探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化試驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、 一、設(shè)計(jì)思路探究實(shí)驗(yàn)“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”，旨在讓學(xué)生通過對(duì)培養(yǎng)液中酵母 教材中提出的問題是：培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？教師也可以 進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生，依據(jù)所學(xué)知識(shí)，分析酵母菌生長的條件與種群數(shù)量增長之間的關(guān)系，提出探究的問題。例如，在不同溫度（以及通氧、通 CO2 等）條 同培養(yǎng)液（如加糖和不加糖）中酵母菌種群數(shù)量增長的情況如何？等等?？茖W(xué)研究始于問題。作出假設(shè)可以使科學(xué)研究更有針對(duì)性，而不是盲目搜集資料進(jìn)行 學(xué)生積極大膽地提出假設(shè)，但同時(shí)，教師應(yīng)提出“合理提出假設(shè)”的要求，要圍繞問題，根這是開展探究活動(dòng)的重要內(nèi)容之一，也是本課時(shí)重點(diǎn)突破。通過探討能使學(xué)生明白實(shí)

2、驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理，在具體操作時(shí)做到心中有數(shù)本實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長（ 7 天），因此事前一定要做好周密的計(jì)劃，定程序、定時(shí)間、定人5.實(shí)施計(jì)劃學(xué)生分小組，按計(jì)劃中確定的工作流程，課后認(rèn)真操作，做好實(shí)驗(yàn)記錄。6.分析結(jié)構(gòu)，得出結(jié)論將記錄的數(shù)據(jù)用曲線圖表示出來，討論分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與假設(shè)是否一致。教師利用課二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”是人教版必修 3 第四章第二節(jié)中的一個(gè)探究活動(dòng)。教材編排順序上一是構(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(dòng)和下降；三是探究實(shí)驗(yàn)。在學(xué)習(xí)“種群的增長方式” 利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板對(duì)培養(yǎng)液中的酵母菌細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，

3、推導(dǎo)細(xì)胞總數(shù)的計(jì)算公式 ,顯微鏡的使用等等，所以是一項(xiàng)有著多方面意義和價(jià)值的探究活動(dòng)。此外，學(xué)生通過親自研究一個(gè)真實(shí)的種群，可加深對(duì)種群數(shù)量變化知識(shí)的理解，并且培養(yǎng)收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力。三、學(xué)情分析高中學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)模型（曲線）的概念并不陌生，學(xué)生對(duì)運(yùn)用數(shù)學(xué)解決生物學(xué)中的問題 作出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)探究、得到數(shù)據(jù)并繪制曲線、驗(yàn)證假設(shè)、得出正確結(jié)論這一科學(xué)探究的過程解決學(xué)生遇到的科學(xué)問題。在之前開展的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng) 中，學(xué)生已經(jīng)對(duì)探究的一般過程有所體驗(yàn)，但如何設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操 1. 知識(shí)目標(biāo)：探究酵母菌種群數(shù)量隨時(shí)間發(fā)生的變化 ,從而了解在封閉的環(huán)境中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，

4、找出酵母菌細(xì)胞數(shù)量變化與其培養(yǎng)條件之間的關(guān)系。2. 技能目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)使用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板進(jìn)行酵母菌細(xì)胞計(jì)數(shù)的操作，提高學(xué)生的動(dòng) 3. 情感目標(biāo)：通過本次探究活動(dòng)使學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，掌握科學(xué)探究的一般過程， 養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)的能力。五、教學(xué)重點(diǎn)1.嘗試建立酵母菌種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型2.解釋種群的數(shù)量變動(dòng)六、教學(xué)難點(diǎn)學(xué)生對(duì)培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量進(jìn)行連續(xù) 7 天的觀察和統(tǒng)計(jì)，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)繪制酵 七、教學(xué)方法分組教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作評(píng)價(jià)八、課前準(zhǔn)備 a. 了解酵母菌：酵母菌是一種既能進(jìn)行出芽生殖又能進(jìn)行有性生殖的單細(xì)胞真核生33 氧氣充足的環(huán)境中主要以出芽生殖的方式快速增殖

5、，大約每 1.5 2 小時(shí)增殖一代。由于酵母菌的生長周期短，增殖速度快，是研究種群數(shù)量的增長規(guī)律以及種群內(nèi)部和外 部因素對(duì)種群個(gè)體數(shù)量影響的良好實(shí)驗(yàn)材料。酵母菌的種類很多，來源豐富，最簡單的方法是使用食品類商店出售的用于發(fā)面或制酒的高活性干酵母作為菌種。 血細(xì)胞計(jì)數(shù)板是一種專門用于計(jì)算較大單細(xì)胞微生物的一種儀器，它的規(guī)格有兩種， 0.05mm 面積為 0.0025mm, 蓋上蓋玻片后，載玻片和蓋玻片之間的高度為 0.1mm 所以 c. 推導(dǎo)酵母菌細(xì)胞總數(shù)計(jì)算公式 : x 稀釋倍數(shù)。試管內(nèi)酵母菌細(xì)胞總數(shù)二每 ml 酵母菌細(xì)胞個(gè)數(shù) x10 材料：酵母菌貯用培養(yǎng)液，無菌葡萄糖溶液，無菌水。用具：血細(xì)

6、胞計(jì)數(shù)板，蓋玻片，有螺旋蓋的試管，滴管，移液管（移液槍），試管架，記號(hào)筆，直尺，坐標(biāo)紙，顯微鏡。九、教學(xué)流程圖2?作出假設(shè)5?實(shí)施計(jì)劃（課后）示出來，分析結(jié)果，得出6.分析結(jié)果，得出結(jié)論將記錄的數(shù)據(jù)用曲線圖表程在封閉的環(huán)境中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？養(yǎng)分會(huì)影響酵母菌種群的酵母困種群的數(shù)量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而呈 S型增長，或酵母菌種群的數(shù)量隨培養(yǎng)時(shí)間的 學(xué)生小組內(nèi)部選題、討論、全班交流、其他針對(duì)學(xué)生種假設(shè)，教激發(fā)學(xué)生對(duì)酵母菌種群數(shù)量變化的好 請(qǐng)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)的影響因素序，并設(shè)計(jì)記錄實(shí) 時(shí)間用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板對(duì)一定量的酵母菌貯用培養(yǎng)液進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)。將數(shù)據(jù)記錄在類似 (3) 數(shù)據(jù)處理，建立數(shù)學(xué)模型

7、 (畫坐標(biāo)曲線 ) 有哪些？如得的數(shù)據(jù)最接近真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的學(xué)生分組制定適當(dāng)指導(dǎo)確定小組77 圖時(shí)間/h程 ABC 完成分裝、滅困、接種、培養(yǎng) 0(1)配制馬鈴者匍萄糖培養(yǎng)基(2)分裝 (指 按照制定計(jì)劃設(shè)置樣品 不易分辨，吸取的樣液應(yīng)當(dāng)稀釋。方指導(dǎo)學(xué)生配制計(jì) 數(shù)測(cè)量用的樣 移入試管里并充分混勻，使原培養(yǎng)液指導(dǎo)學(xué)生正確使 用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板對(duì)樣品溶液中的 會(huì)使用血 數(shù)量隨時(shí)間變化曲線和酵母菌細(xì) 胞數(shù)量變化與生長條件之間的關(guān)指導(dǎo)學(xué)生正確 估算樣品中細(xì)胞總數(shù)，指導(dǎo)學(xué) 生建構(gòu)坐標(biāo)系 2?作出假設(shè) 探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化 6. 分析結(jié)構(gòu)，得出結(jié)論十一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)原理釀酒和做面包都需要酵母菌。這

8、些酵母菌可以用液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）來培養(yǎng)。培養(yǎng)液中酵母菌種群的增長情況，與發(fā)酵食品的制作有密切關(guān)系。 3 、依據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，使學(xué)生具備初步探究一些生物學(xué)問題、恰當(dāng)評(píng)價(jià)和完善實(shí)驗(yàn)方案的能力。 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 解釋種群數(shù)量的波動(dòng)類型及其原因，指出影響種群數(shù)量變動(dòng)的因素 正確使用顯微鏡、血球計(jì)數(shù)板等實(shí)驗(yàn)器材解決實(shí)驗(yàn)問題 明確探究實(shí)驗(yàn)的一般步驟并能恰當(dāng)評(píng)價(jià)和完善實(shí)驗(yàn)方案材料用具探究所需要的菌種、無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血球計(jì)數(shù)板（ 2mmx x二、作出假設(shè) 三、討論探究思路在制訂計(jì)劃前，需要思考以下問題，并與同學(xué)討論。提示：對(duì)一支試管中的培養(yǎng)液（可定

9、這 10mL ）中的酵母菌逐個(gè)計(jì)數(shù)是非常困難遙，可以采用抽樣檢測(cè)的方法：先將蓋玻片放在計(jì)數(shù)室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，主培養(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(jì)數(shù)室底部， 將計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)的中央，計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中 蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為 0.1mm ,請(qǐng)推導(dǎo)出將一個(gè)小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)，換算成 3 、本探究需要設(shè)置對(duì)照嗎？如果需要，請(qǐng)討論對(duì)照應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)和操作；如果不需要，請(qǐng) 在小組討論的基礎(chǔ)上，寫出探究方案，方法步驟應(yīng)當(dāng)具體，并且是可操作的。確定小組同學(xué)間的分工。向老師匯報(bào)本小組的探究計(jì)劃，以求得老師的指導(dǎo)。五

10、、實(shí)施計(jì)劃首先通過顯微鏡觀察，估算出 10mL 培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量（ No） ,在此之后連續(xù) 六、分析結(jié)果，得出結(jié)論將所得數(shù)值曲線圖表示出來，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否支持你所做的假設(shè)。1 向全班匯報(bào)本小組 7 天的數(shù)據(jù)，算出每一天全班各組數(shù)據(jù)的平均值，根據(jù)平均值重新 2 根據(jù)各鄉(xiāng)各組平均數(shù)據(jù)畫出的增長曲線有沒有什么總趨勢(shì)？如果有，請(qǐng) 1 ?在探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量變化”的實(shí)驗(yàn)中，某學(xué)生的部分實(shí)驗(yàn)操作過程是這樣的：從靜置試管中吸取酵母菌培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)；把酵母菌培養(yǎng)液放置在冰箱中；第七天再取樣計(jì)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析繪成曲2 ?為探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化，某研究性學(xué)習(xí)小

11、組按表一完成了有關(guān)實(shí)驗(yàn)，并定期對(duì)培養(yǎng)液中的酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)，繪制出酵母菌細(xì)胞數(shù)目變化曲線圖。請(qǐng)回答：表一：為了探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化，某同學(xué)按下表完成了有關(guān)實(shí)驗(yàn)。試管編號(hào)ABC培養(yǎng)液/mL 酵母菌母液 /mL溫度/ C5M申噩 （3）為什么在接種、培養(yǎng)和計(jì)數(shù)的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，要遵守?zé)o菌操作規(guī)范 ?（4） A 組培養(yǎng)液中酵母菌第的增長率最大；第 3 天后 A 組培養(yǎng)液中 （7）在該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)你對(duì)影響酵母菌種群生長的因素的推測(cè)，進(jìn)一十四、探究能力表現(xiàn)評(píng)價(jià)表 程進(jìn)行假設(shè)評(píng)價(jià)內(nèi)容 2 、能否利用身邊的材料設(shè)計(jì)探究假設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案，包括設(shè) 價(jià)評(píng)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn) 3、能否按照實(shí)驗(yàn)計(jì)劃準(zhǔn)

12、備實(shí)驗(yàn)材料，在步驟地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證軼事記錄評(píng)價(jià)與建 議4、能否按照實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范要求完成實(shí)驗(yàn) 8 能否在探究活動(dòng)中與他人合作交流十五、教學(xué)反思探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”是生物新課標(biāo)模塊三活動(dòng)建議中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生有較強(qiáng)的顯微鏡的操作技能，進(jìn)行一周乃至數(shù)周的耐心觀察，了解酵母菌種群數(shù)量變化的規(guī)律及其產(chǎn)生原因。實(shí)驗(yàn)的實(shí)施對(duì)于不少中學(xué)實(shí)驗(yàn)室來說，硬件條件的限制是開設(shè)本實(shí)驗(yàn)最大的難點(diǎn)。其次，實(shí)驗(yàn)的開放性，雖然為師生提供了廣闊的探究空間，但在實(shí)踐中也導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的把握偏差，致使大量時(shí)間精力投入后，實(shí)驗(yàn)效益很低?；诖斯P者結(jié)合自身體會(huì)提出建議如下：結(jié)合實(shí)驗(yàn)標(biāo)題，本實(shí)驗(yàn)類型為探究性實(shí)驗(yàn)，因

13、變量為酵母菌的種群數(shù)量（密度），實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵要素一一變量在標(biāo)題中未提及。因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的第一步需要實(shí)驗(yàn)者明確實(shí)驗(yàn)變量。 如菌種的差異、接種時(shí)間、接種量的多少等。從另一個(gè)角度看，實(shí)驗(yàn)過程中時(shí)間”是一個(gè)隱藏的變量，即不管哪種因素對(duì)酵母菌種群數(shù)量的影響，都是通過不同時(shí)間種群數(shù)量的變化體血球計(jì)數(shù)板的使用對(duì)于高中生來說是難點(diǎn)，但并不是本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。血球計(jì)數(shù)板是一種實(shí)驗(yàn)者量化酵母菌種群密度的顯微計(jì)數(shù)工具，了解基本原理，能進(jìn)行計(jì)數(shù)操作即可。況且在實(shí)際科研工作中，血球計(jì)數(shù)板的替代品一一應(yīng)用電阻法和比色法原理A 馬骨倉培養(yǎng)液A 馬骨倉培養(yǎng)液 25-CF 馬鈴磬壇 養(yǎng)液勺喙葡萄糖 25 貯 佔(zhàn) f 設(shè)計(jì)的全自動(dòng)細(xì)胞

14、計(jì)數(shù)器已經(jīng)出現(xiàn)。少數(shù)學(xué)校在開設(shè)本實(shí)驗(yàn)時(shí)，只用一節(jié)課在實(shí)驗(yàn)室講解血球計(jì)數(shù)板的原理并由學(xué)生操作計(jì)數(shù)，就草草結(jié)束。這種安排說明實(shí)驗(yàn)者目的不清，本末倒置。筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?，認(rèn)識(shí)在有限條件下，酵母菌的種群數(shù)量變化模式；通過記錄分析數(shù)據(jù)，建立并運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解釋酵母菌的種群數(shù)量變化；體實(shí)驗(yàn)所用材料是酵母菌。凡是單細(xì)胞世代時(shí)間較長，以出芽方式進(jìn)行無性繁殖的低等真菌，都可以稱為酵母菌。這就決定酵母菌之間存在差異，充滿個(gè)性。以最適培養(yǎng)溫度為例一 ） ， ）， 可能是因?yàn)榫N不同造成的差異。這也告訴我們，如果沒有菌種提供商提供的詳細(xì)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)者就必需在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，了解所用酵母菌的個(gè)性。 進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，記錄每

15、1mL 培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量結(jié)果如下：（單位：百萬 /mL ） HYPERLINK l _bookmark1 HYPERLINK l _bookmark2 47.3 44.1 25 4 排除學(xué)生不熟悉操作出現(xiàn)的明顯偏差外，我們?nèi)钥梢钥闯?，?D四組可知，營養(yǎng)物質(zhì)對(duì)酵母菌的影響不明顯，后來了解到廠家為保持酵母菌的活性在產(chǎn)品中加入蜂蜜、蔗糖等營養(yǎng)物質(zhì)。如需探究營養(yǎng)對(duì)酵母菌種群數(shù)量的影響，應(yīng)在蒸餾水中擴(kuò)大培 實(shí)驗(yàn)中可采用脫脂紗布代替普通棉花制作棉塞，增加透氣性，促進(jìn)酵母菌的有氧呼吸。 培養(yǎng)過程中要定期打開培養(yǎng)箱的門，震蕩試管，也是出于供氧的需要；配制馬鈴薯培養(yǎng)液時(shí)， 應(yīng)用雙層紗布充分過濾，避免淀粉

16、顆粒形成沉淀影響計(jì)數(shù)；為了避免學(xué)生多次取樣造成培養(yǎng)液污染，可采取多支試管分別培養(yǎng)，每管只取樣一次；接種時(shí)，在無菌條件下，向試管 10mL 培養(yǎng)液中接入 O.ImL 酵母菌母液，沒有微量移 液器的實(shí)驗(yàn)室完成操作難度很大。接種量不等會(huì)造成各試管中的初始酵母菌數(shù)量差異，預(yù)實(shí)驗(yàn)初期計(jì)數(shù)結(jié)果的差異就是這個(gè)原因造成的?？蓪⒎盅b后接種，調(diào)整為先接種，再分裝。即向 500mL 錐形瓶中接入 5mL 酵母菌母液，充分搖勻后分裝，即使分裝到各試管中的培養(yǎng)液體積不完全相同，也不會(huì)對(duì)酵母菌種群密度造成誤差，也降低了操作難度；接種、分裝操作均是在無菌條件下，對(duì)液體進(jìn)行定量操作。移液管操作難度較大，筆者推薦使用醫(yī)用注射器

17、定量轉(zhuǎn)移溶液，一次性注射器不需滅菌，也減少了污染機(jī)會(huì)，便于對(duì)液體進(jìn)行定量操作，能有效避免對(duì)容器口部的污染，且推注過程還可以起到震蕩混勻的作用；為避免清洗時(shí)殘留水跡影響計(jì)量結(jié)果，清洗后的計(jì)數(shù)板 要自然干燥或用濾紙吸干水跡后，才能再使用，間隔時(shí)間較長，建議加樣時(shí)應(yīng)對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)區(qū)探究實(shí)驗(yàn)是開放的，但也要求實(shí)驗(yàn)者對(duì)所做實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵操作和可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象大致有數(shù)。決定本實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵之一是接種量。如果接種量較大已經(jīng)接近 K 值，就觀察不到酵母菌種群的明顯增長過程，實(shí)驗(yàn)失去意義。如果接種量過小，培養(yǎng)液易被霉菌污染，而且培養(yǎng)周期延長。對(duì)接種量的控制主要在活化、接種這兩個(gè)操作中實(shí)現(xiàn)。預(yù)實(shí)驗(yàn)活化酵母菌 結(jié)果來看，初始酵母菌數(shù)量與 K 值為同一數(shù)量級(jí)，種群增長特征不 決定計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度的關(guān)鍵是對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)稀釋標(biāo)準(zhǔn)的把握。一般來說每小格中的酵母菌的個(gè)數(shù) 510 為宜，多于 10 個(gè)則應(yīng)稀釋一次”。當(dāng)視野中酵母菌數(shù)量過多時(shí)，可能會(huì)有重疊，計(jì)數(shù)量大造成誤差。但如果隨意稀釋也會(huì)人為制造誤差。以一個(gè)分布了 177 個(gè)酵 差的可能增大。雖然在低倍鏡視野中已經(jīng)可以看清酵母菌的數(shù)目和形態(tài)，但仍建議在高倍鏡下進(jìn)行計(jì)數(shù)，以減少不必要的稀釋。稀釋也應(yīng)結(jié)合初測(cè)結(jié)果，選擇選擇 5 倍或 10 倍。很多偉大的發(fā)現(xiàn)源于實(shí)驗(yàn)過程中的意外”，實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)中也時(shí)常靈光閃現(xiàn)。學(xué)生在了解基本原理和操作以后，經(jīng)過