“探究培養(yǎng)液中某種酵母種群數(shù)量的變化”的改進

葉鵬海 黃江蕓 許曉婷

摘要：本文介紹了改進實驗器材、實驗方案，使該實驗在高中階段的可行性提高的具體措施。包括簡化準(zhǔn)備實驗的過程、設(shè)計并完善實驗方案、分組實驗過程三個方面，逐步培養(yǎng)提出和解決科學(xué)問題的素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：酵母菌 ?種群數(shù)量 ?器材和方案改進 ?探究思維

新人教版高中生物學(xué)教材中，有關(guān)微生物的探究實驗有4個。通過這些實驗?zāi)軌蛱岣呶⑸锱囵B(yǎng)實驗技能，但是微生物培養(yǎng)實驗時間比較長、實驗操作比較復(fù)雜，高中階段微生物培養(yǎng)實驗的實踐機會非常少。通過改進實驗器材、實驗方案，能使該實驗在高中階段的可行性大大提高。

1 教材分析

該實驗可以加深學(xué)生對種群數(shù)量變化的理解，并提高抽樣檢測、顯微觀察、微生物培養(yǎng)和數(shù)學(xué)建模等能力，有助于形成種群數(shù)量動態(tài)變化的概念，樹立穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。 [1]

2 學(xué)情分析

高中學(xué)生已經(jīng)具備基本的實驗操作技能，但是不了解血球計數(shù)板的使用;知道探究實驗步驟，但是設(shè)計實驗的能力不強;了解實驗觀察，但缺少連續(xù)觀察微生物實驗的經(jīng)驗;具備數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但建模能力不足。

3 實驗改進過程

3.1 簡化準(zhǔn)備實驗的過程 ?將教材中的材料用具簡化為：食用干酵母菌粉、醫(yī)用5%葡萄糖注射液、相同規(guī)格的礦泉水瓶若干、10mL醫(yī)用注射器、50mL醫(yī)用注射器、滴管、電子稱、光學(xué)顯微鏡、電子目鏡、筆記本電腦等。

3.1.1 替換實驗容器，變廢為寶。在預(yù)實驗過程中，使用的燒杯、錐形瓶數(shù)量較多，而且玻璃儀器容易破碎。而使用礦泉水瓶具有以下幾個優(yōu)點：易收集;不易碎;收納簡便;攜帶方便;可重復(fù)使用。

3.1.2 利用醫(yī)用材料，簡化準(zhǔn)備過程。第一，替換培養(yǎng)液。通過分析酵母菌的營養(yǎng)來源，結(jié)合生活經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)量取5%醫(yī)用葡萄糖注射液即可作為酵母菌培養(yǎng)液。這些醫(yī)用器材具有以下優(yōu)點：都已經(jīng)過高溫滅菌，減少培養(yǎng)過程中培養(yǎng)液被污染的概率;容易采購，價格低，降低實驗成本。

第二，改裝酵母菌培養(yǎng)容器。改造后的礦泉水瓶可以盡量減少培養(yǎng)液與空氣的接觸面積。在瓶蓋上打兩個洞，連接一根長導(dǎo)管和一根短導(dǎo)管。短導(dǎo)管的作用是排出酵母菌呼吸過程中產(chǎn)生的氣體，防止脹瓶。10mL醫(yī)用注射器與長導(dǎo)管連接，定量吸取1mL酵母菌培養(yǎng)液進行稀釋，計數(shù)。

第三，替換量筒。醫(yī)用注射器有50mL和10mL兩種容量，并帶有刻度。取樣的同時即可完成定量測量，縮短了實驗時間。

以上改進措施使實驗材料“大眾化”，讓學(xué)生在家就可以積極進行實驗準(zhǔn)備工作，真正做到“把課堂還給學(xué)生”。通過“變廢為寶”的行動強化環(huán)保理念，提高學(xué)生“保護環(huán)境從我做起”的社會責(zé)任意識。

3.2 設(shè)計并完善實驗方案。了解科學(xué)探究步驟是學(xué)生學(xué)會探究的基礎(chǔ)，但是真正的科學(xué)探究不一定是按部就班地按照固定套路執(zhí)行[2]。適時、適當(dāng)?shù)馗倪M教材中的實驗方案，能更切合各校的實際情況，有利于增加學(xué)生實踐機會。

3.2.1 設(shè)計實驗方案 ?首先，教師設(shè)計并提供學(xué)案，引導(dǎo)小組合作學(xué)習(xí)，深入理解實驗原理并初步設(shè)計實驗方案。其次，預(yù)測實驗方案實施過程中可能會遇到哪些問題，并嘗試找到解決的辦法。最后，各學(xué)習(xí)小組在課堂上展示本組的實驗方案，由學(xué)生和教師一起推舉可行性高的實驗方案，共同完善實驗方案。

3.2.2 完善實驗方案，縮短實驗時間。經(jīng)過文獻查閱及論證后，在教材方案的基礎(chǔ)上進行改進，得到適應(yīng)5%葡萄糖培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化的新方案。

第一，調(diào)整取樣間隔，縮短實驗時間。根據(jù)文獻資料，設(shè)計了如下新方案：培養(yǎng)14h內(nèi)、每隔2h取樣，樣本在低溫條件下保存，最后課堂中集中計數(shù)。預(yù)期縮短學(xué)生在實驗室里停留的時間且結(jié)果應(yīng)出現(xiàn)對數(shù)期。

第二，采用電子目鏡輔助顯微觀察，突破教學(xué)難點。采用電子目鏡連接顯微鏡和電腦，具有以下幾個優(yōu)勢：一是實現(xiàn)多人同時觀察，有利于師生、生生交流;二是軟件具備計數(shù)功能、圖像采集、錄像與保存功能，有利于實驗結(jié)果觀察與分析;三是重復(fù)觀察保存的圖片增加了學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問題的機會，如發(fā)現(xiàn)酵母菌出芽生殖現(xiàn)象等。

改進后的實驗方案具有：材料用具易準(zhǔn)備;家校結(jié)合，縮短在實驗室的時間;學(xué)習(xí)血球計數(shù)板計數(shù)的難度降低，有利于小組合作學(xué)習(xí)等優(yōu)勢。

4 分組實驗的過程

4.1 分工合作，課前取樣保存 ?由小組中的一位學(xué)生利用周末中的一天時間，完成14h內(nèi)取樣的工作。取出的1mL 培養(yǎng)液裝入相應(yīng)容器后，立即放置在冰箱中低溫保存。每位學(xué)生分別獲得培養(yǎng)2h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、14 h共7個樣本。

4.2 課中計數(shù)并建模 ?首先，讓個小組體驗配制酵母菌培養(yǎng)液的過程，并對培養(yǎng)0h的酵母菌培養(yǎng)液取樣、計數(shù)，作為種群數(shù)量初始值。然后，小組成員輪流操作顯微鏡和電腦，進行計數(shù)和圖像采集。每個小組的人數(shù)12人，每位同學(xué)制作并觀察2個裝片。如此才能保證在40分鐘內(nèi)完成數(shù)據(jù)的采集與建模。

5實驗結(jié)果分析

小組完成的模型中，“S”型增長過程不明顯，甚至某些數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差。引導(dǎo)學(xué)生進行誤差分析：5%葡萄糖濃度偏低，營養(yǎng)物質(zhì)匱乏;酵母菌與其他微生物之間的競爭影響酵母菌種群數(shù)量的變化。在分析過程中，學(xué)生已經(jīng)能運用所學(xué)的知識解決實際問題，增強了科學(xué)探究素養(yǎng)。

5.3 課后拓展 ?課后，各小組計算培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量并完成實驗報告，歸納影響酵母菌種群數(shù)量增長的因素，鼓勵學(xué)生設(shè)計實驗方案探究其它因素對酵母菌種群數(shù)量變化的影響。

參考文獻：

[1]教育部 .普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn) .北京：人民教育出版社，2003.

[2]趙占良.對生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的理解（三）——科學(xué)探究與實踐[J].中學(xué)生物教學(xué)，2020（05）：4-7.

第一作者簡介：葉鵬海，男，1971 年 9 月生，碩士，中學(xué)高級教師。

基金項目：2019年度福建省中青年教師教育科研項目（基礎(chǔ)教育研究專項）課題：科學(xué)思維視域下的高中生物學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)案例研究，項目編號No.JZ190194，（福建教育學(xué)院資助）