“微生物的生長(zhǎng)”教學(xué)中對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)

〔關(guān)鍵詞〕 微生物；創(chuàng)造力；培養(yǎng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

〔中圖分類號(hào)〕 G633.91〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 C

〔文章編號(hào)〕 1004—0463（2008）01（Ａ）—0050—０１

人教版高中生物選修教材中，微生物群體生長(zhǎng)的規(guī)律是第五章《微生物和發(fā)酵工程》的重點(diǎn)知識(shí)，學(xué)好它有助于理解發(fā)酵工程的內(nèi)容。本人在進(jìn)行教學(xué)時(shí)對(duì)教材進(jìn)行了挖掘和處理，將“微生物群體生長(zhǎng)的規(guī)律”的教學(xué)改為“探究細(xì)菌在恒定培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)及數(shù)量變化”的教學(xué)，并利用學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)知識(shí)，即“種群數(shù)量的變化”和新學(xué)習(xí)的內(nèi)容相互作用，使學(xué)生形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。這樣一來，新舊知識(shí)之間相互滲透、相互整合，學(xué)生進(jìn)入了優(yōu)化、高效的學(xué)習(xí)狀態(tài)，同時(shí)還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造性思維和能力。

1. 激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)。提問：若要研究動(dòng)物和植物的生長(zhǎng)狀況，我們應(yīng)以什么為衡量標(biāo)準(zhǔn)？學(xué)生根據(jù)已有的生物學(xué)知識(shí)，答案很容易得出。此時(shí)我因勢(shì)利導(dǎo)，提出：那我們應(yīng)以什么為標(biāo)準(zhǔn)來研究細(xì)菌的生長(zhǎng)狀況呢?學(xué)生各抒己見，又相互反駁，思維碰撞，但最終達(dá)成共識(shí)：在實(shí)際工作中，常以群體為單位來研究細(xì)菌的生長(zhǎng)。接著我又提出問題：以混合培養(yǎng)的多種細(xì)菌為對(duì)象來研究微生物的生長(zhǎng)，可以嗎？通過對(duì)原有認(rèn)知的碰撞，學(xué)生得出新知識(shí)的結(jié)論：對(duì)于“微生物的生長(zhǎng)”的研究，往往是在恒定容積下進(jìn)行的，以細(xì)菌純培養(yǎng)的群體生長(zhǎng)為單位、以細(xì)菌數(shù)量的變化為反應(yīng)變量來進(jìn)行的。“探究細(xì)菌在恒定培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)及數(shù)量變化”自然成了本節(jié)課的主要任務(wù)。

2. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探求結(jié)果。對(duì)于如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，一直是困擾學(xué)生的一大難題，對(duì)此絕大多數(shù)學(xué)生都因無從下手而望之興嘆。我提示設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)變量（即單一變量原則）。

找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)變量后，我把全班學(xué)生分成若干小組，讓他們分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在此過程中，學(xué)生不僅要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，還要選擇實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)器具，控制實(shí)驗(yàn)條件，提出預(yù)期結(jié)論，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，測(cè)量與記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過各小組的交流，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)造性、實(shí)驗(yàn)器具的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)因素的復(fù)雜性等進(jìn)行了一系列的比較研究后發(fā)現(xiàn)：方法不同，結(jié)果可能就不一樣。這就要求學(xué)生不僅僅要關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也要重視實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技巧。尤其是在設(shè)計(jì)過程中不斷出現(xiàn)的新問題，常常會(huì)使學(xué)生在解決問題的過程中得到一些意想不到的收獲。例如，在配置培養(yǎng)基時(shí)，有的學(xué)生配置的是液體的天然培養(yǎng)基，有的學(xué)生配置的則是液體的合成培養(yǎng)基；對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)方法學(xué)生也具有多樣性，有的學(xué)生用表格的形式記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有的學(xué)生則以時(shí)間為橫坐標(biāo)、以細(xì)菌的數(shù)目為縱坐標(biāo)作圖表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3. 實(shí)現(xiàn)遷移，探求結(jié)論。學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不難得到反映細(xì)菌生長(zhǎng)規(guī)律的生長(zhǎng)曲線圖。從圖中能看出，細(xì)菌群體從生長(zhǎng)到死亡全過程的動(dòng)態(tài)變化可分為四個(gè)時(shí)期：調(diào)整期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期。此時(shí)我引導(dǎo)學(xué)生回憶種群的數(shù)量變化，比較細(xì)菌群體生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化與種群的數(shù)量變化有何異同，并總結(jié)出細(xì)菌群體從生長(zhǎng)到死亡全過程動(dòng)態(tài)變化的四個(gè)時(shí)期的特征。

在理解對(duì)數(shù)期的細(xì)菌細(xì)胞的特點(diǎn)時(shí)，我引導(dǎo)學(xué)生去思考已學(xué)過的種群增長(zhǎng)的“J”型曲線。同學(xué)們受到啟發(fā)，得出結(jié)論：這一時(shí)期的細(xì)菌可以認(rèn)為是處在理想條件下，養(yǎng)料和空間充裕、實(shí)驗(yàn)條件(溫度、pH等)適宜、環(huán)境阻力較小，所以種群的數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)。

我又進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生：假定在調(diào)整期末期（t₀）時(shí)，取樣測(cè)定菌數(shù)為N₀，在對(duì)數(shù)末期（t₁）時(shí)，取樣測(cè)定菌數(shù)為N₁，你能求出細(xì)菌分裂的次數(shù)和增殖的代數(shù)嗎?經(jīng)過一段時(shí)間的思考，同學(xué)們得出，時(shí)間為t₀時(shí)菌數(shù)為N₀，繁殖n代后菌數(shù)為N₁，則可以用下式表示：N₁=N₀·2ⁿlgN₁=lgN₀+nlg2，得出n=（lgN₁-lgN₀）／lg2。同學(xué)們將“函數(shù)曲線”與細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖相結(jié)合得到了成功的喜悅，熱情高漲，課堂氣氛開始活躍。我趁熱打鐵，作進(jìn)一步的引導(dǎo)：假設(shè)大腸桿菌在t₁時(shí)菌數(shù)為10億個(gè)／ml，你能求出該菌繁殖的代數(shù)以及每完成一次分裂所需要的時(shí)間嗎?學(xué)生們順藤摸瓜，根據(jù)公式n=（lgN₁-lgN₀）／lg2得出n=（lg10⁹-lg10²）／lg2=23．２，那么，每完成一次分裂所需要的時(shí)間為：（t₁-t₀）÷23．２。最后，作出總結(jié)：我們可以用同樣的方法計(jì)算出各種細(xì)菌完成一次分裂所需要的時(shí)間，作為研究不同細(xì)菌代謝的一個(gè)參考數(shù)據(jù)。

通過對(duì)對(duì)數(shù)期細(xì)菌種群數(shù)量的分析，不僅提高了學(xué)生對(duì)“函數(shù)曲線”圖的分析運(yùn)用能力，而且還加深了他們對(duì)微生物生長(zhǎng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。