您现在的位置: 海安中学>> 课程基地建设>> 教师发展>>正文内容

教师发展

“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验课的教学设计

探究培养液中酵母菌种群数量的变化 实验课的教学设计    

1,2     张小春 2    朱玉芳 1, *    

1. 苏州大学基础医学与生物科学学院   江苏苏州   215123    

                  2. 江苏省海安高级中学   江苏南通   226600    

                 中国图书分类号 :Q945.11             文献标识码 :B  

摘要: 探究培养液中酵母菌种群数量的变化实验是普通高中教材中的经典实验之一,本实验联系2014届南通市优课评比举办地——启东吕四镇的当地实际,巧妙选用小球藻为实验材料,采取多种不同的实验教学环节,在课前与课后实现了宏观与微观的有机统一,让学生既动手又动脑去完成实验,不仅有效突破了种群数量变化实验的相关重难点,构建了S型曲线,而且提高了学生学习生物学的兴趣,取得了较好的教学效果。    

关键词: 高中生物    实验改进    小球藻    酵母菌    种群数量    

  探究培养液中酵母菌种群数量的变化 是人教版高中生物必修 3 《稳态与环境》第 4 章第 2 节中的内容,该探究活动有多重意义和价值。首先,通过亲历实验加深对种群数量变化的理解;其次,尝试用数学模型解释种群数量变化,体验科学研究的方法;再次,运用抽样检测法进行种群数量的估算;第四,培养了学生收集、处理和分析数据的能力。    

      但由于该实验耗时长,且酵母菌培养要求高,而高中实验室条件有限,使得该实验在高中开设率和课堂效果均不理想。一线教师该如何利用有限资源,较高质量地完成该实验教学呢?笔者借鉴美国高中主流理科教材《科学发现者 生命的动力》探究实验的设计优点,联系启东吕四渔港实际,巧用小球藻,切实解决了酵母菌难培养、干扰多等问题,加之可视效果好的数码显微镜的使用,显著提升了课堂效果。    

1  教学目标  

1.1   知识目标   说明建构种群增长模型的方法,用数学模型解释种群数量的变化。    

1.2   能力目标   通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化,尝试建构种群增长的数学模型。    

1.3   情感态度与价值观目标   关注种群数量变化对人类生活的影响,以及人类活动对种群数量变化的影响。    

2  教学重难点  

2.1   教学重点   尝试建构种群增长数学模型,据此解释种群数量变化。    

2.2   教学难点   建构种群增长数学模型。    

3  材料说明   小球藻( Chlorella vulgaris )是一种单细胞球形藻类,细胞因叶绿素丰富而呈绿色 , 便于观察。作为低等植物,小球藻不必在无菌条件下培养。小球藻大约每 10h 细胞分裂一次,增殖速度较酵母菌慢,且无芽体,计数方便。小球藻衰亡过程中叶绿素 a 含量降低,叶绿体收缩,呈白色,因而无需染色便可分辨死活。    

4  课前准备    

4.1   小球藻的采集   为了保证藻种的纯度和实验结果的准确度,该实验所用小球藻藻种购自某实验室。    

4.2  小球藻的培养   培养器皿等经高压蒸汽灭菌处理后,按藻种 : 培养基 =1 : 10 配制小球藻细胞悬液,分装后将细胞悬液放在光照、温度等条件相同且适宜的地方连续培养。为减少光照不均而造成的影响,每天随机调换锥形瓶的位置并充分振荡 3 次。    

4.3   小球藻种群的前期观察和监测   教师和兴趣小组同学利用数码显微镜、血细胞计数板,每天定时从不同的小球藻培养瓶中吸取少量培养液,观察、统计并记录小球藻种群数量的变化情况;同时记录当天的天气情况。    

5  教学过程  

5.1  新课导入   美丽的吕四渔港(图片展示) 鲜美的海鲜特产 鱼虾的良好饵料 藻类 赤潮 监测藻类种群数量变化的必要性 小球藻 为例,体验监测藻类种群数量变化的过程。    

5.2   实验准备      

1. 提出问题    

培养液中小球藻种群数量是如何随时间变化的?    

2. 作出假设    

(学生作出假设,合理即可)    

3. 确定目标    

设计实验方案,探究小球藻种群数量变化规律。    

建构培养液中小球藻种群增长的数学模型。    

4. 实验器材    

数码显微镜、血细胞计数板、盖玻片等    

5. 安全警示    

注意:请严格遵守数码显微镜、血细胞计数板和盖玻片的操作规则。要小心使用数码显微镜。若打碎玻璃制品,请回收到教师指定的容器内。    

5.3  实验设计   教师引导学生思考并解决:( 1 )该实验需要连续观察多天吗?为什么?( 2 )该实验需要做重复实验吗?为什么?( 3 )该实验不需要单独设置对照,请说明理由。    

5.4  实验过程      

  5.4.1     观察小球藻  教师指导学生观察锥形瓶中小球藻培养液的颜色和小球藻细胞悬浮状态。    

  5.4.2     取样制片  教师播放取样演示视频。学生分成8组,分别完成对培养第07天的小球藻培养液的取样制片工作:盖振荡吸。体会抽样检测的方法。    

  5.4.3     显微观察  学生用数码显微镜,观察并尝试计数中方格中的小球藻。    

  5.4.4     计数统计  教师选取一个计数中方格(1),引导学生掌握计数方法,解决计数过程中的相关问题:例如压线、密度过大等。
     

      
1  一个中方格中的小球藻 (400�)  

  5.4.5     数据处理  将连续7天的天气情况和数据处理结果汇总成表(表1、表2)。  

1  培养液中小球藻种群数量随时间变化的数据记录表  

                                                   (单位: 106 /mL    

项目    

起始数    

1    

2    

3    

4    

5    

6    

7    

1 平均数    

4.40  

4.00  

12.29  

14.90  

20.00  

15.10  

15.00  

22.30  

2 平均数    

3.10  

5.00  

11.30  

16.80  

23.80  

13.80  

19.10  

20.25  

3 平均数    

3.30  

3.00  

14.90  

15.20  

21.00  

16.40  

17.60  

20.57  

总平均数    

3.60  

4.00  

12.83  

15.63  

21.60  

15.10  

17.23  

21.04  

培养液中的小球藻数目    

0.90  

1.00  

3.21  

3.92  

5.40  

3.78  

4.31  

5.26  

注:“ ”表示 中方格中的小球藻平均数。    

   

2  培养7天期间的天气情况记录表  

   

5.5  结果分析  

  5.5.1     建构模型  学生小组合作,利用表1数据,建构培养液中小球藻种群增长的数学模型。教师注意引导学生积极思考,发挥想象,创造性地构建出多种合理的数学模型,如柱形图、曲线图等。这样既可拓展学生思维,尝试运用不同形式的数学模型,也能帮助学生更深刻地理解培养液中小球藻种群的增长趋势。    

  5.5.2     展示描述  小组选派代表展示并描述所构建模型,如:横、纵坐标轴的含义,曲线的起点、拐点和趋势等。在教师引导下,学生构建出了曲线图(图2)和柱形图(图3)。这两种模型都能直观反映小球藻种群增长趋势,其中,柱形图中的柱体高低更直观地反映出种群增长的快慢。    

                                 

2  培养液中小球藻种群数量变化                      3  培养液中小球藻种群数量变化  

  5.5.3    据模分析  教师引导学生,结合表2和所构建模型,尝试分析在培养过程中,可能影响小球藻种群增长的因素(如温度、光照等)。    

  5.5.4    得出结论  培养液中的小球藻种群数量大致呈S型增长。    

  5.5.5    实际应用  首尾呼应,根据结果分析,引导学生分组讨论:(1)这个时节(11月底)吕四渔港容易爆发赤潮吗?(2)日常生活中,我们可以怎样有效监测并预防赤潮?    

5.6  清洁整理   实验结束后,教师指导学生进行正确的血细胞计数板清洗、显微镜的复原和安放等工作,培养学生良好的实验室规范意识。    

5.7   课后探究   教师引导学生关注在一定条件下,种群的持续增长也可以给人类带来好处,如酿酒酵母、发酵酵母等。学生利用本节课获得的探究经验,课后尝试设计实验,探究培养液中酵母菌种群数量变化。培养液中酵母菌种群数量变化与小球藻有相同点:都需要用血细胞计数板进行抽样检测,都要每天定时取样等;也有不同点:作为异养生物的酵母菌,培养液中须富含有机物,导致培养过程中易受杂菌污染,所以整个实验过程中必须严格无菌操作;酵母菌增殖速度较快,在培养后期可能需要适度稀释 ;为区分死活,需要用亚甲基蓝染液对酵母菌进行染色等。    

6  总结反思  “科学的选材,就等于实验成功了一半”,但实验过程的科学设计对实验的开展也是至关重要的。本节课以小球藻为实验材料,借助数码显微镜,让学生对“种群变化”有了一个动态、直观的认识和理解。但是实验中也存在些许问题,如就普通高中实验室的条件而言,光照、温度等可变的外界环境因素对实验结果的影响;如血细胞计数板的使用误差对实验结果的影响;如为维持小球藻数量的相对稳定,小球藻计数前是否需要加入固定液等,这些都是有待进一步改进和探究的。  

生物是一门实验科学,实验的有效开展比实验的结果更重要,而实验的有效开展是需要一定的实验条件的,有时在实验材料、实验器材或实验设计上作些许改动,其效果就会大为改善。教师需要不断的创造条件,化繁为简,因陋就简,化不可控为可控,把实验课真正上好,上出精彩。  

参考文献    

[1] 人民教育出版社,课程教材研究所,生物课程教材研究开发中心 . 普通高中课程标准实验教科书生物必修 3 稳态与环境 [M]. 北京 : 人民教育出版社, 2007.1. 2 版: 68-69.  

[2] (美)奥 尔顿 比格斯 . 美国高中主流理科教材 科学发现者 生物 生命的 动力 [M]. 廖苏梅、傅磊、黄赛花等译 . 杭州 :浙江教育出版社, 2008.  

   

   

另附:    

1. 本文的英文题目: Improving teaching effects by utilising chlorella  

        —Perfections of the experiment on yeast population quantity changes in culture solution  

2. 工作时间联系电话 :15806272001     邮箱 :chenyun.cy@163.com  

3. 详细通讯地址:江苏省南通市海安县城新华东路 1   江苏省海安高级中学   生物组