例谈数字化设备在生物实验教学中的作用

张圆圆

例谈数字化设备在生物实验教学中的作用

张圆圆

新课改理念的教学模式需要教师的探索，新教学设备的使用需要教师的研究，尤其是数字化设备与学科教学的整合，使我们清楚地认识到新技术的使用不是摆花架子，它能丰富传统的实验教学内容，优化教学环节，解决教学难点。通过几年来的探索，我们在数字化设备与生物实验课堂教学整合方面取得了些许成果。下面结合具体实例，谈一下它在生物实验教学上的具体作用。

课例教材：对高中《生物(必修1)》第五章《分子与细胞》第三节《探究酵母菌细胞呼吸的方式》的实验进行拓展—探究酵母菌有氧呼吸与无氧呼吸的异同点。

一、实验目标

(1)知识与技能目标：探究酵母菌有氧呼吸与无氧呼吸的异同。

(2)过程与方法目标：培养学生交流与合作能力、动手操作能力。

(3)情感态度和价值观目标：通过探究实验，培养学生尊重事实的科学态度，建立科学价值观。

二、实验原理

酵母菌是兼氧性真菌，有氧环境下进行有氧呼吸，无氧环境下进行无氧呼吸，两种呼吸方式均产生二氧化碳。在密闭容器内创造有氧和无氧环境，通过检测二氧化碳浓度来推断酵母菌有氧呼吸及无氧呼吸的异同，原理反应式为：

三、课前准备

(1)实验器材。

朗威6.0数据采集器，二氧化碳传感器，双孔橡皮塞，铁架台，5 mL和2 mL注射器各1个，铁架台，具支试管2个，5%葡萄糖溶液，植物油，50 mL烧杯2个，干燥滤纸，天平，自制小容器2个，止水夹2个，多媒体一套。

四、学生实验

(1)第一名学生将第一包1 g干酵母菌置于洁净、干燥的具支试管底部。第二名学生向注射器中吸入5%葡萄糖溶液5 mL，将注射器中的葡萄糖液注入自制小容器中，用止水夹夹住胶皮管，以免自制小容器中的葡萄糖液流出，之后将自制小容器胶管一端套在具支试管上。

(2)第三名学生连接计算机、数据采集器、二氧化碳传感器，打开软件系统，点击窗口上的“通用软件”按钮，系统自动采集相关信息。此时显示的是当前具支试管内二氧化碳的浓度(如图2所示)。

图2

(3)第二名学生将止水夹松开，让自制小容器中的葡萄糖液流入具支试管底部，进行震荡后用手握住具支试管底部，以稳定试管和升高试管内温度。其他学生进行记录并准备更换的试管和药品。

(4)打开“组合曲线”，添加“时间—二氧化碳”图线，观察酵母菌呼吸过程中试管内二氧化碳浓度的变化。

(5)将实验图线锁定，更换试管和药品。第四名学生将另一包1 g干酵母置于另一支洁净、干燥具支试管底部；第五名学生向注射器中吸入5%葡萄糖溶液5 mL，将注射器中的葡萄糖液注入另一个自制小容器中，用止水夹夹好，套在另一支具支试管上；用另一支注射器吸入2 mL植物油，以创造无氧条件，将这支注射器自外向内“扎”进双孔橡皮塞，针头露出(如图3所示)。先松开止水夹，再向具支试管内注入注射器中的植物油。重新进行实验，重复步骤(3)～(4)，比较两条曲线的变化(如图4所示)。

图3

图4

教师问：两条曲线各代表酵母菌的什么呼吸方式？

学生答：上面的线代表有氧呼吸二氧化碳产生量，下面的线代表无氧呼吸二氧化碳产生量。

教师问：你真是火眼金睛啊，(面带微笑)我还想请同学们帮我解释两条曲线的走向。

学生答：有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，但是在相同时间内有氧呼吸产生的二氧化碳多并且快。

教师问：通过上面这个实验，你们总结一下酵母菌有氧呼吸与无氧呼吸的异同。

学生答：相同点是酵母菌在有氧呼吸、无氧呼吸时都能产生二氧化碳。

学生答：不同点是酵母菌在有氧呼吸时产生大量的二氧化碳，在无氧呼吸时产生少量的二氧化碳。

教师总结：二氧化碳是酵母菌进行两种呼吸方式的共同产物，但是在相同时间内有氧呼吸时产生大量的二氧化碳，而无氧呼吸时产生相对少量的二氧化碳。由上图分析可以看出，数字化传感器的使用，有效提高学生的实验观察能力和数据分析能力，使学生顺利分析出酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的异同点，有效解决教学难点。二氧化碳传感器可以感应到瞬间二氧化碳浓度的大小，这样，在常规实验中不易感知的二氧化碳浓度变化，通过直观变化的曲线，给学生留下深刻印象。通过规范学生操作动作和使用数字化实验设备的方法，培养和锻炼了学生的观察能力、操作能力和创新能力，教学效果极佳。

五、结束语

数字化实验设备引入生物实验教学，有利于教师主导地位和学生主体地位的发挥，让学生在研究和分析的过程中理解生物现象的变化规律。在实验探究中，教师要大胆放手，勇于尝试，把探究的机会交给学生，让学生在探究中收获新知。另外，实验时要在课本的基础上进行拓展，根据实验的具体需要选择常规实验器材和自制实验器材，使各种课程资源优化组合，充分发挥其在教学上的价值。

[1] 张莉.传感器在高中生物学实验教学中的应用[J].生物学教学,2009,6:47-49.

[2] 肖伏,罗朝越,谢丰收.新课标下中学生物实验教学改革的探讨[J].教学仪器与实验,2010,8:24.

2011-11-20

张圆圆，本科，中教二级。

河北省迁安市第三中学。

(2)自制小容器：将输液管剪成下面的一段，将细管一端封死，粗管一端套上一小段胶管(如图1所示)。

图1

(3)用天平称取两份各1 g的安琪高活性干酵母，用干燥滤纸包好。