“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”的教學(xué)嘗試

呂 濤

(重慶市教育科學(xué)研究院 400015)

“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”是人教版高中生物學(xué)教材必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第4章“種群和群落”第2節(jié)的內(nèi)容，是基于課程標(biāo)準(zhǔn)中“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變化”活動(dòng)建議而設(shè)置的一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)由于所需時(shí)間跨度大、實(shí)驗(yàn)操作難度較高、實(shí)驗(yàn)條件有限等原因，開(kāi)出率極低(我市2014年初進(jìn)行的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果顯示：該實(shí)驗(yàn)的開(kāi)出率不到1%)。為提高該實(shí)驗(yàn)的開(kāi)出率，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，筆者組織部分教師就該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織、重難點(diǎn)的確定、實(shí)驗(yàn)材料和方法的優(yōu)化等方面展開(kāi)探討，進(jìn)行了如下的嘗試。

1 教學(xué)策略

1.1 明確目標(biāo)，突出重點(diǎn) 開(kāi)展該實(shí)驗(yàn)的主要目的是進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力，讓學(xué)生親身經(jīng)歷建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，通過(guò)親自研究一個(gè)真實(shí)的種群，加深其對(duì)種群數(shù)量變化相關(guān)知識(shí)的理解。實(shí)驗(yàn)中所涉及到的微生物培養(yǎng)法、抽樣檢測(cè)法和顯微觀察法都是為達(dá)到這一目的所必須采用的一些技術(shù)手段。在有限的教學(xué)時(shí)間里，只需要讓學(xué)生了解相關(guān)操作技能即可，不必過(guò)分糾纏于實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)和技巧，應(yīng)將更多的精力用于引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、形成思路，著力培養(yǎng)學(xué)生的探究思維。確定了這一認(rèn)識(shí)后，對(duì)教學(xué)時(shí)間的分配、教學(xué)內(nèi)容的取舍、教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)的順序等做了新的規(guī)劃。

1.2 將信息技術(shù)與課程資源融合 為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建了“數(shù)字化環(huán)境與技術(shù)支持下的實(shí)驗(yàn)大課堂”(圖1)。

圖1 基于數(shù)字化環(huán)境與技術(shù)支持的實(shí)驗(yàn)探究框架

在課前創(chuàng)設(shè)QQ數(shù)字化環(huán)境下基于資源平臺(tái)的自主個(gè)性化學(xué)習(xí)。課前所得的學(xué)習(xí)資源和成果為課堂探究開(kāi)展提供支持，同時(shí)在課堂上運(yùn)用各種信息技術(shù)手段突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)的瓶頸。課堂教學(xué)中的一些生成性問(wèn)題為課后總結(jié)提升和進(jìn)一步探究提供新的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)QQ數(shù)字化環(huán)境下實(shí)驗(yàn)探究的可持續(xù)發(fā)展。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 “課前發(fā)現(xiàn)”環(huán)節(jié) 組建興趣小組，指導(dǎo)學(xué)生提前一周進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，并到實(shí)驗(yàn)室完成酵母菌培養(yǎng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)；錄制實(shí)驗(yàn)操作視頻。教師利用QQ群發(fā)布課程資源和學(xué)習(xí)任務(wù)，如提供“血球計(jì)數(shù)板滴加培養(yǎng)液的操作”微視頻等。

在此平臺(tái)上，學(xué)生可以與其他學(xué)生、教師以及大學(xué)微生物學(xué)教授進(jìn)行討論。自主學(xué)習(xí)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)了大量問(wèn)題，為之后的實(shí)驗(yàn)探究做準(zhǔn)備。

2.2 “課堂探究”環(huán)節(jié) 出示酵母菌培養(yǎng)液示意圖并提問(wèn):培養(yǎng)液中的酵母菌在適合的條件下，會(huì)不斷增殖，其種群數(shù)量處于動(dòng)態(tài)變化中，那么，哪些因素會(huì)影響酵母菌種群數(shù)量的變化？

學(xué)生思考、討論并總結(jié)歸納出相關(guān)因素(如時(shí)間、溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)、氧氣等)。在此基礎(chǔ)上，師生共同選擇其中一個(gè)影響因素(如時(shí)間)展開(kāi)探究：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量隨時(shí)間如何變化？探究過(guò)程包括以下環(huán)節(jié)：①作出假設(shè)。根據(jù)之前所學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測(cè)培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量隨時(shí)間變化的情況，并用曲線圖表示變化的結(jié)果。②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。師生共同討論、確定實(shí)驗(yàn)步驟：配制液體培養(yǎng)液 → 接種少量酵母菌 → 適宜條件下培養(yǎng) → 定期取樣 → 觀察、測(cè)定酵母菌種群數(shù)量 → 記錄、處理數(shù)據(jù)。③進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。興趣小組學(xué)生代表通過(guò)視頻展示酵母菌的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)流程和感悟，實(shí)現(xiàn)生生之間的互助共享。實(shí)驗(yàn)中需要利用血球計(jì)數(shù)板檢測(cè)酵母菌的種群數(shù)量，通過(guò)課前發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)的視頻觀摩和課堂上興趣小組同學(xué)的介紹，學(xué)生基本了解了血球計(jì)數(shù)板的使用方法。由于血球計(jì)數(shù)板操作難度較大，短時(shí)間內(nèi)學(xué)生不可能熟練掌握，可指導(dǎo)學(xué)生對(duì)興趣小組提供的樣品進(jìn)行計(jì)數(shù)(每?jī)蓚€(gè)小組測(cè)定同一個(gè)樣品)，通過(guò)顯微攝像投影等技術(shù)，師生共同討論解決實(shí)驗(yàn)操作中遇到的生成性課程資源問(wèn)題，如“線上酵母菌的計(jì)數(shù)”“酵母菌上有芽體時(shí)如何計(jì)數(shù)”“視野中出現(xiàn)一團(tuán)菌體”等。④結(jié)果處理。教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)表格記錄統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生思考：怎么直觀地表示酵母菌的種群數(shù)量變化？啟發(fā)學(xué)生將表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀形象的曲線圖。教師指導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生完成曲線的繪制。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)據(jù)變成曲線，這其實(shí)是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的一種嘗試和實(shí)踐。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析是建立數(shù)學(xué)模型的重要依據(jù)。考慮到學(xué)生是初次使用血球計(jì)數(shù)板進(jìn)行顯微計(jì)數(shù)，所得數(shù)據(jù)誤差較大，因此，在全班學(xué)生根據(jù)課堂測(cè)定的數(shù)據(jù)繪制了曲線之后，教師利用Excel軟件將課前興趣小組學(xué)生獲得的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成酵母菌種群數(shù)量變化曲線，供學(xué)生在接下來(lái)的環(huán)節(jié)中交流討論。⑤交流分享。教師引導(dǎo)學(xué)生展示本小組所繪制的曲線圖，相互交流、評(píng)價(jià)，對(duì)照Excel自動(dòng)生成的曲線進(jìn)一步修正完善曲線圖。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，修正之前的實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)，最終得出了在一周之內(nèi)種群數(shù)量呈S型增長(zhǎng)的結(jié)論。

2.3 “課后提升”環(huán)節(jié) 課后再次借助QQ數(shù)字化平臺(tái)促進(jìn)反思和提升，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的普通需求和個(gè)性化需求(長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展)的有機(jī)統(tǒng)一。一方面學(xué)生可利用平臺(tái)完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等資源，例如，利用word完善實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表的設(shè)計(jì)；利用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型等，上傳QQ群分享交流；對(duì)感興趣的其他問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步探究，簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)的基本思路，例如，有學(xué)生就提出了氧氣濃度、pH值、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)等因素對(duì)培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化的影響等新的研究課題。另一方面教師在平臺(tái)上提供多元評(píng)價(jià)方案，如“紙筆測(cè)驗(yàn)”“小組內(nèi)合作學(xué)習(xí)能力”“實(shí)驗(yàn)操作檢核”以及“探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力”等方面的評(píng)價(jià)依據(jù)。

3 教學(xué)反思

3.1 整體規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?課標(biāo)所要求的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ倪_(dá)成，是通過(guò)整個(gè)高中階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)該整體規(guī)劃高中階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在各冊(cè)教材中分解實(shí)驗(yàn)與探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，逐步滲透落實(shí)，深化學(xué)生對(duì)生物學(xué)研究方法的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。例如，“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”是必修三的一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，在此就不應(yīng)該再花過(guò)多的時(shí)間和精力去向?qū)W生強(qiáng)調(diào)探究的每一個(gè)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則，應(yīng)該根據(jù)課標(biāo)的要求，落實(shí)必修三重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)；本實(shí)驗(yàn)涉及到的微生物培養(yǎng)法是選修一部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)要培養(yǎng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能，在此也不必花費(fèi)太多時(shí)間；至于血球計(jì)數(shù)板的使用專業(yè)性很強(qiáng)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，學(xué)生知道有顯微計(jì)數(shù)法這一研究手段，了解血球計(jì)數(shù)板的基本使用方法即可。總之，在開(kāi)展某一實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要目標(biāo)明確、重點(diǎn)突出，切忌面面俱到。

3.2 開(kāi)展基于數(shù)字化環(huán)境與技術(shù)支持的實(shí)驗(yàn)探究 在本例中，利用信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了以QQ為載體的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，并根據(jù)教學(xué)的實(shí)際，融合了其他信息技術(shù)手段，建設(shè)了數(shù)字環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大課堂。在這個(gè)大課堂中，發(fā)揮了信息技術(shù)開(kāi)放性、共享性、交互性、研究性和及時(shí)反饋性的優(yōu)勢(shì)，將學(xué)生的個(gè)性化自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)、專家和教師的指導(dǎo)學(xué)習(xí)緊密結(jié)合起來(lái)，有利于形成學(xué)習(xí)共同體和深度學(xué)習(xí)。在互動(dòng)中，關(guān)注學(xué)習(xí)者的“傾聽(tīng)”“理解”“思考”“反饋”“情感陶冶”的過(guò)程，提升學(xué)生的思維，提高了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。