Katalaza – scripted inquiry – wersja dla nauczyciela

Katalaza – scripted inquiry – wersja dla nauczyciela
1. Odniesienie do podstawy programowej1
a) Cele kształcenia – stanowią cele zajęć, możliwe dodatkowe cele wykraczające
poza zapisy podstawy (opis umiejętności złożonych dodatkowych).
II Pogłębienie znajomości metodyki badań biologicznych. Uczeń (…) planuje,
przeprowadza i dokumentuje
(…) doświadczenia biologiczne, formułuje
problemy badawcze, stawia hipotezy i weryfikuje je na drodze obserwacji
i doświadczeń.
b) Treści nauczania/zalecane doświadczenie lub obserwacja2.
III Metabolizm. 1. Enzymy. Uczeń: 2) opisuje przebieg katalizy enzymatycznej.
Zalecane doświadczenia, obserwacje i wycieczki:
Uczeń:
1) planuje i przeprowadza doświadczenie
b) pokazujące aktywność wybranego enzymu.
1. Słowa kluczowe – terminy które uczeń:
a) powinien znać przystępując do zajęć (z niższych etapów edukacyjnych lub
wcześniej realizowanych celów kształcenia i treści nauczania) – funkcje białek,
enzym.
b) Które przyswoi w czasie zajęć – kataliza enzymatyczna.
2. Sformułowanie problemu badawczego/pytania badawczego lub opis działania,
które
sprowokuje
uczestników
zajęć
do
sformułowania
problemu/pytania.
1
Rozporządzenie MEN z dnia 23 grudnia 2008 roku w sprawie podstawy programowej wychowania
przedszkolnego i kształcenia ogólnego w różnorodnych typach szkół.
2
Może być materiał odniesiony tylko do celów kształcenia, bez odniesień do treści nauczania.
takiego
W jaki sposób ilość enzymu wpływa na dynamikę reakcji enzymatycznej?
3. Sformułuj hipotezę:
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
4. Trochę teorii (zakres treści, które powinien przygotować nauczyciel, najlepiej
w formie materiału źródłowego, fragment artykułu, zdjęcie, schemat procesu itp. –
źródła, literatura).
Enzymy są białkami ułatwiającymi zajście określonych reakcji chemicznych
zachodzących w organizmie. Białka enzymatyczne działają wybiórczo oddziałując
jedynie z odpowiednimi substratami i przyśpieszając wybrane reakcje. Ważną cechą
enzymów jest możliwość przeprowadzenia tej samej reakcji wiele razy. Można więc
stwierdzić, że enzymy są białkami wielokrotnego użytku. Dzięki ich obecności
w organizmie reakcje metaboliczne mogą zachodzić wydajniej.
Szybkość reakcji chemicznej w obecności enzymów zależy od wielu czynników.
Wiele enzymów podlega ścisłej regulacji pod wypływem aktywatorów lub
inhibitorów. Do prawidłowego działania enzymów często niezbędny jest kofaktor niebiałkowa część enzymu (m.in. witaminy i jony metali), bez której białko to nie
może katalizować reakcji chemicznej. Wreszcie istotnym czynnikiem jest temperatura
otoczenia. Podobnie jak w reakcjach chemicznych zachodzących poza organizmem,
podwyższenie temperatury przyspiesza reakcje. Jednak cechą wyróżniającą enzymy
białkowe na tle innych katalizatorów jest efekt denaturacji. Jeśli temperatura otoczenia
stanie się zbyt wysoka, enzymy - podobnie jak pozostałe białka - ulegają denaturacji
tracąc właściwości katalityczne.
Liczba cząsteczek enzymu zdolnych do oddziaływania z substratem również ma
wpływ na reakcję enzymatyczną. Można to łatwo zaobserwować, gdy jest duży
nadmiar substratu wobec dostępnej puli enzymu. W takiej sytuacji podwojenie liczby
cząsteczek
enzymu
będzie
powodowało
dwukrotne
przyspieszenie
reakcji
katalizowanej przez ten enzym. Z drugiej strony, jeśli liczba cząsteczek enzymu
wielokrotnie przewyższa liczbę cząsteczek substratu, szybkość reakcji będzie
proporcjonalna
do
stężenia
substratu.
Taką
zależność
wykorzystuje
się
np.w glukometrach, w których tzw. paski zawierają bardzo dużą ilość enzymu
utleniającego glukozę. Szybkość reakcji utleniania glukozy we krwi nakroplonej na
pasek będzie więc proporcjonalna do jej stężenia we krwi. Dzięki temu glukometr,
wykrywając natężenie prądu wynikającego z liczby elektronów przemieszczających
się w trakcie utleniania glukozy, może określić stężenie glukozy we krwi. Rozważając
rozmaite czynniki wpływające na szybkość reakcji enzymatycznych warto więc - obok
często wymienianych aktywatorów, inhibitorów, kofaktorów lub temperatury - brać
również pod uwagę stężenia substratu lub enzymu.
5. Materiał badawczy, sprzęt, odczynniki
Opracowanie tego punktu należy do nauczyciela i sposób w jaki to zrobi będzie miał
wpływ na to, czy zachowa reguły IBSE czy też przygotuje materiał typu scripted
inquiry (kit-based instruction). Scripted inquiry zakłada przygotowanie w karcie
pracy precyzyjnego przewodnika wg którego uczniowie pracują na zajęciach
indywidualnie lub w grupach.
 Moździerze
 Lejki i filtry do przesączenia homogenatu
 Przesącz z homogenatu z zielonej pietruszki
 3% nadtlenek wodoru/woda utleniona
 woda destylowana
 12 probówek
 5 szalek Petriego
 dwie strzykawki o poj. 10 cm3
 strzykawka po poj. 1 cm3
 bagietka do mieszania
 uchwyt (niekonieczny)
 stoper
 krążki z bibuły filtracyjnej o średnicy mniejszej od średnicy używanych
probówek
 mała zlewka i ręcznik papierowy.
6. Procedura badawcza.
a) Próba kontrolna pozytywna.
Korzystając z przygotowanego roztworu syntetycznej katalazy przeprowadź w trzech
probówkach pomiar czasu dla krążków zanurzonych w roztworze katalazy
zanurzanych w 3% nadtlenku wodoru czyli wodzie utlenionej w 3 probówkach.
b) Próba badawcza.
1. Użyj jednej ze strzykawek o poj. 10 cm3 do pobrania wody destylowanej
a drugiej ze strzykawek do pobrania przesączu z homogenatu i sporządź
w 5 probówkach jego roztwory wg tabeli nr 1.
Tabela nr 1 Przygotowanie roztworów przesączu z homogenatu w odpowiednich stężeniach
Objętość wody
Objętość homogenatu
probówki homogenatu [%]
[ml]
[ml]
1
100
0,0
10
2
75
2,5
7,5
3
50
5,0
5,0
4
25
7,5
2,5
5
0
10
0,0
Nr
Stężenie procentowe
2. Wlej do każdej z pozostałych 5 probówek używając strzykawki
o pojemności 1 cm3 po 1 cm3 wody utlenionej (substrat reakcji). Opisz
probówki numerami od 1 do 5.
3. Przelej z każdej probówki po kilka mililitrów każdego z roztworów
przesączu z maceratu na osobne i podpisane szalki Petriego i w każdym
z nich zanurz kolejno po trzy krążki bibuły filtracyjnej na pięć minut.
4. Wyjmij po 5 minutach krążek z roztworu, otrząśnij go delikatnie i wrzuć do
probówki nr 1. Używając bagietki przemieść krążek na dno probówki, jeśli
to konieczne.
5. Włącz stoper i wyłącz go w momencie, gdy krążek z bibuły zostanie
wyniesiony na powierzchnię roztworu w probówce.
6. Usuń krążek bagietką i powtórz tę procedurę z kolejnymi dwoma krążkami
zanurzonymi w tym samym stężeniu przesączu z maceratu roślinnego. Za
każdym razem zmierz czas od momentu włożenia krążka na dno probówki
do chwili, gdy wyniesiony będzie na powierzchnię płynu.
7. Powtórz procedurę opisaną wyżej do każdego z kolejnych roztworów
przesączu zanurzając nasączone nim krążki bibułowe do kolejnych
probówek z nadtlenkiem wodoru 3%.
8. Zapisuj wszystkie zebrane wyniki w tabeli nr 2 i wylicz i zapisz średni czas
reakcji dla poszczególnych stężeń przesączu.
7. Wyniki
Tabela nr 2 Wyniki doświadczenia.
Nr probówki/stężenie przesączu
Czas – I
Czas – II
Czas – III Średnia czasu
[%]
pomiar [s]
pomiar [s]
pomiar
dla
[s]
poszczególnych
stężeń [s]
1/100
2/75
3/50
4/25
5/0
8. Analiza wyników
1. Ustal, która zmienna jest w tym doświadczeniu zależną, a która niezależną.
Sporządź wykres ilustrujący korelację tych dwóch zmiennych (posługując się
zarówno wartościami dla poszczególnych próbek jak i wartościami średnimi),
opisz i wyskaluj osie.
Zmienna niezależna:
…………………………………………………………………………………………………...
Zmienna zależna
…………………………………………………………………………………………………..
Czy z wykresu krzywej widać związek miedzy tymi zmiennymi? Zakreśl wybraną
odpowiedź.
Tak
Nie
Uzasadnij wybór odpowiedzi:
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Polecenia
1. Opisz rezultaty przeprowadzonego doświadczenia – dokonaj analizy wyników.
a) Która z probówek zawierała próbę kontrolną – uzasadnij swój wybór.
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
b) Co jest przyczyną wznoszenia się ku powierzchni płynu bibułowych krążków w
probówkach?
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
c) Czy uzyskane przez grupę wyniki uprawniają do wyciągnięcia wniosku
dotyczącego korelacji między stężeniem przesączu (w założeniu stężeniem
enzymu), a szybkością reakcji enzymatycznej?
Tak
Nie
d) Jeśli tak, to sformułuj go:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
e) Jeśli nie, uzasadnij dlaczego:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
f) Jeśli sformułowałaś/eś wniosek to zweryfikuj zapisaną na początku zajęć hipotezę:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
g) Jakiego typu ograniczenia występują w tym doświadczeniu? W jaki sposób można
udoskonalić ten protokół, by zmniejszyć wpływ tych ograniczeń?
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Dyskusja – wymiana informacji między uczestnikami zajęć o wynikach,
zastanawianie się nad różnicami lub podobieństwami między nimi w obrębie grupy
i między grupami. W tym punkcie w narzędziu dydaktycznym powinny znaleźć się
pytania, które pomogą w dyskusji.
Przykładowe pytania:
1. czy wyniki w poszczególnych kategoriach stężeń przesączu w obrębie grupy
różniły się czy były podobne? Jeśli się różniły to co może być tego przyczyną?
2. Czy wyniki w poszczególnych kategoriach stężeń przesączu między grupami
różniły się czy były podobne? Jeśli się różniły to co tutaj może być przyczyną?
3. Jaką rolę pełniła tutaj próba kontrolna pozytywna? Czy była ona pomocna
w interpretacji wyników?
9. Odniesienie badanego procesu/sytuacji/zjawiska do sytuacji z życia3.
Nauczyciel prosi uczniów o odszukanie w pamięci takich sytuacji ale powinien mieć
również przygotowane własne przykłady takich odniesień np. określone ilości proszku
zawierającego enzymy, dodawane do prania.
10. Propozycje kryteriów oceny pracy na zajęciach.
Rzetelność wykonania
Współpraca w zespole
zespołu
zadania
samoocena
3
Sposób prezentacji wyników
ocena
ocena
zespołu
nauczyciela
samoocena
ocena
Ocena
zespołu
nauczyciela
samoocena
Ocena
Ocena
zespołu
nauczyciela
Wydaje się to trudne na IV etapie edukacyjnym, ale to tylko pozorna trudność, ponieważ stale podejmujemy
aktywność badawczą przy okazji wyboru towaru (analizujemy parametry, dokonujemy kryterialnego wyboru,
ponosimy odpowiedzialność za wybór płacąc cenę za produkt), który chcemy zakupić, decyzji co do wykonania
w terminie lub z opóźnieniem zadania w szkole czy w pracy (analiza za i przeciw, zysków i strat, podejmowanie
decyzji i ponoszenie za nią odpowiedzialności).