鄭榮鈴+林曉

摘 要 按照教材原有實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)，需要8～10 h，難以組織學(xué)生在課內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。利用注射器與輸液線改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，縮短實(shí)驗(yàn)所需要的時(shí)間，使該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象明顯并能在課內(nèi)完成。本文主要從實(shí)驗(yàn)存在的不足、實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織三個(gè)角度分析討論以提高實(shí)驗(yàn)成功率。

關(guān)鍵詞 呼吸方式 注射器 實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“探究酵母菌細(xì)胞的呼吸方式”是教材的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)酵母菌細(xì)胞是否產(chǎn)生酒精和產(chǎn)生二氧化碳的量來(lái)判斷細(xì)胞的呼吸方式。調(diào)查結(jié)果顯示本實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中開(kāi)設(shè)率不高，究其原因除了實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)外，實(shí)驗(yàn)裝置還存在一定的局限性，影響了實(shí)驗(yàn)效果。筆者通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，使其效果明顯，并縮短實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間，一節(jié)課即可完成。

1 教材實(shí)驗(yàn)存在的不足

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性較差

有氧呼吸、無(wú)氧呼吸實(shí)驗(yàn)裝置中，錐形瓶口用木塞堵上，容易發(fā)生漏氣；錐形瓶之間用U型玻璃導(dǎo)管連接，U型玻璃導(dǎo)管間用橡皮管連接，橡皮管老化，也容易發(fā)生漏氣。實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性較差將影響細(xì)胞呼吸產(chǎn)生二氧化碳的檢測(cè)。

1.2 有氧和無(wú)氧實(shí)驗(yàn)條件較難控制

有氧呼吸裝置中，通過(guò)氣泵或洗耳球不斷地將空氣通入裝置中，時(shí)間大約需要50 min，但是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程酵母菌細(xì)胞發(fā)酵時(shí)間是8～10 h；在不通入空氣情況下，酵母菌細(xì)胞可能進(jìn)行無(wú)氧呼吸，且實(shí)驗(yàn)操作較為繁瑣；無(wú)氧呼吸裝置中，培養(yǎng)液上方仍具有一定量空氣可能參與有氧呼吸。以上這些都可能影響實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1.3 酒精檢測(cè)不夠準(zhǔn)確

實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，酸性重鉻酸鉀除了加入酒精中會(huì)變色，加入葡萄糖溶液中也會(huì)變色。

根據(jù)重鉻酸根的化學(xué)性質(zhì)，重鉻酸根中的鉻是正六價(jià)，具有強(qiáng)氧化性，易將具有還原性的葡萄糖氧化。酵母菌培養(yǎng)液中未被消耗的葡萄糖可使酸性重鉻酸鉀溶液發(fā)生變色。其發(fā)生的離子反應(yīng)式如下：

4Cr2O72-+C6H12O6+32H+→8Cr3++6CO2+22H2O。

2 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)

2.1 改良酵母菌培養(yǎng)液縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間

改變酵母菌培養(yǎng)液操作如下：4 g高活性干酵母在25℃時(shí)溶于60 mL水，先活化5 min，再取20 mL與5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液混合。酵母菌生長(zhǎng)的適宜溫度是20～30℃，用25℃左右的溫水對(duì)酵母菌進(jìn)行活化處理，可增強(qiáng)酵母菌的活性。改變葡萄糖、酵母菌的比例，可增強(qiáng)酵母菌細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。

2.2 改進(jìn)有氧、無(wú)氧呼吸實(shí)驗(yàn)裝置

利用醫(yī)用注射器和輸液線改進(jìn)有氧呼吸實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖1）、無(wú)氧呼吸實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖2）。

2.2.1 改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)裝置氣密性好。實(shí)驗(yàn)所用注射器的活塞是軟橡皮，用輸液線與注射器連接緊密，裝置不易漏氣。

（2） 注射器上有刻度，可定量取液。

（3） 能快速檢測(cè)二氧化碳。裝酵母菌培養(yǎng)液的注射器體積是50 mL，比錐形瓶體積小，培養(yǎng)液上方留的空間較小，有利于酵母菌細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的二氧化碳較快的進(jìn)入裝有溴麝香草酚藍(lán)溶液的注射器中，使溶液變色快，從而快速檢測(cè)二氧化碳。

（4） 在有氧呼吸裝置中，利用氯化鐵催化過(guò)氧化氫分解的方法為有氧呼吸提供氧氣，保證有氧呼吸順利進(jìn)行。

（5） 在無(wú)氧呼吸裝置中，將0.5 mL石蠟油注入酵母菌培養(yǎng)液，易于隔絕空氣創(chuàng)造無(wú)氧條件。

2.2.2 檢測(cè)二氧化碳

連接好實(shí)驗(yàn)裝置后，只需要1 min即可觀察有氧呼吸產(chǎn)生的二氧化碳使溴麝香草酚藍(lán)水溶液呈現(xiàn)：藍(lán)色→綠色→黃色的漸變過(guò)程，且酵母菌培養(yǎng)液，呈蜂窩狀。無(wú)氧組需要3～4 min，也可明顯觀察到顏色變化。

2.3 改良檢測(cè)酒精裝置

為了排除培養(yǎng)液中未被消耗的葡萄糖對(duì)酒精檢測(cè)結(jié)果造成的影響，實(shí)驗(yàn)采用蒸餾法分離酒精檢測(cè)。具體如下：酵母菌細(xì)胞呼吸15 min左右，將酵母菌培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移到去除活塞柄但有活塞的注射器內(nèi)，在97℃恒溫水浴鍋內(nèi)加熱，用輸液線連接，通入裝有5滴酸性重鉻酸鉀溶液的試管內(nèi)檢測(cè)。水浴加熱大約1 min，即可觀察到無(wú)氧組顏色變化。因?yàn)榫凭悬c(diǎn)為79℃，水浴溫度高于酒精沸點(diǎn)能將酒精蒸餾出檢測(cè)。酸性重鉻酸鉀溶液用量為5滴，因無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的酒精量有限，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。改良檢測(cè)酒精實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖3）。

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織

采用支架式教學(xué)，結(jié)合小組合作學(xué)習(xí)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3.1 構(gòu)建支架

實(shí)驗(yàn)課前，教師為學(xué)生準(zhǔn)備一個(gè)學(xué)習(xí)文件夾，里面包含學(xué)習(xí)任務(wù)單和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)習(xí)任務(wù)單為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)框架，讓學(xué)生知道課前需要做好哪些準(zhǔn)備，比如在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生要制作好改良的注射器。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)“改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案”，學(xué)會(huì)如何利用注射器和輸液線組裝實(shí)驗(yàn)裝置，體現(xiàn)了“先學(xué)后教”的理念。

3.2 小組合作學(xué)習(xí)

本實(shí)驗(yàn)包括課前與課堂小組合作學(xué)習(xí)。課前，學(xué)生以4人為一組，共同學(xué)習(xí)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案，并比較教材實(shí)驗(yàn)方案與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的差異，以更好地理解實(shí)驗(yàn)。課堂上，小組分工、協(xié)作，按照改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案組裝實(shí)驗(yàn)裝置，完成二氧化碳和酒精的檢測(cè)。

3.3 實(shí)驗(yàn)展示與交流

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師請(qǐng)學(xué)生代表展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并讓學(xué)生互相交流實(shí)驗(yàn)心得，使他們的實(shí)驗(yàn)成果得到充分的肯定。組織實(shí)驗(yàn)活動(dòng)評(píng)價(jià)，教師從小組完成情況、組員貢獻(xiàn)等角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，較客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

4 注意事項(xiàng)

本實(shí)驗(yàn)是在30℃室溫下完成，因?yàn)榻湍妇?xì)胞呼吸受溫度影響明顯，在不同地域、月份完成本實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間存在一定差異。