以“酵母菌代謝”為主題的生物學科節(jié)系列實驗開展

吳開其 張晉

摘要：借生物學科節(jié)開展以“酵母菌代謝”為主題的系列實驗，通過對實驗的內(nèi)容、過程操作、成果展示的統(tǒng)一確立、監(jiān)督和設計，以此促進活動與體驗、遷移與應用、探究與創(chuàng)新、價值與評價等高階真實學習行為的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：酵母菌，主題系列實驗，學科節(jié)

中圖分類號Q-331文獻標志碼：B

當前實驗教學還多停留在為幫助學生理解生物學概念這樣的“重知識，輕實踐”取向，實驗學習的主動性、實踐性與整體性被削弱，實驗教學目前還難以將知識、技能以及其他素養(yǎng)融為一體。鑒于實驗教學時間安排、資源配置的困難以及當前新課改對科學素養(yǎng)培養(yǎng)的重視的矛盾，教師可嘗試通過學科節(jié)的方式讓學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題而開展系列實驗教學，促進學生全身心參與實驗、體驗成功、獲得發(fā)展，通過系列實驗歷經(jīng)有意義的學習過程。

1 確立以“酵母菌代謝”為主題的三個層面實驗內(nèi)容

1.1 涉及必修課程的基礎性實驗

該層次實驗重在“活動與體驗”，目的通過參與實驗活動掌握科學實驗設計與操作的基本原則。相應的實驗選題有：探究酵母菌呼吸作用;以酵母菌研究種群數(shù)量變化;探究pH、溫度對酵母菌中酶活[生的影響。

1.2 基于選擇性必修課程的綜合設計性實驗

該層次實驗重在“遷移與應用”和“價值與評價”，是在掌握生物學基本知識和實驗原則基礎上，根據(jù)需要將實驗應用與生活實踐，并對實踐結(jié)果進行評價。相應選題有：用平板劃線法和稀釋涂布平板法接種酵母菌并觀察菌落;果酒制作;果醋制作;由制果酒需要制作果汁;酵母細胞的固定化;由果酒制作引申出的傳統(tǒng)發(fā)酵工程中腐乳制作與泡菜制作。

1.3 延伸到學校課程的創(chuàng)新性實驗

該層次實驗重在“創(chuàng)新與探究”，結(jié)合學校課程實施創(chuàng)造性地展現(xiàn)科學技術(shù)的鄉(xiāng)土風情，也可進一步深入科學探究實驗。相應的選題有：酒曲的制作;酒糟的蒸餾;比較不同種類粳米釀制米酒的效果;探究酒精濃度對酵母菌代謝的影響;探究不同濃度的糖對酵母代謝的影響;探究添加不同種類的糖對果酒風味的影響：比較固定化酵母與一般酵母的釀酒效果。

2系列實驗的組織

2.1 明確學科節(jié)系列實驗展示效果

在大致內(nèi)容確定的基礎上，教師幫助學生對系列實驗展示的規(guī)格形成一個預期，包括場地布置、活動畫面、目前學校能提供的條件，甚至以具體的圖片或模板方式呈現(xiàn)預設的實驗成果。其中為指導某些創(chuàng)新性探究實驗開展可將一些簡單的課題結(jié)題報告和PPT模板給學生展示。教師以美好的結(jié)果激發(fā)學生參與完成活動的興趣與斗志，帶領(lǐng)學生全身心地將實驗當做成自己的任務去完成。

2.2 任務選擇與人員安排

教師要根據(jù)年級學段不同、班級學情不同、各小組興趣不同等，安排不同選題。同時，鼓勵各活動單位（小組）圍繞主題在相應層面的內(nèi)容中創(chuàng)造性地確立自己任務。例如，某高一的班級提出在進行“探究酵母菌呼吸方式”實驗的同時，利用面粉作為發(fā)酵底物并蒸制饅頭共同學品鑒。又如，高年級學生在“果酒”制作的基礎上提出“對果酒中甲醛含量的檢測”。也有小組就“探究酒精濃度對酵母菌代謝的影響”提出“篩選耐酒精的酵母菌”實驗。對人員安排方面，根據(jù)小組選題難度，在學科節(jié)開展期間，教師要對延伸到學校課程的創(chuàng)新性實驗配備相應的研究生或?qū)嵙暽M行指導。

2.3 形成可操作的小組共識性任務

小組是否明確具體任務，怎樣對任務有明確的落實方案，關(guān)鍵讓小組確立用什么材料做什么事情。鑒于大多實驗需要設置對照，各小組所確定的方案可以表格形式呈現(xiàn)（表1），便于督促各組形成可具操作的實驗方案以及匯總準備實驗器材。此外，實驗小組需要提供詳細實驗安排表（表2），將事件、人員、時間統(tǒng)籌起來，以便教師或?qū)嶒瀱T統(tǒng)一監(jiān)督和管理。

2.4 體現(xiàn)主題式系列實驗的整體性

實驗數(shù)據(jù)要合作使用，如“探究酒精濃度對酵母代謝影響”實驗的對照組采用一開始不加酒精進行發(fā)酵，可以與“探究酵母菌呼吸方式”的實驗就相同時間CO₂產(chǎn)生體積進行對比，提升實驗數(shù)據(jù)可信度。也有學生提出通過“以酵母菌研究種群數(shù)量變化”的實驗小組幫助測定不同酒精濃度下一段時間后酵母菌數(shù)量來說明酒精濃度對酵母代謝的影響。同時，實驗材料合作使用，如制作的酒曲可以為“比較不同種類粳米釀制米酒的效果”實驗所用，制作的固定化酵母可以為“比較固定化酵母與一般酵母的釀酒效果”實驗所用。教師在安排實驗室時，也就把類似實驗或者相關(guān)聯(lián)的實驗安排在同一個實驗室。

3 以生物“學科節(jié)”的方式進行實驗展示與評價

3.1 “操作”區(qū)：示范并指導觀摩同學操作體驗基礎性實驗

例如，“探究酵母菌呼吸方式”實驗中，教師現(xiàn)場演示并指導參觀學習的其他同學完成“通過用裝有澄清石灰水的枕頭抽吸瓶中空氣觀察澄清石灰水顏色變化”“滴加溴麝香草酚藍水溶液觀察顏色變化”“用傳感器定量檢測瓶中CO₂”“用重鉻酸鉀檢測酒精”等實驗。又如，“探究酵母菌種群數(shù)量變化”實驗中，現(xiàn)場指導觀摩學生利用血球計數(shù)板板計數(shù)。再如，“現(xiàn)場用恒溫水域鍋維持酵母菌代謝環(huán)境溫度”和“借助pH傳感器和酸堿移液管調(diào)整pH”以此演示“探究pH、溫度對酵母菌中酶活性的影響”。

3.2 “品鑒”區(qū)：融入藝術(shù)特色進行綜合設計性實驗展示

教師在展示科學成果時，配上高雅的藝術(shù)，追求品味，涵蓋美育。紅酒、鮮花、音樂、彈奏、禮儀、社交組成一幅酵母菌發(fā)酵成果展的美麗畫卷。同時，配上酵母菌真核細胞的掛圖、紅葡萄酒和白葡萄酒圖片、紅酒制作流程圖，以及制作所用的各種葡萄、蘋果、酵母等實物展示。此外，由“酵母菌代謝”引申出的其他傳統(tǒng)發(fā)酵工程也可同時展示，如酸奶、檸檬、酒杯、薄荷葉、巧克力、餅干、果醬配合出的誘人畫面，同時每個瓶子都取上相應名字更帶文化氣息。教師也可吸引大量觀摩學習的同學通過答題獲得資格進行品鑒。

3.3 “答辯”區(qū)：以“小課題”的方式展示創(chuàng)新性實驗成果

“小課堂”展示需要教師一對一指導，學科節(jié)期間，教師可以邀請一些研究生或?qū)嵙暽止げ⒅笇Ц餮芯空n題的開展。這種做法雖然難度大，但有利于興趣組素養(yǎng)提升，也可建立起高校與中學之間關(guān)系，有利于各自資源的綜合利用。在答辯中，觀摩學生也可就相應實驗的設計、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果等進行質(zhì)疑和提問，以此帶領(lǐng)更多熱愛科學實驗，熱衷于科學探究的同學走進未來科學研究之路。此外，在“答辯”區(qū)中也可邀請第三方檢測機構(gòu)進行講解，融入選修課程中“食品安全與檢疫”模塊的開設，第三方檢測機構(gòu)進入學校，給學生講解我國的食品安全保障體系和政策，配合彩圖、幻燈片等以課題的形式給學生匯報講解相應“酒水”類食品安全檢測的原理和基本操作步驟，同時讓學生了解這個職業(yè)。

4 結(jié)語

主題式系列實驗能體現(xiàn)科學實驗的整體性，在提供輕松開放的學科節(jié)機會基礎上，對實驗的層次化安排能促進深度學習，使學生能夠在這樣特別的教學活動中模擬性地參與人類社會歷史實踐，形成有助于未來發(fā)展的核心素養(yǎng)，如“觀察DNA在細胞中的分布”“DNA模型構(gòu)建”“DNA粗提取”“DNA純化與鑒定”“PCR”等形成以DNA為主題的系列實驗;又如“腐乳制作”“泡菜制作”“米酒制作”“酸奶制作”“豆豉制作”等形成的以“傳統(tǒng)發(fā)酵”為主題的系列實驗;沿海地區(qū)還可以“海洋生物”為主題開展“海洋生物類群”“某海洋生物發(fā)育過程”“某海洋生物地理分布”“某海洋生物生理解剖”“某海洋區(qū)域生態(tài)調(diào)查”“海洋生物的藝術(shù)價值”等相關(guān)的系列實驗活動。