優(yōu)化生物實驗教學(xué) 提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

陳春紅

[摘要]通過實踐“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”的實驗教學(xué)，總結(jié)出幾點心得：教師利用先進技術(shù)輔助實驗教學(xué)可使科學(xué)研究更容易、更直觀;精心設(shè)計實驗過程，可使學(xué)生體驗科學(xué)探究過程，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生懂得“只有堅持，不怕繁雜，面對龐大而枯燥的數(shù)據(jù)不退縮，才能發(fā)現(xiàn)生物學(xué)規(guī)律”;討論實驗中用到的方法和引入一些科學(xué)思想，緊隨高考改革思路，可讓理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ嵘龑W(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)代技術(shù);實驗設(shè)計;數(shù)據(jù)處理;消毒滅菌思想

[中圖分類號]

G633.91

[文獻標(biāo)識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）17-0086-02

近年來，高考生物對實驗的考查所占分值越來越大，要求學(xué)生必須具備實驗?zāi)芰涂茖W(xué)思維。因此，教師在教學(xué)時需重視實驗，讓學(xué)生去模擬實驗，設(shè)計實驗，能從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，學(xué)會科學(xué)的研究方法，從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。通過實踐“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”的實驗教學(xué)，筆者總結(jié)了以下幾點心得。

一、整合應(yīng)用實驗儀器與電腦軟件

“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗中需要用到的儀器比較多，教師的前期工作就是幫助學(xué)生選擇實驗儀器。浙教版教材是先測定菌液渾濁度與菌液密度之間的關(guān)系，再通過渾濁度間接反映菌液密度，但這種方法不能精確地測出酵母菌種群的數(shù)量，僅僅是估算，因此無法體現(xiàn)實驗中的細(xì)微差距，而人教版教材則使用血球計數(shù)板直接測定菌液密度，最終的結(jié)果更直觀，對學(xué)生來說更容易理解。教師多采用后者進行教學(xué)。教學(xué)中需要對實驗儀器與電腦軟件進行整合。如把血球計數(shù)板放在數(shù)碼顯微鏡上，通過電腦軟件將數(shù)據(jù)直接呈現(xiàn);如果沒有條件也可用手機拍攝光學(xué)顯微鏡下觀察到的視野，若拍出來的圖片較模糊，還可在尊重事實的情況下用修圖軟件進行修飾。實驗中要處理的數(shù)據(jù)比較多，要定期測七天，還要探究不同的溫度或不同濃度的營養(yǎng)物質(zhì)對酵母菌種群數(shù)量的影響等，而且還要從這些數(shù)據(jù)中找出規(guī)律。如果由教師提供學(xué)案，讓學(xué)生測數(shù)據(jù)、填數(shù)據(jù)，然后描點畫圖，這樣會很費時。而利用Excel表格，只要把數(shù)據(jù)輸入，然后生成曲線圖，不管什么樣的數(shù)據(jù)都可以快速生成，這樣就可以很容易地比較出數(shù)據(jù)的異同了。方便易操作的現(xiàn)代技術(shù)會讓實驗教學(xué)事半功倍。

二、注重實驗方法的創(chuàng)新

很多時候，教師在上實驗課時，都是先給出實驗原理、實驗材料、實驗步驟，然后讓學(xué)生按部就班地進行實驗，確保實驗零失誤。在這樣的教學(xué)中，學(xué)生如同工廠流水線上的工人，只要做出來的“產(chǎn)品”合格就行了，對于“產(chǎn)品”的設(shè)計、用途、實質(zhì)完全不聞不問。如此教學(xué)完全與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)背道而馳。為此，在教學(xué)“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗時，筆者改變教學(xué)方法，用大量的事實引入實驗原理，描述自然界中生物數(shù)量的變化規(guī)律，如小龍蝦數(shù)量的變化、棉鈴蟲數(shù)量的變化、長江白鰭豚數(shù)量的變化等，再基于前面已經(jīng)學(xué)習(xí)的“J”型和“S”型增長曲線，引發(fā)學(xué)生提出問題：在一定溫度和特殊培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量如何變化？各個小組可在實驗之前進行預(yù)測（即做出假設(shè)），然后通過自己的方法加以驗證。對于實驗材料，若條件允許應(yīng)多提供些，讓學(xué)生有選擇的余地。實驗設(shè)計的原則是設(shè)置對照，控制變量。在這個實驗中，只需重復(fù)計數(shù)，把節(jié)約的時間用在對實驗過程中遇到的問題的分析和后期的數(shù)據(jù)處理。實驗數(shù)據(jù)盡量讓學(xué)生白己處理和分析，這樣獲得的實驗結(jié)果才能令學(xué)生信服。但7天的實驗數(shù)據(jù)怎樣讓學(xué)生在同一天呈現(xiàn)呢？可以讓不同的實驗小組測培養(yǎng)天數(shù)不一樣的酵母菌（需在相同的培養(yǎng)條件下），然后把各組的數(shù)據(jù)進行整合。若怕誤差太大，則可讓每組對同一個培養(yǎng)瓶做7天連續(xù)的測定，把所有的數(shù)據(jù)輸入Excel生成圖形，最后對不同的圖形進行分析。不要丟棄任何一個實驗結(jié)果，分析這些結(jié)果出現(xiàn)的可能原因，如有雜菌污染，或培養(yǎng)后期數(shù)量太多數(shù)不清，或誤將計數(shù)板方格邊緣的酵母菌也記在里面。學(xué)生對實驗產(chǎn)生的問題和誤差進行分析、思考后，對實驗操作進行修正，在這個過程中學(xué)生的操作能力、思維能力、科研能力都得以提高，并對這個實驗印象深刻。

三、堅持處理繁雜數(shù)據(jù)

生物學(xué)規(guī)律的得出，很多時候需要進行大量的實驗，統(tǒng)計龐大的實驗數(shù)據(jù)，如孟德爾的遺傳規(guī)律就是計數(shù)了幾十萬顆豌豆才得出的;基因成千上萬，進行分析和排除工作量也很大;等等?！疤骄颗囵B(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗中通過抽樣檢測法，利用血球計數(shù)板和顯微鏡進行計數(shù)，每隔24小時進行取樣，為了減少誤差每次取樣應(yīng)計數(shù)多次，然后取平均值，再將求得的數(shù)據(jù)換算成每毫升中酵母菌的數(shù)量。若酵母菌密度過大，還需要將樣品稀釋后計數(shù)，對位于數(shù)格線上的菌體只計數(shù)上、右邊線上的。如遇酵母菌出芽，視情況而定進行計數(shù)，芽體超過一半的可計為一個。所有數(shù)據(jù)匯總到表格，再通過曲線圖來直觀呈現(xiàn)。這是一個比較煩瑣的過程，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生耐心地完成所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，并讓他們明白只有大量數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，才能盡可能地減少誤差，結(jié)果才更接近于事實的真相。高中生物實驗教學(xué)中，教師需讓學(xué)生體會統(tǒng)計學(xué)思想，學(xué)會處理數(shù)據(jù)，并且堅持這個過程。當(dāng)學(xué)生從數(shù)據(jù)中找出規(guī)律并能順利地解釋一些生物學(xué)現(xiàn)象，他們會獲得極大的成就感，從而對生物學(xué)習(xí)更感興趣。

四、于微生物培養(yǎng)過程中引入消毒和滅菌思想

培養(yǎng)酵母菌的過程中，污染成為很嚴(yán)重的問題，尤其是用天然培養(yǎng)液（如土豆培養(yǎng)液、肉湯培養(yǎng)液等）進行培養(yǎng)，雜菌污染嚴(yán)重時可能影響到酵母菌的顯微觀察，如果通過渾濁度間接反映種群密度，這個渾濁度是酵母菌和污染菌共同產(chǎn)生的，就無法反映酵母菌的種群密度，所以對培養(yǎng)液進行無菌處理非常重要。在現(xiàn)代生物技術(shù)中很多時候都需要滅菌處理，不然可能會直接導(dǎo)致實驗的失敗，如植物組織培養(yǎng)技術(shù)，將脫離的組織或細(xì)胞培養(yǎng)成愈傷組織;還有動物細(xì)胞的培養(yǎng)、早期胚胎培養(yǎng)等都需要滅菌處理。那么，如何進行滅菌處理呢？消毒是指使用較為溫和的物理或化學(xué)方法殺死物體表面或內(nèi)部的部分微生物（不包括芽孢和孢子）。滅菌則是指用強烈的理化因素殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子。對于一些生物組織只能進行稍微地消毒處理，如用酒精或次氯酸鈉等消毒，這樣既能起到消毒作用又不會對組織細(xì)胞有較大的損害。而對酵母菌的培養(yǎng)液需進行煮沸滅菌處理，想要滅菌效果更好可用高壓蒸汽滅菌鍋，然后再放到無菌的環(huán)境中進行接種和培養(yǎng)，這樣才能較準(zhǔn)確地計數(shù)酵母菌的數(shù)量變化情況。近年來，微生物在生活和實踐中的運用越來越廣泛，包括制藥、治理環(huán)境污染、檢測毒性等，微生物培養(yǎng)不可或缺。高考也越來越重視這方面的考查，如2014年江蘇高考就涉及了滅菌鍋的使用，以及一些微生物學(xué)知識。消毒和滅菌是微生物培養(yǎng)和運用中非常重要的一環(huán)，因此教師在平時的實驗中應(yīng)滲透消毒和滅菌思想。

總之，開設(shè)好高中生物實驗課，還需教師不斷地摸索，爭取利用各種資源，開拓學(xué)生思維，樹立科學(xué)思想，構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)而高效的高中生物課堂，促使生物教學(xué)不僅能為高考服務(wù)，還能為培養(yǎng)科學(xué)人才服務(wù)。

[參考文獻]

[l]趙奐.“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實驗研究[J].生物學(xué)通報，2011（5）：53-56.

[2]陳維.探究溫度對酵母菌種群數(shù)量的影響[J].生物學(xué)通報，2008（ 12）：46-48.

（責(zé)任編輯 黃春香）