開創新實驗 培養學科核心素養

曾藝濤

摘要 以地區經濟社會發展的需求為導向，立足于解決人們生產和生活中的現實問題，通過開發“枇杷中野生酵母菌的分離和提純”創新性實驗，讓學生深入理解科學探究的真正含義，同時該實驗方法解決了重慶廣陽枇杷園枇杷產量大、殘次果滯銷和枇杷酒產酒率低等問題，培養了學生主動擔當社會責任的精神和解決問題的能力。

關鍵詞 枇杷酒 酵母菌 核心素養

中圖分類號 Q-331

文獻標志碼 B

1問題提出教材上果酒的制作實驗選用葡萄作為實驗材料

進行葡萄酒的制作。為進一步強化和拓展學生對教材知識的應用，筆者以地區經濟社會發展的需求為導向，解決人們生產和生活中的現實問題。學生經過調查，發現：重慶市南岸區廣陽鎮優質枇杷基地每年枇杷產量大，但大量的殘次果滯銷。為了使果農收益最大化，學生借鑒教材中“果酒的制作”中的操作步驟進行了枇杷酒釀制，但枇杷酒的產酒率僅為7.2%，且存在香氣少，口感不醇厚等不足。

在使用安琪酵母菌進行枇杷酒釀制中發現，安琪酵母菌對枇杷的發酵率低，產酒率不高。為提高產酒率和枇杷酒的品質，教師引導學生通過以微生物的分離和提純為基礎，嘗試在枇杷皮表面提取野生枇杷酵母菌來提高產酒率，并改善枇杷酒的感官品質。

2枇杷中野生酵母菌的分離提純

2.1教材基礎分析

“果酒的制作”是人教版《選擇性必修3·生物技術與工程》第一章第一節的實踐操作活動，其教學目的是讓學生深入理解發酵工程的基本概念、體驗發酵技術在食品生產中的應用，促進學生生物學學科核心素養的提升。

本實驗是以高中生物選修1第二章“微生物的分離和培養方法”為基礎的創新拓展實驗。該實驗可安排在學生學習了培養基的制作、無菌操作技術、大腸桿菌的純化技術（平板畫線法和稀釋平板涂布法）、剛果紅染色法等之后。這樣的安排為本實驗提供了一定的技術鋪墊。本實驗最終提純的酵母菌產酒率如何？可在果酒的釀制及品質分析實驗中進一步鑒定，也是對果酒制作和微生物分離和培養兩章節內容的拓展提升。同時，這樣的選題也符合《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的要求：生物技術實踐“選題來源于社會生產實際，重在培養學生設計實驗、動手操作、收集證據等科學探究的能力”，通過“企業困惑—提出問題—假設猜想—實驗設計—問題解決—又生長新的問題”的循環方式開展實驗。教師注意創造真實、豐富、完整的科學探究情景，拓展、加深學生對生物科學技術知識的理解運用，促進學生科學探究能力的培養，增強學生對科學技術社會價值的認識，提高學生的社會責任素養。

2.2枇杷表面野生酵母菌的分離步驟

2.2.1富集培養

用攪拌器將枇杷破碎，在28～30°C條件下增殖培養48h，得到含較多野生酵母個體的增殖培養液。

2.2.2梯度稀釋

將上述增殖培養液梯度稀釋，得到7個不同濃度梯度的菌懸液。即取10g增殖培養液，放入盛90mL無菌生理鹽水并帶有玻璃珠的三角瓶中，振蕩20min，使細胞分散。從中吸1mL液體加入盛有9mL無菌生理鹽水的試管中混合均勻，此為10-1稀釋液。依次類推制成10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7不同稀釋度的稀釋液。

2.2.3酵母菌的分離

將7個梯度濃度的增殖培養液涂布在“四合一”平板培養基（米曲汁∶糖化后的麥芽汁∶豆汁∶馬鈴薯汁=1∶1∶1∶1）上培養。根據酵母菌特有的菌落特點，鏡檢酵母菌：菌落表面光滑、粘稠、濕潤，菌落質地均勻、邊緣整齊，顏色多為乳白色等。

2.2.4酵母菌的選擇

挑選數十個可能的目標單細胞菌落涂片，經美蘭染色，鏡檢酵母菌和對活酵母菌進行計數。

2.2.5酵母菌的純化

挑選5個典型的酵母菌單菌落，在“四合一培養基”上劃線培養，28°C恒溫培養3d。用接種針將酵母菌（菌落外形特點明顯，生長速度適宜的優勢野生酵母菌）單個菌落劃線移植到50mL“四合一”培養基中，成為一級菌種并保存在4°C冰箱中。

2.3枇杷酒產酒率的測定枇杷酒產酒率的實驗結果見表1。

3實驗的創新點

3.1實驗選題的創新

本實驗以高中生物選修1教材中“果酒的制作”“微生物的分離和計數”的方法為基礎對枇杷酒進行品質分析和枇杷表面野生酵母菌進行分離提純，該選題新穎，方法獨特。同時，此選題相較于教材中微生物分離和技術拓展實驗“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數”和“分解纖維素微生物的分離”2個實驗更具有現實意義，能解決實際生活中的問題，且學生操作性、趣味性更強。3.2實驗內容的創新

（1）實驗環節的創新。教材中“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數”僅對細菌進行了分離和計數，并未對其進行提純。本實驗增加了對細菌進行鑒定和提純等步驟，來彌補教材中的不足。

（2）培養基配方的創新。教材中培養微生物的培養基采用化學合成培養基，而本實驗為倡導純綠色食品釀制的理念，采用我校獨創的純天然“四合一”培養基（米曲汁、糖化后的麥芽汁、豆汁、馬鈴薯汁）。

（3）實驗功能的創新。學生大部分教材實驗完成后，并未能充分體現“層層深入，螺旋式上升，最后轉化為經濟效益與社會效益”的科學研究本質，實驗功能不佳。本實驗以解決現實問題為出發點，以“企業困惑—提出問題—假設猜想—實驗設計—問題解決—又生長新的問題——實驗設計—解決問題”為研究的邏輯線索，推進實驗研究的不斷發展，使本實驗的探究呈螺旋式發展，實驗的功能得到擴展和延伸。

（4）實驗成果的創新。本實驗讓學生掌握了酵母菌分離提純的方法，并自主分離純化了野生梨子、草莓、提子、獼猴桃、藍莓、鮮食葡萄、檸檬、橄欖等9種野生酵母菌和1種醋酸氧化菌。此外，師生共同對提純的枇杷野生酵母菌釀酒性能進行了測定、對枇杷酒制作方法進行了改進，同時還對降低枇杷酒中甲醇的方法進行了研究。師生在實驗中不僅收獲到了知識，還提升了科學素養和科學研究的能力。

4實驗效果和評價

4.1教學過程重實踐，深入理解科學探究的真正含義

學生主動參與實驗，通過探究性學習活動成功分離出枇杷表面野生酵母菌。此外，還對實驗過程中發現的問題用科學的觀點、知識、思路和方法進行了科學探究，如利用課余時間對提純的枇杷野生酵母菌釀酒率進行了測定、對枇杷酒制作方法進行了改進、對降低枇杷酒中甲醇的方法進行了研究。學生通過主動參與實踐和問題解決，親歷科學發現過程，深入理解科學探究的真正含義。

4.2提升了學生的科學思維和創新能力

學生學會了對枇杷野生酵母菌的分離提純方法，并成功獲得5個酵母菌純種菌株。且利用業余時間對梨、檸檬等9個品種的殘次果中酵母菌進行分離提純。其中學生提純的檸檬中的酵母菌（檸2.1709）已被中國微生物菌種保藏中心收藏。學生在探究過程中，逐步增加了對實驗現象的好奇心和求知欲，不斷開拓創新新實驗，解決新問題，學會用科學的、創新的思維方式來認識世界、解決問題。

4.3增強了學生的成就感和社會責任感

借鑒本實驗和學生對枇杷相關后續問題的研究方法和研究結果，南岸區廣陽鎮回龍枇杷觀光園已用檸2：1709制枇杷蒸餾白酒，年產酒500kg，市場估價約20～30萬元產值。這一成果大大激發了學生對科學研究的興趣和熱情，增強了學生的成就感、自豪感和社會責任感;同時，也對學生個人的生涯規劃具有一定的指導意義。

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