高二生物集体备课-选一-课题2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果

一、课题目标
说出加酶洗衣粉的洗涤原理；探讨温度对加酶洗衣粉洗涤的影响；探讨不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物洗涤效果的区别。
二、课题重点与难点
课题重点：区别不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物的洗涤效果。
课题难点：实验过程中各种变量的控制。
三、课题背景分析
本课题探究的是加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的区别，以及不同的加酶洗衣粉对不同污渍洗涤效果的区别。本课题与学生的生活比较接近，因此，具有较强的现实意义，同时，因为探究的结果可用于指导日常生活中衣物的洗涤，所以很容易激发学生的学习兴趣。教师在引导学生开展本课题的研究时，不要只注重基本原理，而忽视了本课题在现实生活中的作用。
四、基础知识分析与教学建议
知识要点：1.蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶的作用；2.影响酶活性的因素。
教学建议：在教学过程中，教师可以引导学生回顾初中和高中生物课已经学习过的有关消化酶作用的知识，以加深学生对加酶洗衣粉中酶作用的理解。
五、实验安排及注意事项
本实验可以安排3课时，第1课时完成课题背景和基础知识的学习，并进行初步的实验方案的讨论、设计和确定；第2课时进一步对实验方案进行修订，完成“不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响”的探讨；第3课时在第2课时的基础上进一步修订和完善实验方案，并探讨“不同种类的加酶洗衣粉对不同污物的洗涤效果的比较”。
本课题可进一步划分为不同的子课题，其中涉及的变量较多，如果思路不清晰，是难以顺利完成的。因此，教师应该引导学生理清思路，设计课题进展的流程图，并根据流程图一步一步地完成实验。以下流程图供教师教学时参考。
确定子课题→针对课题分析变量→讨论如何控制变量→设计实验方案→动手实验→得出结论
本课题有两个子课题。第1个子课题是探究“不同温度对加酶洗衣粉的洗涤效果的影响”；第2个子课题是探讨“不同种类的加酶洗衣粉对同一污渍或不同污渍的洗涤效果的比较”。这两个子课题并非相互并列，而具有递进关系。其中，第1个子课题是第2个子课题的基础，它所获得的有关温度的数据可以为第2个子课题的进一步研究提供参考。下面是有关两个子课题的一些具体教学建议。
子课题一 探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响
1.变量的分析和控制
阅读课本资料一、资料二，结合已有的生活经验可以知道，影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量，衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤的时间等。在这些因素中，水温是我们要研究的对象，而其他因素应在实验中保持不变。
选择什么样的水温进行实验最符合实际情况呢？这就需要实验者根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，这既是确定实验变量的基本原则，也可以引导学生将课堂学习与现实生活相联系。通常情况下，冬季、春季、秋季和夏季可分别选取5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃的水温，因为这4个水温是比较符合实际情况的，对现实也有指导意义。教师可以引导学生通过实验分析：“在自然条件下，什么季节适合使用加酶洗衣粉”，“在什么样的水温下不适合使用加酶洗衣粉”，等等。
第二个问题是洗涤方式和材料的选择。在洗涤方式中有机洗和手洗两种方式，应考虑其中哪一种比较科学？哪一种更有利于控制变量？再有，洗衣机又可以分为半自动和全自动两种，相比之下，采用全自动洗衣机比较好，并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机，其机械搅拌作用相同。关于洗涤材料的选择也有一些讲究。用衣物作实验材料并不理想，这是因为作为实验材料的衣物，其大小、颜色、洁净程度等应该完全一致，而这并不容易做到；此外，人为地在衣物上增加污物，如血渍、油渍等，也令人难以接受。因此，选用布料作为实验材料比较可行。在作对照实验时，可以控制布料的大小、颜色以及污物的量，使其相同；同时，也便于洗涤效果的比较。
第三个问题是水量、水质和洗衣粉用量的问题。水的用量和布料的大小是成正比的。做实验用的布料不易过大，水量不易过多，但应该让布料充分浸泡在水中。水量和洗衣粉的用量可以参考表4-1。实验时可根据表中的数据换算出实际用量。如果在实验中使用手洗的方法，如课本中图4-4所示，使用1 000 mL的烧杯作为容器，可以用500 mL的水，洗衣粉的用量可以用1 g或1.5 g。
表4-1 水量和洗衣粉用量的参考表
洗涤方式 机洗 手洗
水量 0.5 L 0.5 L
洗衣粉量 0.5 g 1 g或1.5 g
其他相关问题简述如下。实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻璃棒或筷子搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。
2.实验方案的设计
教师应该要求学生写出完整的实验方案，方案中应包括实验材料、方法步骤等各个方面。下面的实验方案供参考：
实验材料：添加了复合酶的洗衣粉，大小相同的白棉布4块（在上面分别滴加4滴同种的植物油，放置至干燥）。
水温、水质及水量：水温的温度梯度为5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃（其中5 ℃可以通过冰箱冷藏室来控制，其他温度可以通过水浴控制）；水质为自来水；水量为500 mL。
实验仪器：1 000 mL的烧杯、玻璃棒等。
子课题二不同种类的洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果的比较
比较子课题一与子课题二：在子课题一中，水温是变量，其他因素在实验中保持不变；而在子课题二中，水温则应保持不变。在实施子课题二时，通常应采用当地的常温，如果是冬季水温过低，就应采用水浴的方法，使温度达到25 ℃～35 ℃。
市场中的洗衣粉有多种类型，应选择不同种类的加酶洗衣粉和普通洗衣粉。污物的选择也应该多样化，只有这样才具有实践指导意义。表4-2的选择供参考，表中的“√”号表示可以进行实验。此外，学生也可以针对污渍相同、布料（如化纤或棉布）的不同情况，探究不同种类洗衣粉的洗涤效果。
表4-2不同种类的洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果的列表比较
污染物 蛋白酶洗衣粉 复合酶洗衣粉 普通洗衣粉
油渍 √ √
血渍 √ √ √
奶渍 √ √ √
果汁渍 √ √ √
六、课题成果评价
本课题的评价可以分为三个方面：一是设计的实验方案是否思路清晰、科学性和操作性强；二是实验报告是否全面，是否涵盖了本课题所要求达到的目标；三是能否根据自己的探究成果，结合生活中的实际情况，设计一份宣传板报或有关加酶洗衣粉的使用说明材料，供家人或本校的教职员工参考。学生完成课题后，应该得出以下三方面的结论。
1．加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的比较分析。
2．各种不同品牌的加酶洗衣粉对油渍、血渍和奶渍等污物的不同的洗涤效果分析。
3．使用加酶洗衣粉时应注意的一些事项。
七、答案和提示
（一）旁栏思考题
1．查阅资料，看看普通洗衣粉中包含哪些化学成分？
提示：普通洗衣粉中通常包含有：表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。
2．在本课题中你打算使用什么方法和标准判断洗涤效果？
提示：可在洗涤后比较污物的残留状况，如：已消失、颜色变浅、面积缩小等，最好能进行定量的比较。
（二）练习
1.答：列表比较如下。
普通洗衣粉 加酶洗衣粉
相同点 表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散开；水软化剂可以分散污垢；等等。
不同点 酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易于溶于水，从而与纤维分开。
2.答：不合适。因为丝绸的主要成分是蛋白质，它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，损坏衣物。
八、参考资料
1．家用洗衣粉的成分及作用
家用洗衣粉和其他各种家用洗涤剂的成分基本相同，主要含有表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂和香精等成分。
表面活性剂 表面活性剂是洗衣粉的主要成分。表面活性剂有阴离子、阳离子、非离子和两性离子等四大类，但用于洗涤的表面活性剂则以阴离子和非离子为主。最普通、最传统的阴离子表面活性剂就是人类使用了几百年的肥皂（高级脂肪酸钠）。合成洗涤工业问世之后，使用最普遍的是十二烷基苯磺酸钠，非离子表面活性剂应用最广泛的是聚氧乙烯醚类。
水软化剂 水软化剂可防止水中的钙、镁离子造成的阴离子表面活性剂失活，提高表面活性剂利用率。三聚磷酸钠是最为常用的一种水软化剂，它具有软化水质、分散污垢、缓冲碱剂及抗结块性能等特点，三聚磷酸钠广泛应用于各种洗衣粉中，无磷洗衣粉中不含有三聚磷酸钠。
碱剂 在适当的碱度下，纤维和污垢可被最大限度地离子化，更易于污垢的水解和分散。一般洗衣粉配方中都含有纯碱和硅酸钠，其中硅酸钠还具有使污垢颗粒悬浮、防止再沉积的作用。
漂白剂 某些洗衣粉中含有过硼酸钠一类的漂白剂，可以延缓衣物的泛黄程度，但对衣物有一定的损伤。
酶 洗衣粉中一般添加了蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等。酶是一种专一性的生物催化剂，蛋白酶可以催化水解肉、蛋和奶渍，淀粉酶可以催化水解酱、粥等污渍，脂肪酶可以催化水解各类动植物油脂和人体皮脂腺分泌物及化妆品污垢，纤维素酶可使织物增艳（新）、去除颗粒性污垢，但过量使用，也能损伤棉、麻等天然纤维织物。
增白剂 丝、棉、毛类等天然纤维的浅色衣物容易变黄，加入增白剂后，它能够留存在衣物上，吸收阳光中的紫外线，反射出与黄光互补的蓝色光线，从而掩盖了衣物上的黄色。
香精和色素 改善洗衣粉的气味和外观，给人清新愉悦的感受，并掩盖某些化学成分的异味。
2．加酶洗衣粉
加酶洗衣粉就是在合成洗衣粉中，加入0.2％～0.5％的酶制剂制成的。在洗衣粉中添加的酶的种类很多，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等。我国在洗衣粉中添加的酶最主要的是碱性蛋白酶。这种酶能耐碱性条件，而且耐贮存，对皮肤、衣物没有刺激和损伤作用。碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可溶于水的多肽和氨基酸。衣物上附着的血渍、汗渍、奶渍、酱油渍等污物，都会在碱性蛋白酶的作用下，结构松弛、膨胀解体，稍加搓洗，污迹就会从衣物上脱落。
使用加酶洗衣粉时必须注意以下几点：（1）碱性蛋白酶能使蛋白质水解，因此，蛋白质类纤维（羊毛、蚕丝等）织物就不能用加酶洗衣粉来洗涤，以免使纤维受到破坏；（2）使用加酶洗衣粉时，必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在35 ℃～50 ℃时活性最强，在低温下或70 ℃以上就会失效；（3）加酶洗衣粉也不宜长期存放，存放时间过长会导致酶活力损失；（4）加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存，否则酶的活性将会丧失；（5）添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面蛋白质，而使人患过敏性皮炎、湿疹等，因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。