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    優(yōu)化“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)綜述

    2020-12-10 10:21:59
    魅力中國 2020年29期

    (南寧市第二中學(xué),廣西 南寧 530022)

    一、實(shí)驗(yàn)背景

    本實(shí)驗(yàn)是人教版高中生物必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第4章第2節(jié)中的探究實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)操作技能,嘗試構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,初步掌握探究生物學(xué)問題的能力,包括確定變量、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、處理和解釋數(shù)據(jù)等。該實(shí)驗(yàn)存在實(shí)驗(yàn)周期長、計(jì)數(shù)難度大、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以繪制成教材中的曲線圖,以及對教師熟練掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程要求較高,因此,適當(dāng)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)并讓學(xué)生能夠深入體驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)的過程,顯得格外的必要。

    二、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

    (一)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

    本實(shí)驗(yàn)探究的是自變量是時(shí)間,研究隨時(shí)間變化種群的數(shù)量變化,決定了實(shí)驗(yàn)周期較長,并在最后的表達(dá)和交流中“向全班匯報(bào)本小組7 天的數(shù)據(jù),算出每一天全班各組數(shù)據(jù)的平均值”;但除時(shí)間因素外,同時(shí)存在影響酵母菌種群數(shù)量增長的其他因素,增加了實(shí)驗(yàn)的開放性,有條件的學(xué)??梢栽趯W(xué)生掌握了血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的使用方法的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)相應(yīng)的影響因素,既可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),同時(shí),更改時(shí)間這一自變量也可以節(jié)省時(shí)間。

    (二)酵母菌培養(yǎng)基的優(yōu)化

    教材中建議使用肉湯培養(yǎng)基或無菌馬鈴薯培養(yǎng)基,但通常教師會選擇用葡萄糖溶液進(jìn)行培養(yǎng);用葡萄糖進(jìn)行培養(yǎng)對實(shí)驗(yàn)有哪些影響?應(yīng)該選擇怎樣的糖濃度呢?在人教版高中《生物·選修1·生物技術(shù)實(shí)踐》附錄3 中我們了解到,前者是完全培養(yǎng)基,后者培養(yǎng)基中只有碳源,沒有其他無機(jī)元素。

    (三)試驗(yàn)時(shí)間的優(yōu)化

    本實(shí)驗(yàn)是“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”,數(shù)量變化是動態(tài)過程,需連續(xù)多天計(jì)數(shù),耗時(shí)長。這也是該實(shí)驗(yàn)在操作過程中最大的問題。有兩種改進(jìn)方法可以提供參考:第一種方法是將學(xué)生分成小組,每一小組測定一天的酵母菌種群數(shù)量,最后匯集7 天的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析;第二種方法是實(shí)驗(yàn)前7 天每天定時(shí)等量地配制酵母菌溶液,到第7天上課時(shí)集體計(jì)數(shù)。兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn),教師可以根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況酌情選擇。丁海華的研究表明兩套方案得到的數(shù)據(jù)略有差異,曲線圖走勢一致,證實(shí)第二套方案大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。

    (四)觀察方法的優(yōu)化

    該實(shí)驗(yàn)中需要學(xué)生在顯微鏡直接觀察血細(xì)胞計(jì)數(shù)板,在視野范圍內(nèi)找到計(jì)數(shù)室并統(tǒng)計(jì)酵母菌數(shù)目,對學(xué)生的動手能力要求很高,要在課前對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)。而在實(shí)驗(yàn)過程中,普通的光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)小,視野暗,不清晰,嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣??紤]不同學(xué)校條件的差異,可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。第一,可以采用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)對視野進(jìn)行采集、處理。李沁用顯微數(shù)碼系統(tǒng)代替普通光學(xué)顯微鏡進(jìn)行《植物細(xì)胞有絲分裂的實(shí)驗(yàn)》,既提高了實(shí)驗(yàn)的成功率,也可以提高學(xué)生的接受能力。第二,在實(shí)驗(yàn)過程中,可以用手機(jī)對圖像進(jìn)行采集,處理。祁大林在進(jìn)行《植物細(xì)胞的吸水和失水》的實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用手機(jī)的拍攝功能成功拍攝到細(xì)胞吸水失水過程,并可拍攝視頻,供學(xué)生觀察,討論。

    (五)觀察現(xiàn)象的優(yōu)化

    在實(shí)驗(yàn)觀察階段,學(xué)生要在相應(yīng)的群域內(nèi)統(tǒng)計(jì)觀察到的酵母菌數(shù)量,這里的數(shù)量含義應(yīng)該是活菌數(shù)。但是按照教材抽樣檢測得到的卻包含了死亡的菌體。在酵母菌的培養(yǎng)過程中,隨著培養(yǎng)基的消耗及代謝產(chǎn)物的積累,會有一定數(shù)目的酵母菌死亡,這樣會使活菌數(shù)和總菌數(shù)相差較大。為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,可以對酵母細(xì)胞進(jìn)行染色觀察。人教版高中《生物·必修1·分子與細(xì)胞》中介紹了臺盼藍(lán)染液可以鑒定細(xì)胞死活,但臺盼藍(lán)有毒,接觸過多容易致癌,因此可以用亞甲基藍(lán)染液代替臺盼藍(lán)染液。染色后酵母菌的計(jì)數(shù)問題,不同的學(xué)者有不同的研究,蔡華成在染色時(shí)一定要先把染液和待測酵母培養(yǎng)液按比例混勻。由于染液會導(dǎo)致酵母菌培養(yǎng)液被稀釋,因此酵母菌的實(shí)際數(shù)量應(yīng)該是實(shí)際計(jì)數(shù)數(shù)量乘以最終稀釋倍數(shù);而何方紅則通過另外制作裝片,通過染色區(qū)分活菌和死菌,計(jì)算出兩者的比例。然后根據(jù)比例換算出酵母菌總菌數(shù)中含有的活菌數(shù)目。

    (六)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)化

    該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果要求學(xué)生以時(shí)間為橫坐標(biāo),酵母菌的種群數(shù)量為縱坐標(biāo)繪制種群數(shù)量變化曲線,但由于實(shí)驗(yàn)中取樣的間隔為24h,如果完全按照教材進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對酵母菌取樣、計(jì)數(shù)后繪制曲線,與預(yù)期的“S”型曲線相比,曲線走向差別很大。

    三、結(jié)論

    由于本實(shí)驗(yàn)有較大開放性,有很多可以選擇或優(yōu)化的細(xì)節(jié),比如趙奐改進(jìn)了酵母菌種群密度的方法,采用分光光度計(jì)計(jì)算培養(yǎng)的吸光度,計(jì)算種群密度,結(jié)果更直接,準(zhǔn)確。在具體的教學(xué)過程中,教師可根據(jù)具體情況選擇、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。

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