例談數字化設備在生物實驗教學中的作用

張圓圓

例談數字化設備在生物實驗教學中的作用

張圓圓

新課改理念的教學模式需要教師的探索，新教學設備的使用需要教師的研究，尤其是數字化設備與學科教學的整合，使我們清楚地認識到新技術的使用不是擺花架子，它能豐富傳統的實驗教學內容，優化教學環節，解決教學難點。通過幾年來的探索，我們在數字化設備與生物實驗課堂教學整合方面取得了些許成果。下面結合具體實例，談一下它在生物實驗教學上的具體作用。

課例教材：對高中《生物(必修1)》第五章《分子與細胞》第三節《探究酵母菌細胞呼吸的方式》的實驗進行拓展—探究酵母菌有氧呼吸與無氧呼吸的異同點。

一、實驗目標

(1)知識與技能目標：探究酵母菌有氧呼吸與無氧呼吸的異同。

(2)過程與方法目標：培養學生交流與合作能力、動手操作能力。

(3)情感態度和價值觀目標：通過探究實驗，培養學生尊重事實的科學態度，建立科學價值觀。

二、實驗原理

酵母菌是兼氧性真菌，有氧環境下進行有氧呼吸，無氧環境下進行無氧呼吸，兩種呼吸方式均產生二氧化碳。在密閉容器內創造有氧和無氧環境，通過檢測二氧化碳濃度來推斷酵母菌有氧呼吸及無氧呼吸的異同，原理反應式為：

三、課前準備

(1)實驗器材。

朗威6.0數據采集器，二氧化碳傳感器，雙孔橡皮塞，鐵架臺，5 mL和2 mL注射器各1個，鐵架臺，具支試管2個，5%葡萄糖溶液，植物油，50 mL燒杯2個，干燥濾紙，天平，自制小容器2個，止水夾2個，多媒體一套。

四、學生實驗

(1)第一名學生將第一包1 g干酵母菌置于潔凈、干燥的具支試管底部。第二名學生向注射器中吸入5%葡萄糖溶液5 mL，將注射器中的葡萄糖液注入自制小容器中，用止水夾夾住膠皮管，以免自制小容器中的葡萄糖液流出，之后將自制小容器膠管一端套在具支試管上。

(2)第三名學生連接計算機、數據采集器、二氧化碳傳感器，打開軟件系統，點擊窗口上的“通用軟件”按鈕，系統自動采集相關信息。此時顯示的是當前具支試管內二氧化碳的濃度(如圖2所示)。

圖2

(3)第二名學生將止水夾松開，讓自制小容器中的葡萄糖液流入具支試管底部，進行震蕩后用手握住具支試管底部，以穩定試管和升高試管內溫度。其他學生進行記錄并準備更換的試管和藥品。

(4)打開“組合曲線”，添加“時間—二氧化碳”圖線，觀察酵母菌呼吸過程中試管內二氧化碳濃度的變化。

(5)將實驗圖線鎖定，更換試管和藥品。第四名學生將另一包1 g干酵母置于另一支潔凈、干燥具支試管底部；第五名學生向注射器中吸入5%葡萄糖溶液5 mL，將注射器中的葡萄糖液注入另一個自制小容器中，用止水夾夾好，套在另一支具支試管上；用另一支注射器吸入2 mL植物油，以創造無氧條件，將這支注射器自外向內“扎”進雙孔橡皮塞，針頭露出(如圖3所示)。先松開止水夾，再向具支試管內注入注射器中的植物油。重新進行實驗，重復步驟(3)～(4)，比較兩條曲線的變化(如圖4所示)。

圖3

圖4

教師問：兩條曲線各代表酵母菌的什么呼吸方式？

學生答：上面的線代表有氧呼吸二氧化碳產生量，下面的線代表無氧呼吸二氧化碳產生量。

教師問：你真是火眼金睛啊，(面帶微笑)我還想請同學們幫我解釋兩條曲線的走向。

學生答：有氧呼吸和無氧呼吸都能產生二氧化碳，但是在相同時間內有氧呼吸產生的二氧化碳多并且快。

教師問：通過上面這個實驗，你們總結一下酵母菌有氧呼吸與無氧呼吸的異同。

學生答：相同點是酵母菌在有氧呼吸、無氧呼吸時都能產生二氧化碳。

學生答：不同點是酵母菌在有氧呼吸時產生大量的二氧化碳，在無氧呼吸時產生少量的二氧化碳。

教師總結：二氧化碳是酵母菌進行兩種呼吸方式的共同產物，但是在相同時間內有氧呼吸時產生大量的二氧化碳，而無氧呼吸時產生相對少量的二氧化碳。由上圖分析可以看出，數字化傳感器的使用，有效提高學生的實驗觀察能力和數據分析能力，使學生順利分析出酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸的異同點，有效解決教學難點。二氧化碳傳感器可以感應到瞬間二氧化碳濃度的大小，這樣，在常規實驗中不易感知的二氧化碳濃度變化，通過直觀變化的曲線，給學生留下深刻印象。通過規范學生操作動作和使用數字化實驗設備的方法，培養和鍛煉了學生的觀察能力、操作能力和創新能力，教學效果極佳。

五、結束語

數字化實驗設備引入生物實驗教學，有利于教師主導地位和學生主體地位的發揮，讓學生在研究和分析的過程中理解生物現象的變化規律。在實驗探究中，教師要大膽放手，勇于嘗試，把探究的機會交給學生，讓學生在探究中收獲新知。另外，實驗時要在課本的基礎上進行拓展，根據實驗的具體需要選擇常規實驗器材和自制實驗器材，使各種課程資源優化組合，充分發揮其在教學上的價值。

[1] 張莉.傳感器在高中生物學實驗教學中的應用[J].生物學教學,2009,6:47-49.

[2] 肖伏,羅朝越,謝豐收.新課標下中學生物實驗教學改革的探討[J].教學儀器與實驗,2010,8:24.

2011-11-20

張圓圓，本科，中教二級。

河北省遷安市第三中學。

(2)自制小容器：將輸液管剪成下面的一段，將細管一端封死，粗管一端套上一小段膠管(如圖1所示)。

圖1

(3)用天平稱取兩份各1 g的安琪高活性干酵母，用干燥濾紙包好。