《探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量變化》改進實驗

【摘 要】這個內容是課標要求的一個重要探究實驗，可以發(fā)展學生多個方面的能力，但是由于傳統的實驗方法和實驗方案的問題，該實驗開展的難題多，在各個中學的開設率很低，于是筆者就思考能否和學生一起探究對這個重要實驗如何進行改進。

【關鍵詞】培養(yǎng)液中;酵母菌種群;數量變化

【中圖分類號】G427 ? ? ? 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）18-0140-01

實驗改進建議以及具體實施措施：

一、提出問題

1.基礎知識講授。

教師首先介紹血球計數板的使用方法，如何在顯微鏡下進行計數，包括選取幾個中方格，取樣時應注意“取上不取下、取左不取右”和公式換算和注意事項等基本知識點。

設計意圖：幫助學生建立知識基礎。

2.提出問題。

“課本第69頁提到的實驗方案是首先通過顯微鏡觀察，估算出10ml培養(yǎng)液中酵母菌的初始濃度，在此之后連續(xù)觀察7天，分別記錄下這7天的數值。如果這么計數，實驗很費時間，大家能否優(yōu)化課本的實驗方案？”讓學生充分討論問題，討論過程教師進行適當引導，并鼓勵學生提出自己的創(chuàng)新設想。

二、設計實驗

1.探究一：實驗方案優(yōu)化——統計數量變化更節(jié)約時間。

（1）提出猜想。

討論過程中，有學生提出猜想。

學生：“能否像低溫誘導洋蔥根尖細胞染色體數目加倍實驗一樣，采用加固定液的方法？也就是將同一批酵母菌培養(yǎng)液分為7組后，每天在固定時間將酵母菌固定，活的酵母菌都死了，數量就不再增長了，然后最后一天同時取出所有組的酵母菌培養(yǎng)液進行計數，這樣就可以實現在短期內同時計算多組酵母菌培養(yǎng)液的數量，方便實驗操作?！?/p>

（2）質疑猜想。

教師：“酵母培養(yǎng)液中本來就有一些細菌，一些活菌，如果用固定液把它們都殺死了，固定結果統計的是總菌數還是活菌數？”

學生：“總菌數?！?/p>

教師：“計算種群數量變化應該用總菌數還是活菌數？”學生不易想出，教師用生活實例進行類比：“人口增長率用活著的人口還是算上死去人口？”

學生：“用活著的人口。所以計算種群數量變化應該用活菌數。”

教師：“如果用固定液把酵母菌全部殺死了，如何準確判斷每個時間點的活的酵母菌數？”于是他們又陷入了思考。

（3）修訂猜想。

補充提示：“不過倒是有一個辦法讓酵母菌不繁殖，那就是把酵母菌放在4℃冰箱中，所以剛剛xx同學提出的這個方案也可以改一下然后采用呢！應該怎么改？”

學生：“老師，把原來的固定液固定殺死改為4℃環(huán)境下培養(yǎng)。這樣就可以不用每天都計數，又可以只統計活菌數。”

教師：“那如何鑒定死細胞和活細胞？大家回憶必修一中我們是如何鑒定活細胞和死細胞？”

學生：“可以用臺盼藍染色，死細胞膜的通透性會改變，染色劑可以進入被染成藍色，但是活細胞染色劑進不去因此呈現無色?！?/p>

教師：“很好！不過我們染酵母菌通常用亞甲基藍，效果好點，它跟臺盼藍染色原理是一樣的。”設計意圖：通過對學生提出的設想層層引導，不斷啟發(fā)學生思考、利用學生已有知識和部分學生的特長，從而幫助學生設計、改進實驗方案，運用已有概念知識解決實際問題。

2.探究二：改進調焦方法——在顯微鏡下快速找到計數室和菌體。

（1）提出問題。

學生在課上初次嘗試血球計數板的使用時，發(fā)現實驗存在的第二個問題：即使用較小光圈和較暗視野，在顯微鏡視野中找到血球計數板的網格線和酵母菌菌體依然比較困難，大概只有不到1/4的同學在顯微鏡下找到血球計數板的網格線和酵母菌菌體。對于學生提出的問題，教師鼓勵其積極思考。

（2）知識補充。

教師進一步向學生講授了顯微鏡的原理和構造。

因為顯微鏡的成像是根據凸透鏡的成像原理，要經過凸透鏡的兩次成像。第一次先經過物鏡成像，這時候的物體應該在物鏡的一倍焦距和兩倍焦距之間。然后以第一次成的物像作為“物體”，經過目鏡第二次成像?！辈⒁龑W生從顯微鏡的成像原理著手，思考問題。

（3）討論及操作。

網格線和酵母菌菌體困難主要是因為調焦存在困難，通過與教師多番討論后，有學生提出了一個很棒的解決辦法。

學生：“可以選取跟酵母菌處在幾乎同一焦距點的血球計數板的其它位置，并且是容易在顯微鏡下識別的有印刷文字的位置。然后再將有印刷文字的位置在低倍鏡下先對準通光孔進行調焦，在目鏡中看清楚印刷文字。然后移動血球計數板，使通光孔正對計數室，輕輕旋轉細準焦螺旋，就可以很快在視野中找到網格線和酵母菌接近透明的菌體，并且學生自豪地命名這個方法叫“同一焦距下不同視野快速調焦法”。

三、分析結果，得出結論

教師引導學生分析酵母菌的種群數量增長模型，可以分為三個時期：遲緩期、對數期、穩(wěn)定期。并提問：哪些因素會影響酵母菌種群數量的變化？引導學生從溫度、pH值、營養(yǎng)和氧氣等角度進行具體分析：

遲緩期：營養(yǎng)和氧氣等充足，pH值等條件適宜，酵母菌代謝活躍。

對數期：營養(yǎng)和氧氣等充足，pH值等條件適宜，酵母菌代謝旺盛，繁殖速度快。

穩(wěn)定期：營養(yǎng)和氧氣不足，有害代謝產物積累，pH值較低，新增酵母菌數目與死亡酵母菌數目達到動態(tài)平衡。

從而實現“解釋種群數量增長的一般規(guī)律”的知識目標，突出教學重點。

四、表達和交流

讓學生對整個數學模型建構和實驗方法改進的過程進行了總結和反思，交流他們改進實現過程的成功與失敗原因，從而實現“說明建構種群數量增長數學模型的方法”的知識目標、“嘗試建立酵母菌種群數量增長的數學模型”和“探究實驗方案的改進”過程目標。

五、實驗效果評價

1.科學方法的訓練。

學生用改良版方案完成了酵母菌種群數量變化的實驗過程，建構了酵母菌種群數量增長模型，充分訓練了模型建構、顯微觀察、微生物的實驗室培養(yǎng)和抽樣檢測等科學方法，對種群數量增長的一般規(guī)律也有了深入的理解。

2.生物學概念和方法的鞏固。

在這個過程中，學生充分體驗了科學探究需要嚴謹的設計，比如個別學生忘記酵母菌的代謝類型為兼性厭氧型，培養(yǎng)基瓶口密封以至于酵母菌進行酒精發(fā)酵，實驗失敗等。通過實驗的失敗體驗，學生更好地理解生物實驗需要充分查閱資料、同時也更深入理解課本的生物學概念和方法。

參考文獻

[1]賀稚非，李洪軍，任俊琦.發(fā)酵蔬菜低溫貯藏酵母菌動態(tài)變化研究[J].食品科學，2011，32（13）：165-168.

[2]丁傅.關于“使用血球計數板對酵母菌進行計數”的問題探討[J].中學生物學，2012，28（11）：44-46.

作者簡介：楊江妹（1988.10-）女，海南東方，海南省東方市東方中學，中學二級，研究方向：高中生物教育。