“探究培養液中某種酵母種群數量的變化”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。包括簡化準備實驗的過程、設計并完善實驗方案、分組實驗過程三個方面，逐步培養提出和解決科學問題的素養。

關鍵詞：酵母菌 ?種群數量 ?器材和方案改進 ?探究思維

新人教版高中生物學教材中，有關微生物的探究實驗有4個。通過這些實驗能夠提高微生物培養實驗技能，但是微生物培養實驗時間比較長、實驗操作比較復雜，高中階段微生物培養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

該實驗可以加深學生對種群數量變化的理解，并提高抽樣檢測、顯微觀察、微生物培養和數學建模等能力，有助于形成種群數量動態變化的概念，樹立穩態與平衡的生命觀念。 [1]

2 學情分析

高中學生已經具備基本的實驗操作技能，但是不了解血球計數板的使用;知道探究實驗步驟，但是設計實驗的能力不強;了解實驗觀察，但缺少連續觀察微生物實驗的經驗;具備數學基礎，但建模能力不足。

3 實驗改進過程

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

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

3.1.2 利用醫用材料，簡化準備過程。第一，替換培養液。通過分析酵母菌的營養來源，結合生活經驗，發現量取5%醫用葡萄糖注射液即可作為酵母菌培養液。這些醫用器材具有以下優點：都已經過高溫滅菌，減少培養過程中培養液被污染的概率;容易采購，價格低，降低實驗成本。

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

第三，替換量筒。醫用注射器有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”，讓學生在家就可以積極進行實驗準備工作，真正做到“把課堂還給學生”。通過“變廢為寶”的行動強化環保理念，提高學生“保護環境從我做起”的社會責任意識。

3.2 設計并完善實驗方案。了解科學探究步驟是學生學會探究的基礎，但是真正的科學探究不一定是按部就班地按照固定套路執行[2]。適時、適當地改進教材中的實驗方案，能更切合各校的實際情況，有利于增加學生實踐機會。

3.2.1 設計實驗方案 ?首先，教師設計并提供學案，引導小組合作學習，深入理解實驗原理并初步設計實驗方案。其次，預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，各學習小組在課堂上展示本組的實驗方案，由學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。經過文獻查閱及論證后，在教材方案的基礎上進行改進，得到適應5%葡萄糖培養液中酵母菌種群數量變化的新方案。

第一，調整取樣間隔，縮短實驗時間。根據文獻資料，設計了如下新方案：培養14h內、每隔2h取樣，樣本在低溫條件下保存，最后課堂中集中計數。預期縮短學生在實驗室里停留的時間且結果應出現對數期。

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

改進后的實驗方案具有：材料用具易準備;家校結合，縮短在實驗室的時間;學習血球計數板計數的難度降低，有利于小組合作學習等優勢。

4 分組實驗的過程

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

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

5實驗結果分析

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

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

參考文獻：

[1]教育部 .普通高中生物課程標準 .北京：人民教育出版社，2003.

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

第一作者簡介：葉鵬海，男，1971 年 9 月生，碩士，中學高級教師。

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