探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的動態(tài)變化

1、浙大附中高二備課組黃路明浙大附中高二備課組黃路明一、教材分析：一、教材分析： “探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的動態(tài)變化探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的動態(tài)變化” ” 是是必修三必修三第四章第二節(jié)第四章第二節(jié)中的一個探究課題。中的一個探究課題。課程標準課程標準關于本節(jié)的具體關于本節(jié)的具體內容標準為內容標準為“嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動”，并，并提出了相應的活動建議即本探究活動。該條內容標準有兩層提出了相應的活動建議即本探究活動。該條內容標準有兩層涵義：其一涵義：其一、“嘗試建立數學模型嘗試建立數學模型”屬模仿性技能目標，旨屬模仿性技能目標，旨在通過原形示范（細

2、菌的數量增長）和具體指導，學生能完在通過原形示范（細菌的數量增長）和具體指導，學生能完成建立數學模型成建立數學模型；其二；其二、“解釋種群的數量變動解釋種群的數量變動”屬理解水屬理解水平的知識目標，旨在把握數學模型（抽象）與種群的數量變平的知識目標，旨在把握數學模型（抽象）與種群的數量變動（具體）之間的內在邏輯聯系。動（具體）之間的內在邏輯聯系。 在這個探究活動中用到了在這個探究活動中用到了4 4個科學方法個科學方法：（：（1 1）數學模型）數學模型法；（法；（2 2）抽樣檢測法；（）抽樣檢測法；（3 3）顯微觀察法；（）顯微觀察法；（4 4）微生物培養(yǎng)）微生物培養(yǎng)法。法。所以是一項有著多方面

3、意義和價值的探究活動。此外，所以是一項有著多方面意義和價值的探究活動。此外，學生通過親自研究一個真實的種群，可加深對種群數量變化學生通過親自研究一個真實的種群，可加深對種群數量變化知識的理解，并且培養(yǎng)收集、整理、分析數據的能力。知識的理解，并且培養(yǎng)收集、整理、分析數據的能力。二、學情分析：二、學情分析： 高二學生具備一定的數學基礎，對數學模型的概高二學生具備一定的數學基礎，對數學模型的概念并不陌生，在生物學的其他內容中學生已能運用數念并不陌生，在生物學的其他內容中學生已能運用數學方法解決生物學中的問題，例如：學方法解決生物學中的問題，例如：溫度、溫度、PHPH對酶活對酶活性影響的曲線；細胞分裂

4、的文字、圖像、曲線的相互性影響的曲線；細胞分裂的文字、圖像、曲線的相互轉換；對遺傳規(guī)律的認識轉換；對遺傳規(guī)律的認識等。教學中可充分利用學生等。教學中可充分利用學生的的前概念前概念，在學生已有知識的基礎上，建構新的知識，在學生已有知識的基礎上，建構新的知識，揭示生物種群數量變化規(guī)律的數學模型揭示生物種群數量變化規(guī)律的數學模型。 高二學生已具備一定的觀察、分析問題的能力及高二學生已具備一定的觀察、分析問題的能力及科學探究能力，喜歡動手實驗，渴望在探究過程中獲科學探究能力，喜歡動手實驗，渴望在探究過程中獲得成功，但得成功，但分析實驗數據的能力分析實驗數據的能力及及解讀圖表的能力解讀圖表的能力還還需提

5、高，教學中應注重這方面的學習和培養(yǎng)。需提高，教學中應注重這方面的學習和培養(yǎng)。三、三、“人教版人教版”與與“浙科版浙科版”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、實驗目標的異同、實驗目標的異同 3 3、酵母菌計數方法的異同、酵母菌計數方法的異同 建議：兩種版本教材內容的相互借鑒有助于我們更好地建議：兩種版本教材內容的相互借鑒有助于我們更好地開展此項探究活動。開展此項探究活動。 人教：一是構建種群增長模型的方法；二是種群數量的變化情況，人教：一是構建種群增長模型的方法；二是種群數量的變化情況，包括包括“J”J”和和“S”S”型曲線、種群數量的波動和下降；三是探

6、究實驗。型曲線、種群數量的波動和下降；三是探究實驗。 浙科版：把探究實驗放在最前面。浙科版：把探究實驗放在最前面。 人教：連續(xù)人教：連續(xù)7 7天實驗，只用血球計數板計數天實驗，只用血球計數板計數 浙科版：實驗持續(xù)兩周，比濁計法每天進行，第浙科版：實驗持續(xù)兩周，比濁計法每天進行，第0 0、第、第1 1、第、第4 4、第、第7 7天天用血球計數板計數用血球計數板計數 對血球計數板的計數方法介紹各有特點。對血球計數板的計數方法介紹各有特點。 人教版實驗目標：人教版實驗目標：（1 1）熟悉探究實驗的一般方法、步驟，培養(yǎng)分析、設計、）熟悉探究實驗的一般方法、步驟，培養(yǎng)分析、設計、實施和完善實驗方案的能力

7、。實施和完善實驗方案的能力。（2 2）探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化，建構種群增長）探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化，建構種群增長的數學模型。的數學模型。（3 3）正確使用顯微鏡、血球計數板等實驗器材。）正確使用顯微鏡、血球計數板等實驗器材。分析：分析： 實驗的實驗的因變量因變量為為酵母菌的種群數量（密度），酵母菌的種群數量（密度），實驗實驗自變量可以是外自變量可以是外界的環(huán)境因素界的環(huán)境因素，如溫度、，如溫度、PHPH值、溶氧量等，值、溶氧量等，也可以是酵母菌自身內在因也可以是酵母菌自身內在因素素，如菌種的差異、接種時間、接種量的多少等。從另一角度看，實驗，如菌種的差異、接種時間、接種量的

8、多少等。從另一角度看，實驗過程中過程中“時間時間”是一個隱藏的變量是一個隱藏的變量，但不管哪種因素對酵母菌種群數量，但不管哪種因素對酵母菌種群數量的影響，都是通過不同時間種群數量的變化體現出來的。所以除建構種的影響，都是通過不同時間種群數量的變化體現出來的。所以除建構種群增長的數學模型這一個目標外，（群增長的數學模型這一個目標外，（1 1）培養(yǎng)設計實驗的能力是人教版）培養(yǎng)設計實驗的能力是人教版在此探究活動中的另一個側重面。在此探究活動中的另一個側重面。浙科版實驗目標：浙科版實驗目標：（1 1）探究酵母菌種群數量隨時間發(fā)生的變化，從而了解在）探究酵母菌種群數量隨時間發(fā)生的變化，從而了解在封閉環(huán)境

9、中酵母菌種群數量的動態(tài)變化規(guī)律。封閉環(huán)境中酵母菌種群數量的動態(tài)變化規(guī)律。（2 2）學習用血細胞計數板進行酵母菌細胞計數的操作方法，）學習用血細胞計數板進行酵母菌細胞計數的操作方法，學習比濁計（或比色計）的使用方法，找出酵母菌細胞數學習比濁計（或比色計）的使用方法，找出酵母菌細胞數量變化與其渾濁度之間的關系。量變化與其渾濁度之間的關系。（3 3）初步嘗試依據測量數據建立數學模型。）初步嘗試依據測量數據建立數學模型。分析：分析： 浙科版此活動安排在本節(jié)開始進行，其主要目的就是建立封閉環(huán)境浙科版此活動安排在本節(jié)開始進行，其主要目的就是建立封閉環(huán)境中酵母菌種群數量的動態(tài)變化規(guī)律數學模型。所以實驗是在一

10、定的環(huán)境中酵母菌種群數量的動態(tài)變化規(guī)律數學模型。所以實驗是在一定的環(huán)境條件下進行的，自變量就是條件下進行的，自變量就是時間時間；因變量；因變量酵母菌的種群數量（密度。酵母菌的種群數量（密度。至于至于對酵母菌種群數量可能產生影響的因素的探究，屬于本實驗的課外對酵母菌種群數量可能產生影響的因素的探究，屬于本實驗的課外延伸，延伸，屬于拓展內容。浙科版的特色在于屬于拓展內容。浙科版的特色在于找出酵母菌細胞數量變化與其找出酵母菌細胞數量變化與其渾濁度之間的關系渾濁度之間的關系。四、重、難點的突破四、重、難點的突破1 1、為什么選用酵、為什么選用酵母菌作為實驗材料母菌作為實驗材料來研究種群數量變來研究種群

11、數量變化？化？2 2、是否明確表格設、是否明確表格設計的要素？計的要素？3 3、為什么用兩個、為什么用兩個樣品？多個行嗎？樣品？多個行嗎？4 4、B B試管的作用？試管的作用？5 5、這次計數的目的？是表格中的第幾天？、這次計數的目的？是表格中的第幾天？6 6、什么是血球計數板？如何使用血球計數板？、什么是血球計數板？如何使用血球計數板？ 血球計數板是一種專門用于計算較大單血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微生物的一種儀器。細胞微生物的一種儀器。 計數時，常采用計數時，常采用抽樣檢測抽樣檢測。 計數器計數器大方格大方格規(guī)格：規(guī)格：2mm2mm0.1mm 或或1mm1mm0.1mm 浙科版默

12、認第一種浙科版默認第一種2516型的計型的計數板數板深度深度大方格大方格規(guī)格規(guī)格1mm1mm0.1mm400小格小格2525161625251616型的計數板型的計數板關于血球計數板的計數方法：關于血球計數板的計數方法： 先將蓋玻片放在計數室上，用吸先將蓋玻片放在計數室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，吸去。稍待片刻，待細菌細胞全部沉待細菌細胞全部沉降降到計數室底部，將計數板放在載物到計數室底部，將計數板放在載物臺的中央，計數一個小方格內的酵母臺的中央，計數一個小方格內的酵母菌

13、數量，再以此為根據，估算試管中菌數量，再以此為根據，估算試管中的酵母菌總數。的酵母菌總數。每個小方格內含有細每個小方格內含有細胞數不宜超過胞數不宜超過1010個個。（人教版）。（人教版） 7 7、如果一個小方格內酵母菌過多難以數清怎么辦？、如果一個小方格內酵母菌過多難以數清怎么辦？8 8、如何稀釋？、如何稀釋？0.1ml0.1ml培養(yǎng)液培養(yǎng)液+0.9ml+0.9ml清水，稀釋了幾倍？如清水，稀釋了幾倍？如果想稀釋果想稀釋2020倍，如何操作？稀釋后試管中的酵母菌數如何倍，如何操作？稀釋后試管中的酵母菌數如何估算？估算？這是什么規(guī)格的計數室內？這是什么規(guī)格的計數室內？看到以下狀態(tài)該如何處理？看到

14、以下狀態(tài)該如何處理？關于關于2mm2mm2mm2mm0.1mm0.1mm， 25251616型計數板的酵母菌型計數板的酵母菌數量計算方法數量計算方法 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，每個中方格又分成中方格，每個中方格又分成1616個小個小方格，供細胞計數用（見圖）。一方格，供細胞計數用（見圖）。一般計數四個角和中央的五個中方格般計數四個角和中央的五個中方格（8080個小方格個小方格）的細胞數。計數重）的細胞數。計數重復復3 3次，取其平均值。計數完畢后，次，取其平均值。計數完畢后，依下列公式計算：依下列公式計算：2516型的計數板型的計數板酵母細胞個數酵母細胞個

15、數mLmL8080個小方格細胞總數個小方格細胞總數/ 80 / 80 40040025002500稀釋倍數稀釋倍數 其實計數室還有另一種規(guī)格：其實計數室還有另一種規(guī)格：16162525型，即大方格內型，即大方格內分為分為1616中格，每一中格又分為中格，每一中格又分為2525小格；但是不管計數室是小格；但是不管計數室是哪一種構造，它們都有一個共同的特點，即每一大方格都哪一種構造，它們都有一個共同的特點，即每一大方格都是由是由161625=2525=2516=40016=400個小方格組成。個小方格組成。16162525型計數板的酵母菌量計算問題：型計數板的酵母菌量計算問題： 抽樣時一般取四角：

16、抽樣時一般取四角：1 1、4 4、1313、1616四個中方格（四個中方格（100100個個小方格）計數。將每一中格放大，可見小方格）計數。將每一中格放大，可見2525個小格。計數重個小格。計數重復復3 3次，取其平均值。計數完畢后，依下列公式計算：次，取其平均值。計數完畢后，依下列公式計算：酵母細胞個數酵母細胞個數mLmL=100=100個小方格細胞總數個小方格細胞總數/ 100 / 100 40040025002500稀釋倍數稀釋倍數前一句話的方格應該指的是小方格，而后一句話中的前一句話的方格應該指的是小方格，而后一句話中的方格則指大方格，兩者之間存在方格則指大方格，兩者之間存在40040

17、0倍的關系。這是倍的關系。這是教材敘述上的一個漏洞。教材敘述上的一個漏洞。9 9、什么目的？、什么目的？1010、屬于表中第幾天的操作？、屬于表中第幾天的操作？1111、為什么整個、為什么整個實驗中只選擇實驗中只選擇4 4天（每隔兩天）天（每隔兩天）用血球計數板計用血球計數板計數？數？活菌數活菌數1212、在一張新的坐標紙上畫直角坐標，以培養(yǎng)天數為橫坐、在一張新的坐標紙上畫直角坐標，以培養(yǎng)天數為橫坐標，以酵母菌數的對數為縱坐標，依據實驗所得數據，畫標，以酵母菌數的對數為縱坐標，依據實驗所得數據，畫出曲線圖，你搜集的實驗數據與實驗前你的預測結果是否出曲線圖，你搜集的實驗數據與實驗前你的預測結果是

18、否一致？如何解釋畫出的曲線？一致？如何解釋畫出的曲線？五、探究活動的延伸五、探究活動的延伸1313、影響酵母種群增長的因素可能是什么？、影響酵母種群增長的因素可能是什么？1414、你如何設計實驗來驗證你的猜想？、你如何設計實驗來驗證你的猜想？ 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在因素，如菌種的差異、接種時間、接種量的多少等。比如：設計實驗比如：設計實驗A A組為實驗組，裝培養(yǎng)液組為實驗組，裝培養(yǎng)液10 mL10 mL，酵母菌母液，酵母菌母液0.1mL,0.1mL,環(huán)境環(huán)境溫度溫度2828。B B組裝培養(yǎng)液組裝培養(yǎng)液10 mL10 mL，酵母菌母液，酵母菌母液0

19、.1mL,0.1mL,環(huán)境溫度環(huán)境溫度55，與與A A組形成溫度條件對照組形成溫度條件對照。C C組不裝培養(yǎng)液，只裝無菌水組不裝培養(yǎng)液，只裝無菌水10mL,10mL,酵母菌母液酵母菌母液0.1mL,0.1mL,環(huán)環(huán)境溫度境溫度2828，與與A A組形成營養(yǎng)條件對照組形成營養(yǎng)條件對照。課后練習課后練習1 1：在研究：在研究“酵母菌種群數量變化酵母菌種群數量變化”的實驗中，的實驗中，將將10ml10ml酵母液放在適宜溫度下培養(yǎng)，并于不同時間內等量酵母液放在適宜溫度下培養(yǎng)，并于不同時間內等量均勻取樣均勻取樣4 4次，分別測定樣品中酵母菌的數量和次，分別測定樣品中酵母菌的數量和PHPH，結果，結果如表

20、所示如表所示樣品酵母菌數量（個/mm3 3）PH112104.828205.4312103.7410005.0（1 1）表中樣品的取樣先后次序為）表中樣品的取樣先后次序為 . .（2 2）對酵母菌而言，）對酵母菌而言，10ml10ml該培養(yǎng)液的環(huán)境負荷量？該培養(yǎng)液的環(huán)境負荷量？（3 3）若第）若第5 5次均勻取樣時，樣品中的酵母菌數量為次均勻取樣時，樣品中的酵母菌數量為760760個個/ml/ml3 3，產生這一結果的原因是，產生這一結果的原因是 。課后練習課后練習2 2：（一）探究思路：（一）探究思路： （1 1）設計對照實驗。為了探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的動態(tài)變化，該同學）設計對照實驗。

21、為了探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的動態(tài)變化，該同學按下表完成了有關實驗。按下表完成了有關實驗。試管編號試管編號培養(yǎng)液培養(yǎng)液/mL/mL無菌水無菌水/mL/mL酵母菌母液酵母菌母液/mL/mL溫度溫度/A A10100.10.12828B B10100.10.15 5C C10100.10.12828（2 2）酵母菌計數：）酵母菌計數：在對培養(yǎng)液中的酵母菌進行計數時：先將蓋玻片放在計數室上，用吸管吸取培在對培養(yǎng)液中的酵母菌進行計數時：先將蓋玻片放在計數室上，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

22、酵母菌細胞全部沉降到計數室底部，將計數板放在載物臺的中央，計數一個小方格內細胞全部沉降到計數室底部，將計數板放在載物臺的中央，計數一個小方格內的酵母菌數量。請回答以下問題的酵母菌數量。請回答以下問題鏡檢計數時，遇到正在進行出芽生殖的酵母菌時該如何處理？鏡檢計數時，遇到正在進行出芽生殖的酵母菌時該如何處理？某同學用顯微鏡觀察計數時發(fā)現計數板一個小方格內酵母菌數量過多，于是某同學用顯微鏡觀察計數時發(fā)現計數板一個小方格內酵母菌數量過多，于是他對培養(yǎng)液進行了稀釋他對培養(yǎng)液進行了稀釋2020倍處理：用移液管將倍處理：用移液管將 mlml水移到一清潔試管中，水移到一清潔試管中，從搖勻的培養(yǎng)試管中取從搖勻的

23、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培養(yǎng)液加入該試管中，混合均勻后再顯微鏡下觀察計數。計數。若計數室為若計數室為1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm方格，由方格，由400400個小方格組成，個小方格組成，統(tǒng)計發(fā)現計數統(tǒng)計發(fā)現計數板小方格內酵母菌數量的平均值為板小方格內酵母菌數量的平均值為5 5個，那么個，那么10mL10mL培養(yǎng)液中酵母菌的個數約培養(yǎng)液中酵母菌的個數約為為 。 （二）問題探討：（二）問題探討： 請寫出該同學研究的課題名稱：請寫出該同學研究的課題名稱： 。 用顯微鏡定期測酵母菌種群數量，結果僅用顯微鏡定期測酵母菌種群數量，結果僅A

24、A管中第管中第3 3天開始個體數量迅天開始個體數量迅速增加，第速增加，第5 5天開始天開始A A管中個體數目達到最大，實驗至第管中個體數目達到最大，實驗至第6 6天結束。請將天結束。請將A A、B B、C C三組預期結果的走勢圖繪制在坐標系中。三組預期結果的走勢圖繪制在坐標系中。 試分析試分析C C組酵母菌種群數量變化的原因；組酵母菌種群數量變化的原因； 。六、關于血球計數板的命題六、關于血球計數板的命題例例1 1 在用血球計數板（在用血球計數板（2mm2mm2mm2mm方格）對某一稀釋方格）對某一稀釋5050倍樣品進行計數時，倍樣品進行計數時，發(fā)現發(fā)現在在一個方格內一個方格內（蓋玻片下的培養(yǎng)

25、液厚度為（蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm0.1mm）酵母菌平均數為酵母菌平均數為1616，據此估算據此估算10mL10mL培養(yǎng)液中有酵母菌培養(yǎng)液中有酵母菌 個。個。（參考答案：（參考答案： 2 210107 7）例例2 2 在在“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化”實驗中，某同學用顯微鏡實驗中，某同學用顯微鏡觀察計數，統(tǒng)計發(fā)現血球計數板的觀察計數，統(tǒng)計發(fā)現血球計數板的小方格小方格(2 mm(2 mm2 mm)2 mm)內酵母菌數量的內酵母菌數量的平均值為平均值為1313個。假設蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為個。假設蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1 mm0.1 mm，那么，那

26、么10mL10mL培養(yǎng)液培養(yǎng)液中酵母菌的個數約為中酵母菌的個數約為 A A5.25.210104 4 B B3.253.2510105 5 C C5.25.210103 3 D.3.25 D.3.2510104 4 （參考答案：（參考答案：B B） 例例1 1例例2 2兩題，均將整個計數室兩題，均將整個計數室2mm2mm2mm2mm方格作為實驗計方格作為實驗計數的空間，并按照公式：數的空間，并按照公式：a/4a/410105 5（稀釋倍數）來計算稀釋倍數）來計算10mL10mL培養(yǎng)液中的酵母菌的數量（培養(yǎng)液中的酵母菌的數量（a a為所計數酵母菌的平均數）。為所計數酵母菌的平均數）。與血球計數板的實際操作不相符，特別是例與血球計數板的實際操作不相符，特別是例2 2中將中將2mm2mm2mm2mm的的計數室當成一個小方格了，存在科學性錯誤。計數室當成一個小方格了，存在科學性錯誤。例例3 3 通常用血球計數板對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數，通常用血球計數板對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數，若計數室為若計數室為1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm方格，由方格，由400400個小方格個小方格組成，如果一個小方格內酵母菌過多，難以計數，組成