌握探究的基本思路和方法（如剛學過的如何控制變量），提高實踐能力；在探究中培養(yǎng)學生的團隊合作。

新教材建議用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響。這里主要是基于自變量控制的考慮。由于酸也能催化淀粉的分解，因此不適合用淀粉酶探究pH對酶活性的影響；由于溫度也能顯著影響過氧化氫的分解，因此不適合用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響。

由于淀粉在高溫下會發(fā)生糊化反應，尤其是淀粉濃度偏高時還會形成好吃的涼粉，和原來的淀粉在性質上有很大的區(qū)別。因此這個實驗我都會建議學生不要采用70℃以上的高溫。

本節(jié)需要學生明確：細胞內復雜的物質變化在溫和條件下進行，這是依賴酶實現(xiàn)的。酶能顯著地降低反應的活化能。絕大多數(shù)酶是蛋白質。酶具有高效性、專一性，酶活性受到環(huán)境因素的影響。

本節(jié)安排了3個探究實踐活動，意在讓學生體驗科學探究的過程，學習控制變量、觀察和檢驗因變量，能設置對照試驗。這些探究實踐活動，有助于學生提升科學探究方面的素養(yǎng)。

通過酶本質的探索歷程學習，認同科學是在實驗和爭論中前進的，偉大科學家的觀點也有其局限性?？茖W工作者要善于汲取不同的學術見解，又要有創(chuàng)新精神。

教材還安排了科學技術社會的欄目，讓學生關注酶在生活中的廣泛應用，認同科學技術的重要價值。