探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化專題實(shí)驗(yàn)剖析

1、 一、教材分析：一、教材分析： “探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化” 是必修三 第四章第二節(jié)中的一個探究課題。課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于本節(jié)的具體 內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動”，并 提出了相應(yīng)的活動建議即本探究活動。該條內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)有兩層 涵義：其一、“嘗試建立數(shù)學(xué)模型”屬模仿性技能目標(biāo)，旨 在通過原形示范（細(xì)菌的數(shù)量增長）和具體指導(dǎo)，學(xué)生能完 成建立數(shù)學(xué)模型；其二、“解釋種群的數(shù)量變動”屬理解水 平的知識目標(biāo)，旨在把握數(shù)學(xué)模型（抽象）與種群的數(shù)量變 動（具體）之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。 在這個探究活動中用到了4個科學(xué)方法：（1）數(shù)學(xué)模型 法；（2）抽樣檢測法；（3）顯微觀察法；（4）微生物培

2、養(yǎng) 法。所以是一項有著多方面意義和價值的探究活動。此外， 學(xué)生通過親自研究一個真實(shí)的種群，可加深對種群數(shù)量變化 知識的理解，并且培養(yǎng)收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力。 二、學(xué)情分析：二、學(xué)情分析： 高二學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對數(shù)學(xué)模型的概 念并不陌生，在生物學(xué)的其他內(nèi)容中學(xué)生已能運(yùn)用數(shù) 學(xué)方法解決生物學(xué)中的問題，例如： 溫度、PH對酶活 性影響的曲線；細(xì)胞分裂的文字、圖像、曲線的相互 轉(zhuǎn)換；對遺傳規(guī)律的認(rèn)識 等。教學(xué)中可充分利用學(xué)生 的的前概念，在學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上，建構(gòu)新的知識， 揭示生物種群數(shù)量變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型 。 高二學(xué)生已具備一定的觀察、分析問題的能力及高二學(xué)生已具備一定的觀察、分析問

3、題的能力及 科學(xué)探究能力，喜歡動手實(shí)驗(yàn)，渴望在探究過程中獲 得成功，但分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力 及解讀圖表的能力還 需提高，教學(xué)中應(yīng)注重這方面的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)。 三、三、“人教版”與與“浙科版”活動比較：活動比較： 1 1、教材編排順序的差異、教材編排順序的差異 2 2、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的異同、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的異同 3 3、酵母菌計數(shù)方法的異同、酵母菌計數(shù)方法的異同 建議：兩種版本教材內(nèi)容的相互借鑒有助于我們更好地 開展此項探究活動。 人教：一是構(gòu)建種群增長模型的方法；二是種群數(shù)量的變化情況， 包括“J”和“S”型曲線、種群數(shù)量的波動和下降；三是探究實(shí)驗(yàn)。 浙科版：把探究實(shí)驗(yàn)放在最前面。 人教：連續(xù)7天實(shí)驗(yàn)，只用血球

4、計數(shù)板計數(shù) 浙科版：實(shí)驗(yàn)持續(xù)兩周，比濁計法每天進(jìn)行，第0、第1、第4、第7天 用血球計數(shù)板計數(shù) 對血球計數(shù)板的計數(shù)方法介紹各有特點(diǎn)。 人教版實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)： （1）熟悉探究實(shí)驗(yàn)的一般方法、步驟，培養(yǎng)分析、設(shè)計、 實(shí)施和完善實(shí)驗(yàn)方案的能力。 （2 2）探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，建構(gòu)種群增長 的數(shù)學(xué)模型。 （3 3）正確使用顯微鏡、血球計數(shù)板等實(shí)驗(yàn)器材。 分析： 實(shí)驗(yàn)的因變量為酵母菌的種群數(shù)量（密度），實(shí)驗(yàn)自變量可以是外 界的環(huán)境因素，如溫度、PH值、溶氧量等，也可以是酵母菌自身內(nèi)在因 素，如菌種的差異、接種時間、接種量的多少等。從另一角度看，實(shí)驗(yàn) 過程中“時間”是一個隱藏的變量，但不管哪種因素

5、對酵母菌種群數(shù)量 的影響，都是通過不同時間種群數(shù)量的變化體現(xiàn)出來的。所以除建構(gòu)種 群增長的數(shù)學(xué)模型這一個目標(biāo)外，（1）培養(yǎng)設(shè)計實(shí)驗(yàn)的能力是人教版 在此探究活動中的另一個側(cè)重面。 浙科版實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：浙科版實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)： （1 1）探究酵母菌種群數(shù)量隨時間發(fā)生的變化，從而了解在）探究酵母菌種群數(shù)量隨時間發(fā)生的變化，從而了解在 封閉環(huán)境中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化規(guī)律。封閉環(huán)境中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化規(guī)律。 （2）學(xué)習(xí)用血細(xì)胞計數(shù)板進(jìn)行酵母菌細(xì)胞計數(shù)的操作方法， 學(xué)習(xí)比濁計（或比色計）的使用方法，找出酵母菌細(xì)胞數(shù) 量變化與其渾濁度之間的關(guān)系。 （3 3）初步嘗試依據(jù)測量數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型。）初步嘗試依據(jù)測量

6、數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型。 分析： 浙科版此活動安排在本節(jié)開始進(jìn)行，其主要目的就是建立封閉環(huán)境 中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化規(guī)律數(shù)學(xué)模型。所以實(shí)驗(yàn)是在一定的環(huán)境 條件下進(jìn)行的，自變量就是時間；因變量酵母菌的種群數(shù)量（密度。 至于至于對酵母菌種群數(shù)量可能產(chǎn)生影響的因素的探究，屬于本實(shí)驗(yàn)的課外 延伸，屬于拓展內(nèi)容。浙科版的特色在于找出酵母菌細(xì)胞數(shù)量變化與其 渾濁度之間的關(guān)系。 四、重、難點(diǎn)的突破四、重、難點(diǎn)的突破 1、為什么選用酵 母菌作為實(shí)驗(yàn)材料 來研究種群數(shù)量變 化？ 2、是否明確表格設(shè) 計的要素？ 3、為什么用兩個 樣品？多個行嗎？ 4、B試管的作用？ 5、這次計數(shù)的目的？是表格中的第幾天？ 6 6、

7、什么是血球計數(shù)板？如何使用血球計數(shù)板？、什么是血球計數(shù)板？如何使用血球計數(shù)板？ ? 血球計數(shù)板是一種專門用于計算較大單 細(xì)胞微生物的一種儀器。 ? 計數(shù)時，常采用抽樣檢測。 計數(shù)器大方格規(guī)格： 2mm2mm0.1mm 或 1mm1mm0.1mm 浙科版默認(rèn)第一種 2516型的計 數(shù)板 深度 大方格規(guī)格 1mm1mm0.1mm 400小格 2516 2516型的計數(shù)板 關(guān)于血球計數(shù)板的計數(shù)方法： 先將蓋玻片放在計數(shù)室上，用吸 管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓 培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙 吸去。稍待片刻，待細(xì)菌細(xì)胞全部沉 降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在載物 臺的中央，計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母 菌

8、數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中 的酵母菌總數(shù)。每個小方格內(nèi)含有細(xì) 胞數(shù)不宜超過10個。（人教版） 7、如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多難以數(shù)清怎么辦？ 8、如何稀釋？0.1ml培養(yǎng)液+0.9ml清水，稀釋了幾倍？如 果想稀釋20倍，如何操作？稀釋后試管中的酵母菌數(shù)如何 估算？ 這是什么規(guī)格的計數(shù)室內(nèi)？這是什么規(guī)格的計數(shù)室內(nèi)？ 看到以下狀態(tài)該如何處理？看到以下狀態(tài)該如何處理？ 關(guān)于關(guān)于2mm2mm2mm2mm0.1mm0.1mm， 25251616型計數(shù)板的酵母菌型計數(shù)板的酵母菌 數(shù)量計算方法數(shù)量計算方法 中央大方格以雙線等分成中央大方格以雙線等分成2525個個 中方格，每個中方格又分成16個小 方格

9、，供細(xì)胞計數(shù)用（見圖）。一 般計數(shù)四個角和中央的五個中方格 （80個小方格）的細(xì)胞數(shù)。計數(shù)重）的細(xì)胞數(shù)。計數(shù)重 復(fù)3次，取其平均值。計數(shù)完畢后， 依下列公式計算： 2516型的計數(shù)板 酵母細(xì)胞個數(shù)mL80個小方格細(xì)胞總數(shù)/ 80 4002500稀釋倍數(shù) 其實(shí)計數(shù)室還有另一種規(guī)格：其實(shí)計數(shù)室還有另一種規(guī)格：161625型，即大方格內(nèi) 分為分為16中格，每一中格又分為2525小格；但是不管計數(shù)室是小格；但是不管計數(shù)室是 哪一種構(gòu)造，它們都有一個共同的特點(diǎn)，即每一大方格都 是由是由1625=2516=40016=400個小方格組成。個小方格組成。 161625型計數(shù)板的酵母菌量計算問題： 抽樣時一般

10、取四角：1、4、13、16四個中方格（100個 小方格）計數(shù)。將每一中格放大，可見2525個小格。計數(shù)重個小格。計數(shù)重 復(fù)復(fù)3 3次，取其平均值。計數(shù)完畢后，依下列公式計算：次，取其平均值。計數(shù)完畢后，依下列公式計算： 酵母細(xì)胞個數(shù)mL=100個小方格細(xì)胞總數(shù)/ 100 4002500稀釋倍數(shù) 前一句話的方格應(yīng)該指的是小方格，而后一句話中的前一句話的方格應(yīng)該指的是小方格，而后一句話中的 方格則指大方格，兩者之間存在400倍的關(guān)系。這是 教材敘述上的一個漏洞。 9 9、什么目的？ 10、屬于表中第幾天的操作？ 11、為什么整個 實(shí)驗(yàn)中只選擇4 天（每隔兩天） 用血球計數(shù)板計 數(shù)？ 活菌數(shù)活菌數(shù)

11、1212、在一張新的坐標(biāo)紙上畫直角坐標(biāo)，以培養(yǎng)天數(shù)為橫坐、在一張新的坐標(biāo)紙上畫直角坐標(biāo)，以培養(yǎng)天數(shù)為橫坐 標(biāo)，以酵母菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，畫標(biāo)，以酵母菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，畫 出曲線圖，你搜集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)前你的預(yù)測結(jié)果是否出曲線圖，你搜集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)前你的預(yù)測結(jié)果是否 一致？如何解釋畫出的曲線？一致？如何解釋畫出的曲線？ 五、探究活動的延伸 13、影響酵母種群增長的因素可能是什么？ 14、你如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你的猜想？ 可以是外界的環(huán)境因素，如溫度、PH值、溶氧量等，也 可以是酵母菌自身內(nèi)在因素，如菌種的差異、接種時間、接 種量的多少等。 比如：設(shè)計實(shí)驗(yàn)

12、比如：設(shè)計實(shí)驗(yàn) A組為實(shí)驗(yàn)組，裝培養(yǎng)液10 mL，酵母菌母液0.1mL,環(huán)境 溫度28。 B B組裝培養(yǎng)液組裝培養(yǎng)液10 mL，酵母菌母液，酵母菌母液0.1mL,環(huán)境溫度環(huán)境溫度55， 與A組形成溫度條件對照。 C組不裝培養(yǎng)液，只裝無菌水10mL,酵母菌母液0.1mL,環(huán) 境溫度28，與A組形成營養(yǎng)條件對照。 課后練習(xí)1：在研究“酵母菌種群數(shù)量變化”的實(shí)驗(yàn)中， 將10ml酵母液放在適宜溫度下培養(yǎng)，并于不同時間內(nèi)等量 均勻取樣4次，分別測定樣品中酵母菌的數(shù)量和PH，結(jié)果 如表所示 樣品酵母菌數(shù)量（個/mm3）PH 112104.8 28205.4 312103.7 410005.0 （1）表中樣

13、品的取樣先后次序?yàn)? （2）對酵母菌而言，10ml該培養(yǎng)液的環(huán)境負(fù)荷量？ （3）若第5次均勻取樣時，樣品中的酵母菌數(shù)量為760 個/ml3，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是。 課后練習(xí)課后練習(xí)2 2：（一）探究思路：（一）探究思路： （1）設(shè)計對照實(shí)驗(yàn)。為了探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化，該同學(xué) 按下表完成了有關(guān)實(shí)驗(yàn)。按下表完成了有關(guān)實(shí)驗(yàn)。 試管編號培養(yǎng)液/mL無菌水/mL酵母菌母液/mL溫度/ A100.128 B100.15 C100.128 （2 2）酵母菌計數(shù)：）酵母菌計數(shù)： 在對培養(yǎng)液中的酵母菌進(jìn)行計數(shù)時：先將蓋玻片放在計數(shù)室上，用吸管吸取培在對培養(yǎng)液中的酵母菌進(jìn)行計數(shù)時：先將蓋玻片放在計

14、數(shù)室上，用吸管吸取培 養(yǎng)液滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。待酵母菌養(yǎng)液滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。待酵母菌 細(xì)胞全部沉降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在載物臺的中央，計數(shù)一個小方格內(nèi) 的酵母菌數(shù)量。請回答以下問題的酵母菌數(shù)量。請回答以下問題 鏡檢計數(shù)時，遇到正在進(jìn)行出芽生殖的酵母菌時該如何處理？鏡檢計數(shù)時，遇到正在進(jìn)行出芽生殖的酵母菌時該如何處理？ 某同學(xué)用顯微鏡觀察計數(shù)時發(fā)現(xiàn)計數(shù)板一個小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過多，于是某同學(xué)用顯微鏡觀察計數(shù)時發(fā)現(xiàn)計數(shù)板一個小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過多，于是 他對培養(yǎng)液進(jìn)行了稀釋20倍處理：用移液管將ml水移到一清潔試管中，

15、從搖勻的培養(yǎng)試管中取從搖勻的培養(yǎng)試管中取0.1ml0.1ml培養(yǎng)液加入該試管中，混合均勻后再顯微鏡下觀察 計數(shù)。若計數(shù)室為計數(shù)。若計數(shù)室為1mm1mm1mm0.1mm0.1mm方格，由400400個小方格組成，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)計數(shù)個小方格組成，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)計數(shù) 板小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量的平均值為板小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量的平均值為5 5個，那么個，那么10mL10mL培養(yǎng)液中酵母菌的個數(shù)約 為為。 （二）問題探討：（二）問題探討： 請寫出該同學(xué)研究的課題名稱：請寫出該同學(xué)研究的課題名稱：。 用顯微鏡定期測酵母菌種群數(shù)量，結(jié)果僅A A管中第管中第3 3天開始個體數(shù)量迅天開始個體數(shù)量迅 速增加，第5天開始A管中個體數(shù)目

16、達(dá)到最大，實(shí)驗(yàn)至第6天結(jié)束。請將A、 B B、C C三組預(yù)期結(jié)果的走勢圖繪制在坐標(biāo)系中。 試分析C組酵母菌種群數(shù)量變化的原因；。 六、關(guān)于血球計數(shù)板的命題六、關(guān)于血球計數(shù)板的命題 例1 在用血球計數(shù)板（2mm2mm方格）對某一稀釋50倍樣品進(jìn)行計數(shù)時， 發(fā)現(xiàn)在一個方格內(nèi)（蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm）酵母菌平均數(shù)為16， 據(jù)此估算10mL培養(yǎng)液中有酵母菌個。 （參考答案： 2107） 例2 在“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用顯微 鏡觀察計數(shù)，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)血球計數(shù)板的小方格(2 mm2 mm)內(nèi)酵母菌數(shù)量 的平均值為13個。假設(shè)蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1 mm，那么10mL

17、培養(yǎng) 液中酵母菌的個數(shù)約為 A5.2104B3.25105C5.2103D.3.25104 （參考答案：B） 例1例2兩題，均將整個計數(shù)室2mm2mm方格作為實(shí)驗(yàn)計 數(shù)的空間，并按照公式：a/4105（稀釋倍數(shù)）來計算 10mL培養(yǎng)液中的酵母菌的數(shù)量（a為所計數(shù)酵母菌的平均數(shù)）。 與血球計數(shù)板的實(shí)際操作不相符，特別是例2中將2mm2mm的 計數(shù)室當(dāng)成一個小方格了，存在科學(xué)性錯誤。 例例3 3 通常用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌進(jìn)行計數(shù)，通常用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌進(jìn)行計數(shù)， 若計數(shù)室為若計數(shù)室為1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm方格，由方格，由400400個小方格個小方格 組成，如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以計數(shù)，組成，如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以計數(shù)， 應(yīng)先應(yīng)先后再計數(shù)。若多次重復(fù)計數(shù)后，算得后再計數(shù)。若多次重復(fù)計數(shù)后，算得 每個小方格中平均有每個小方格中平均有 5 5個酵母菌，則個酵母菌，則10mL10mL該培養(yǎng)液該培養(yǎng)液 中酵母菌總數(shù)有中酵母菌總數(shù)有個。個。 （參考答案：稀釋；（參考答案：稀釋； 2 210108） 例3設(shè)計了血球計數(shù)板的規(guī)格，還考查了血球 計數(shù)板的使用方法，較例計數(shù)板的使用方法，較例 1例2更科學(xué)合理。根據(jù)公 式：54004001000010000102108。 例4 檢測員將1 mL水樣稀釋10倍后，用抽樣檢測的方法檢測 每毫升藍(lán)藻的