“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”的實驗改進建議

趙婕

摘要 對教材中“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”實驗的實驗材料、實驗方法、實驗設計、實驗步驟等進行探討與改進，提高了實驗在教學中的可操作性和實效性，解決了計數耗時長、數學模型不準確等問題，在取得較好實驗結果的同時，極大地提升了學生對生物學科的興趣。

關鍵詞 數學模型 實驗改進 小球藻 種群數量

中圖分類號Q-331

文獻標志碼B

1 實驗教學背景

“培養液中酵母菌種群數量變化”實驗為高中生物學《選擇性必修2.生物與環境》中的內容。實驗通過讓學生探究培養液中酵母菌種群的數量變化，分析數據并嘗試建構數學模型，從而直觀感受到在一定條件下酵母菌種群數量的變化規律。

學生對于數學模型、種群數量變化的“J”型和“S”型增長曲線以及環境容納量（K值）的概念比較陌生。盡管學生已經具備了一定自主調查、統計數據、建構模型、分析實驗結果的能力，但該實驗中由于酵母菌培養要求高，培養過程干擾多、耗時長、易染菌，酵母菌不易計數等特點，加上高中實驗室的諸多客觀條件限制，該實驗在實際教學中效果不佳。

故筆者簡化實驗流程，增強實驗可行性，讓全體學生都能在一節課內完成種群計數、構建模型的任務，將有助于通過具體實例加深學生對學科重要概念的理解，增強學生運用重要概念解決實際問題的能力。

2 教學目標

①通過研究不同條件下種群數量的變化，認識到生物與生物、生物與無機環境是相互作用的，形成穩態與平衡觀、進化與適應觀，從而更深刻理解生態系統的復雜性。

②能夠正確使用顯微鏡，血球計數板進行生物種群的計數與計算;通過小組合作觀察、記錄實驗數據，能根據實驗數據建構數學模型。

③能運用數學模型反映種群數量變化規律，分析產生前提和影響因素，進而解釋相應的生命現象，分析生態學相關問題及解決問題。

④分析人類活動對種群數量變化的影響，從環境容納量的角度對有害生物的防治、瀕危物種的保護以及野生資源的開發利用提出合理化建議。

⑤形成珍愛生命、人與自然和諧發展以及可持續發展的觀念;養成健康文明生活方式;形成敬畏生命的觀念，能理性判斷社會上的一些行為。

3 實驗內容和方法設計

3.1 實驗教學存在的問題

教材中“培養液中酵母菌種群數量的變化”實驗要求對培養7d的酵母菌進行計數。適宜條件下，不同種類的酵母菌都是大約2h繁殖一代（調整期大約2 -4 h），10 h左右達到穩定期，培養24 h的酵母菌早已經達到種群的K值。故教材要求不符合實際。

在實際教學中，很多學校未開展此實驗。究其原因主要有：受客觀條件限制（如沒有超凈工作臺等微生物培養所需要的儀器），大部分中學無法開展與微生物有關的實驗;該實驗周期長，需要學生每天定時取樣計數，牽扯學生太多的精力，影響到正常的教學秩序;實驗中所涉及的微生物培養、顯微計數、建構數學模型等科學技能和方法，雖然有很高的教學價值，但在考試中較少涉及;學生對酵母菌計數存在困難，常導致實際的數學模型與預期相差較大。針對以上幾點，對提高該實驗的可操作性和實效性進行了探索。

3.2 選材

小球藻是一種單細胞真核球形綠色藻類，細胞大約10 h分裂一次，增殖速度較酵母菌慢，便于連續觀察。其死亡個體葉綠素a含量降低，呈白色，因而無需染色便可分辨死活，計數方便。培養不需要嚴格的無菌環境。

3.3 實驗過程

3.3.1 小球藻的培養

選用BG-11藻類培養液和錐形瓶進行培養，所用器皿都要經高壓蒸汽滅菌處理后使用，實驗無需在嚴格無菌條件下進行。接種量約為1：10，在12 h光照、28C的光照培養架上進行培養，定期震蕩小球藻培養液。

經過6d的培養，小球藻的種群數量見表1，其生長并未呈現出預想的“S型”增長曲線（圖1），需根據小球藻的生長特點對培養條件進行改進。

3.3.2 小球藻培養的改進

異養條件可使小球藻加速生長。選用BG-11藻類培養液與質量分數為5%的葡萄糖溶液混合進行培養，其他條件相同，可大大提高小球藻的增長速度。

3.3.3 課堂數據采集

在實驗課前6天至實驗當天，每天接種并培養小球藻，便可使不同天數的小球藻種群數量增長模型在一節課時間內呈現（接種濃度基本保持一定濃度）。

實驗課時，學生以小組為單位，每個小組的學生觀察小球藻樣品顏色變化，并分別完成對樣品0-6 d的計數。最后，將各小組數據進行匯總，得出種群的增長模型。

3.4 實驗現象

從小球藻在錐形瓶中生長的顏色變化以及顯微鏡下的觀察，可以非常明顯地觀察到小球藻的生長情況。從0d到6d的錐形瓶中菌液顏色逐漸加深，顯微鏡下觀察到的小球藻數量也增多。

3.5 實驗結果分析

學生運用血球計數板對小球藻進行計數，但由于操作不熟練，導致各小組所得數據偏差較大，不能得到標準的“S”型曲線。

3.6 拓展實踐——紫外分光光度計的使用

教師指導學生利用紫外分光光度計吸取少量小球藻培養液，觀察、統計并記錄小球藻種群數量的變化情況。紫外分光光度計更為精準，省時，可糾正人為失誤所造成的誤差，并較好地展示小球藻生長狀態的“S”型曲線（表2、圖2）。

4 教學反思

經過研究、篩選和比較，本改進實驗以小球藻為研究材料，預先進行相關培養，使得實驗可在一堂課內完成，實驗效果極佳，提高了課堂效率。教學中，教師使用更為精準的儀器設備，切實解決實驗周期長、誤差大、不易操作、酵母菌不易計數等諸多干擾問題。

本實驗以知識為載體，通過探究內容的不斷深入，讓學生主動參與探究過程，強調學習的過程和方法，促進學生學習方式的變革，培養學生分析問題和解決問題的能力。教師應努力適應學生的認知發展規律，盡可能地引導學生去觀察、分析、思考和感受，掌握事物發展變化的規律，使學生在學習過程中體驗、在學習過程中發展。其次，本次實驗改進應用現代生物技術進行精心設計，顯著提高實驗的直觀性、高效性和可行性，實現了時間的優化，真正讓生物實驗課堂成為技術背景下的學生實驗主場。隨著科技的進步，各地教學設備的更新和完善，生物課堂應更多地嘗試技術應用與教學的融合。

參考文獻：

[1]張昊.“探究培養液中酵母菌種群數量變化實驗”應注意的幾個問題[J].生物學教學，2010，35（10）：30-32.

[2] 陳云，張小春，朱玉芳.“探究培養液中酵母菌種群數量變化”實驗課的教學設計[J].生物學通報，2015，（50）：30-32.