探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化試驗教學設(shè)計

1、 一、設(shè)計思路探究實驗“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”，旨在讓學生通過對培養(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)量是怎樣隨時間變化的？教師也可以 進一步引導學生，依據(jù)所學知識，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。科學研究始于問題。作出假設(shè)可以使科學研究更有針對性，而不是盲目搜集資料進行 學生積極大膽地提出假設(shè)，但同時，教師應提出“合理提出假設(shè)”的要求，要圍繞問題，根這是開展探究活動的重要內(nèi)容之一，也是本課時重點突破。通過探討能使學生明白實

2、驗設(shè)計的基本原理，在具體操作時做到心中有數(shù)本實驗時間較長（ 7 天），因此事前一定要做好周密的計劃，定程序、定時間、定人5.實施計劃學生分小組，按計劃中確定的工作流程，課后認真操作，做好實驗記錄。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，討論分析實驗的結(jié)果與假設(shè)是否一致。教師利用課二、實驗內(nèi)容分析“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”是人教版必修 3 第四章第二節(jié)中的一個探究活動。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)量的波動和下降；三是探究實驗。在學習“種群的增長方式” 利用血細胞計數(shù)板對培養(yǎng)液中的酵母菌細胞進行計數(shù)，

3、推導細胞總數(shù)的計算公式 ,顯微鏡的使用等等，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(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。三、學情分析高中學生對數(shù)學模型（曲線）的概念并不陌生，學生對運用數(shù)學解決生物學中的問題 作出假設(shè)、實驗探究、得到數(shù)據(jù)并繪制曲線、驗證假設(shè)、得出正確結(jié)論這一科學探究的過程解決學生遇到的科學問題。在之前開展的研究性學習活動 中，學生已經(jīng)對探究的一般過程有所體驗，但如何設(shè)計嚴謹?shù)膶嶒灧桨福M行規(guī)范的實驗操 1. 知識目標：探究酵母菌種群數(shù)量隨時間發(fā)生的變化 ,從而了解在封閉的環(huán)境中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化規(guī)律，

4、找出酵母菌細胞數(shù)量變化與其培養(yǎng)條件之間的關(guān)系。2. 技能目標：通過學習使用血細胞計數(shù)板進行酵母菌細胞計數(shù)的操作，提高學生的動 3. 情感目標：通過本次探究活動使學生理解科學的本質(zhì)，掌握科學探究的一般過程， 養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)學生小組合作學習的能力。五、教學重點1.嘗試建立酵母菌種群數(shù)量變化的數(shù)學模型2.解釋種群的數(shù)量變動六、教學難點學生對培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量進行連續(xù) 7 天的觀察和統(tǒng)計，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)繪制酵 七、教學方法分組教學實驗設(shè)計操作評價八、課前準備 a. 了解酵母菌：酵母菌是一種既能進行出芽生殖又能進行有性生殖的單細胞真核生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 部因素對種群個體數(shù)量影響的良好實驗材料。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。 血細胞計數(shù)板是一種專門用于計算較大單細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. 推導酵母菌細胞總數(shù)計算公式 : x 稀釋倍數(shù)。試管內(nèi)酵母菌細胞總數(shù)二每 ml 酵母菌細胞個數(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

6、胞計數(shù)板，蓋玻片，有螺旋蓋的試管，滴管，移液管（移液槍），試管架，記號筆，直尺，坐標紙，顯微鏡。九、教學流程圖2?作出假設(shè)5?實施計劃（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)量是怎樣隨時間變化的？養(yǎng)分會影響酵母菌種群的酵母困種群的數(shù)量隨培養(yǎng)時間的延長而呈 S型增長，或酵母菌種群的數(shù)量隨培養(yǎng)時間的 學生小組內(nèi)部選題、討論、全班交流、其他針對學生種假設(shè)，教激發(fā)學生對酵母菌種群數(shù)量變化的好 請學生思考實驗的影響因素序，并設(shè)計記錄實 時間用血細胞計數(shù)板對一定量的酵母菌貯用培養(yǎng)液進行細胞計數(shù)。將數(shù)據(jù)記錄在類似 (3) 數(shù)據(jù)處理，建立數(shù)學模型

7、 (畫坐標曲線 ) 有哪些？如得的數(shù)據(jù)最接近真實驗數(shù)據(jù)的學生分組制定適當指導確定小組77 圖時間/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 按照制定計劃設(shè)置樣品 不易分辨，吸取的樣液應當稀釋。方指導學生配制計 數(shù)測量用的樣 移入試管里并充分混勻，使原培養(yǎng)液指導學生正確使 用血細胞計數(shù)板對樣品溶液中的 會使用血 數(shù)量隨時間變化曲線和酵母菌細 胞數(shù)量變化與生長條件之間的關(guān)指導學生正確 估算樣品中細胞總數(shù)，指導學 生建構(gòu)坐標系 2?作出假設(shè) 探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化 6. 分析結(jié)構(gòu)，得出結(jié)論十一、實驗報告實驗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)實驗要求，使學生具備初步探究一些生物學問題、恰當評價和完善實驗方案的能力。 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)學模型 解釋種群數(shù)量的波動類型及其原因，指出影響種群數(shù)量變動的因素 正確使用顯微鏡、血球計數(shù)板等實驗器材解決實驗問題 明確探究實驗的一般步驟并能恰當評價和完善實驗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、血球計數(shù)板（ 2mmx x二、作出假設(shè) 三、討論探究思路在制訂計劃前，需要思考以下問題，并與同學討論。提示：對一支試管中的培養(yǎng)液（可定

9、這 10mL ）中的酵母菌逐個計數(shù)是非常困難遙，可以采用抽樣檢測的方法：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，主培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，待細菌細胞全部沉降到計數(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，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 ,請推導出將一個小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)，換算成 3 、本探究需要設(shè)置對照嗎？如果需要，請討論對照應怎樣設(shè)計和操作；如果不需要，請 在小組討論的基礎(chǔ)上，寫出探究方案，方法步驟應當具體，并且是可操作的。確定小組同學間的分工。向老師匯報本小組的探究計劃，以求得老師的指導。五

10、、實施計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，分析實驗結(jié)果是否支持你所做的假設(shè)。1 向全班匯報本小組 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？如果有，請 1 ?在探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量變化”的實驗中，某學生的部分實驗操作過程是這樣的：從靜置試管中吸取酵母菌培養(yǎng)液進行計數(shù)，記錄數(shù)據(jù)；把酵母菌培養(yǎng)液放置在冰箱中；第七天再取樣計數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析繪成曲2 ?為探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化，某研究性學習小

11、組按表一完成了有關(guān)實驗，并定期對培養(yǎng)液中的酵母菌進行計數(shù)，繪制出酵母菌細胞數(shù)目變化曲線圖。請回答：表一：為了探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化，某同學按下表完成了有關(guān)實驗。試管編號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)和計數(shù)的整個實驗過程中，要遵守無菌操作規(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）在該實驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)你對影響酵母菌種群生長的因素的推測，進一十四、探究能力表現(xiàn)評價表 程進行假設(shè)評價內(nèi)容 2 、能否利用身邊的材料設(shè)計探究假設(shè)的實驗方案，包括設(shè) 價評計對照實驗實驗與驗 3、能否按照實驗計劃準

12、備實驗材料，在步驟地進行實驗證軼事記錄評價與建 議4、能否按照實驗操作的規(guī)范要求完成實驗 8 能否在探究活動中與他人合作交流十五、教學反思探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”是生物新課標模塊三活動建議中的一個實驗。實驗要求學生有較強的顯微鏡的操作技能，進行一周乃至數(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。實驗的實施對于不少中學實驗室來說，硬件條件的限制是開設(shè)本實驗最大的難點。其次，實驗的開放性，雖然為師生提供了廣闊的探究空間，但在實踐中也導致了實驗目標的把握偏差，致使大量時間精力投入后，實驗效益很低?；诖斯P者結(jié)合自身體會提出建議如下：結(jié)合實驗標題，本實驗類型為探究性實驗，因

13、變量為酵母菌的種群數(shù)量（密度），實驗的關(guān)鍵要素一一變量在標題中未提及。因此，實驗設(shè)計的第一步需要實驗者明確實驗變量。 如菌種的差異、接種時間、接種量的多少等。從另一個角度看，實驗過程中時間”是一個隱藏的變量，即不管哪種因素對酵母菌種群數(shù)量的影響，都是通過不同時間種群數(shù)量的變化體血球計數(shù)板的使用對于高中生來說是難點，但并不是本實驗的重點。血球計數(shù)板是一種實驗者量化酵母菌種群密度的顯微計數(shù)工具，了解基本原理，能進行計數(shù)操作即可。況且在實際科研工作中，血球計數(shù)板的替代品一一應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 f 設(shè)計的全自動細胞

14、計數(shù)器已經(jīng)出現(xiàn)。少數(shù)學校在開設(shè)本實驗時，只用一節(jié)課在實驗室講解血球計數(shù)板的原理并由學生操作計數(shù)，就草草結(jié)束。這種安排說明實驗者目的不清，本末倒置。筆者認為實驗目的是，認識在有限條件下，酵母菌的種群數(shù)量變化模式；通過記錄分析數(shù)據(jù)，建立并運用數(shù)學模型解釋酵母菌的種群數(shù)量變化；體實驗所用材料是酵母菌。凡是單細胞世代時間較長，以出芽方式進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，充滿個性。以最適培養(yǎng)溫度為例一 ） ， ）， 可能是因為菌種不同造成的差異。這也告訴我們，如果沒有菌種提供商提供的詳細數(shù)據(jù)，實驗者就必需在實驗前進行預實驗，了解所用酵母菌的個性。 進行預實驗，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)對酵母菌種群數(shù)量的影響，應在蒸餾水中擴大培 實驗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， 應用雙層紗布充分過濾，避免淀粉

16、顆粒形成沉淀影響計數(shù)；為了避免學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，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 液器的實驗室完成操作難度很大。接種量不等會造成各試管中的初始酵母菌數(shù)量差異，預實驗初期計數(shù)結(jié)果的差異就是這個原因造成的。可將分裝后接種，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，也不會對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，對液體進行定量操作。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，也減少了污染機會，便于對液體進行定量操作，能有效避免對容器口部的污染，且推注過程還可以起到震蕩混勻的作用；為避免清洗時殘留水跡影響計量結(jié)果，清洗后的計數(shù)板 要自然干燥或用濾紙吸干水跡后，才能再使用，間隔時間較長，建議加樣時應對兩個計數(shù)區(qū)探究實驗是開放的，但也要求實驗者對所做實驗的關(guān)鍵操作和可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象大致有數(shù)。決定本實驗成功與否的關(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，實驗失去意義。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。對接種量的控制主要在活化、接種這兩個操作中實現(xiàn)。預實驗活化酵母菌 結(jié)果來看，初始酵母菌數(shù)量與 K 值為同一數(shù)量級，種群增長特征不 決定計數(shù)準確度的關(guān)鍵是對計數(shù)時稀釋標準的把握。一般來說每小格中的酵母菌的個數(shù) 510 為宜，多于 10 個則應稀釋一次”。當視野中酵母菌數(shù)量過多時，可能會有重疊，計數(shù)量大造成誤差。但如果隨意稀釋也會人為制造誤差。以一個分布了 177 個酵 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行計數(shù)，以減少不必要的稀釋。稀釋也應結(jié)合初測結(jié)果，選擇選擇 5 倍或 10 倍。很多偉大的發(fā)現(xiàn)源于實驗過程中的意外”，實驗者在實驗中也時常靈光閃現(xiàn)。學生在了解基本原理和操作以后，經(jīng)過