周金露

（江蘇省儀征中學(xué) 江蘇揚(yáng)州 211400）

1 教材分析

“探究酵母菌種群大小的動(dòng)態(tài)變化”是蘇教版高中生物教材中《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。在前一課中，學(xué)生對(duì)種群數(shù)量增長(zhǎng)的“J”型曲線(xiàn)和“S”型曲線(xiàn)已經(jīng)有了一定理解?！疤骄拷湍妇N群大小的動(dòng)態(tài)變化”這一實(shí)驗(yàn)是在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論處于存在環(huán)境阻力的條件下種群數(shù)量是如何增長(zhǎng)的問(wèn)題。學(xué)生能夠通過(guò)本節(jié)實(shí)驗(yàn)課，體驗(yàn)抽樣檢測(cè)法調(diào)查酵母菌種群數(shù)量的方式，鍛煉使用光學(xué)顯微鏡觀察計(jì)數(shù)的能力，掌握構(gòu)建數(shù)學(xué)模型解決生物學(xué)問(wèn)題的科學(xué)方法、熟練運(yùn)用數(shù)字化設(shè)備檢測(cè)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，并形成進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理的科學(xué)性思維。

2 教學(xué)目標(biāo)

①通過(guò)分析影響種群數(shù)量變化的因素，建立生物與環(huán)境相統(tǒng)一的觀點(diǎn)。

②通過(guò)建立酵母菌種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)歸納、比較及運(yùn)用模型分析問(wèn)題的能力。

③通過(guò)探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，掌握實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施及提高對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與評(píng)價(jià)能力。

④通過(guò)歸納種群數(shù)量變化在實(shí)踐中的應(yīng)用，養(yǎng)成關(guān)注生產(chǎn)實(shí)踐、學(xué)以致用的態(tài)度。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 課前準(zhǔn)備和材料用具

酵母菌在光學(xué)顯微鏡下比較容易被觀察和識(shí)別，而且具有培養(yǎng)簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)周期短等特點(diǎn)，是進(jìn)行種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化研究的理想實(shí)驗(yàn)材料。以酵母菌作為實(shí)驗(yàn)材料，還可以探究影響種群數(shù)量變化的因素，如溫度、酸堿度等。據(jù)此得出實(shí)驗(yàn)的基本思路：配制一定濃度的葡萄糖溶液（100 mL）；接種少量酵母菌（0.1 g）；適宜條件下培養(yǎng)（20℃、4℃）；定期取樣；測(cè)定酵母菌液的pH；測(cè)定酵母菌的數(shù)量；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；圖表分析。

如果按照蘇教版教材中的實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)酵母菌培養(yǎng)液進(jìn)行每天定時(shí)取樣和計(jì)數(shù)，本實(shí)驗(yàn)將持續(xù)至少一周的時(shí)間。鑒于該實(shí)驗(yàn)需要對(duì)酵母菌進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素較多，在正式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前需進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。教師進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每天定時(shí)取樣計(jì)數(shù)可以改進(jìn)為每天配制相同的培養(yǎng)基并進(jìn)行酵母菌接種，第七天時(shí)在課堂上對(duì)培養(yǎng)天數(shù)不同的酵母菌進(jìn)行集中地?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。通過(guò)這兩種方式得到的數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有差異。另外，錐形瓶、移液管等實(shí)驗(yàn)器材使用高壓蒸汽滅菌法滅菌與使用煮沸消毒法處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。預(yù)實(shí)驗(yàn)是由教師和課外生物小組成員共同完成的，這樣可以讓參與課前探究的小組成員在全班實(shí)驗(yàn)時(shí)起到很好的指導(dǎo)帶頭作用。

大數(shù)據(jù)時(shí)代的高中生物課堂必須能夠緊跟科技發(fā)展的潮流。教師運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)備輔助教學(xué)，可以準(zhǔn)確快速地檢測(cè)出所需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生理解影響酵母菌種群數(shù)量變化的因素。

材料用具：酵母菌；顯微鏡、智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)、恒溫培養(yǎng)箱、冰箱、計(jì)數(shù)器、血球計(jì)數(shù)板、燒杯、錐形瓶、滴管、吸水紙；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液、水。

3.2 引入實(shí)驗(yàn)并作出假設(shè)

教師提出問(wèn)題：在無(wú)環(huán)境阻力的理想條件下，種群數(shù)量以“J”型曲線(xiàn)的方式增長(zhǎng)。但在自然環(huán)境中，你認(rèn)為一個(gè)生物種群的數(shù)量增長(zhǎng)會(huì)受到哪些因素限制，種群的數(shù)量將如何變化？在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，教師歸納出影響種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化的主要因素有出生率與死亡率、遷入率與遷出率、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氣候條件、空間資源、種內(nèi)斗爭(zhēng)、捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)等。

教師追問(wèn)：在密閉條件下，一定體積的葡萄糖培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？你作出的假設(shè)是什么？可能影響酵母菌數(shù)量變化的因素有哪些？思考以上問(wèn)題時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)對(duì)提出的問(wèn)題作出假設(shè)，并對(duì)將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)作出合理預(yù)期。教師可以補(bǔ)充學(xué)生的回答，并展示影響酵母菌數(shù)量變化的內(nèi)因和外因。

3.3 實(shí)施實(shí)驗(yàn)

3.3.1 運(yùn)用智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)檢測(cè)pH

為了提高實(shí)驗(yàn)效率，課堂上進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)。每個(gè)小組首先對(duì)檢測(cè)儀器設(shè)備進(jìn)行搭建，使用智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)檢測(cè)在20℃、4℃培養(yǎng)特定天數(shù)的酵母菌培養(yǎng)液的pH。酵母菌在密閉容器中培養(yǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些酸性代謝產(chǎn)物，使得溶液pH下降。溶液酸堿度的變化會(huì)抑制酵母菌的增殖，進(jìn)而使酵母菌種群數(shù)量下降。相比于使用傳統(tǒng)的pH試紙，運(yùn)用智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)對(duì)培養(yǎng)液pH的測(cè)定更加準(zhǔn)確和快速，在對(duì)種群數(shù)量變化的原因進(jìn)行分析時(shí)，能夠?qū)?shù)量曲線(xiàn)和pH變化曲線(xiàn)進(jìn)行直觀的比較，得出更準(zhǔn)確的結(jié)論。

3.3.2 利用血球計(jì)數(shù)板對(duì)酵母菌計(jì)數(shù)

在使用血球計(jì)數(shù)板之前，教師提出以下問(wèn)題：①如何從錐形瓶中取樣？②如果顯微鏡視野中酵母菌聚集成團(tuán)，怎樣處理？③如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過(guò)多，難以計(jì)清，是否需要對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行稀釋?zhuān)竣軐?duì)于壓在中方格邊界線(xiàn)上的酵母菌，計(jì)數(shù)方法應(yīng)該是什么？⑤計(jì)數(shù)是否需要重復(fù)多次進(jìn)行？這些問(wèn)題的提出主要用來(lái)解決計(jì)數(shù)過(guò)程中遇到的操作困難和避免實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差。

因?yàn)樾枰獪y(cè)定的數(shù)據(jù)較多，每個(gè)小組一半的成員使用血球計(jì)數(shù)板對(duì)20℃、培養(yǎng)特定天數(shù)的酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)；一半成員計(jì)數(shù)4℃、培養(yǎng)特定天數(shù)的酵母菌，并填寫(xiě)在表1中。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

組織各小組成員對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出酵母菌數(shù)量的平均值，說(shuō)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期是否一致，能否支持之前所作的假設(shè)。教師收集各組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Excel軟件制作圖表。學(xué)生根據(jù)酵母菌數(shù)量的平均值畫(huà)出數(shù)量變化曲線(xiàn)，建立種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)影響酵母菌種群數(shù)量變化的的因素進(jìn)行綜合分析。

根據(jù)得到的曲線(xiàn)圖，教師可以提出以下問(wèn)題：①有環(huán)境阻力的條件下，酵母菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的特點(diǎn)是什么？②培養(yǎng)溫度對(duì)酵母菌種群數(shù)量的增長(zhǎng)有什么影響？③隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，培養(yǎng)液pH出現(xiàn)的變化是什么？還有哪些因素限制了酵母菌數(shù)量的增長(zhǎng)？

4 教學(xué)反思

這節(jié)課對(duì)學(xué)生熟練使用光學(xué)顯微鏡和血球計(jì)數(shù)板的能力要求較高，教師可以在課前準(zhǔn)備階段帶領(lǐng)學(xué)生回顧之前所學(xué)的知識(shí)，避免課堂上計(jì)數(shù)時(shí)間不足的問(wèn)題。另外，在使用顯微鏡對(duì)酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行輔助可以明顯提高計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性和計(jì)數(shù)效率。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程容易遇到酵母菌聚集的問(wèn)題，取樣時(shí)需要使用吸管對(duì)酵母菌液進(jìn)行反復(fù)吹吸，否則酵母菌容易聚集在一起，難以進(jìn)行計(jì)數(shù)。