“探究培养液中某种酵母种群数量的变化”的改进

叶鹏海 黄江芸 许晓婷

摘要：本文介绍了改进实验器材、实验方案，使该实验在高中阶段的可行性提高的具体措施。包括简化准备实验的过程、设计并完善实验方案、分组实验过程三个方面，逐步培养提出和解决科学问题的素养。

关键词：酵母菌  种群数量  器材和方案改进  探究思维

新人教版高中生物学教材中，有关微生物的探究实验有4个。通过这些实验能够提高微生物培养实验技能，但是微生物培养实验时间比较长、实验操作比较复杂，高中阶段微生物培养实验的实践机会非常少。通过改进实验器材、实验方案，能使该实验在高中阶段的可行性大大提高。

1 教材分析

该实验可以加深学生对种群数量变化的理解，并提高抽样检测、显微观察、微生物培养和数学建模等能力，有助于形成种群数量动态变化的概念，树立稳态与平衡的生命观念。 [1]

2 学情分析

高中学生已经具备基本的实验操作技能，但是不了解血球计数板的使用;知道探究实验步骤，但是设计实验的能力不强;了解实验观察，但缺少连续观察微生物实验的经验;具备数学基础，但建模能力不足。

3 實验改进过程

3.1 简化准备实验的过程  将教材中的材料用具简化为：食用干酵母菌粉、医用5%葡萄糖注射液、相同规格的矿泉水瓶若干、10mL医用注射器、50mL医用注射器、滴管、电子称、光学显微镜、电子目镜、笔记本电脑等。

3.1.1 替换实验容器，变废为宝。在预实验过程中，使用的烧杯、锥形瓶数量较多，而且玻璃仪器容易破碎。而使用矿泉水瓶具有以下几个优点：易收集;不易碎;收纳简便;携带方便;可重复使用。

3.1.2 利用医用材料，简化准备过程。第一，替换培养液。通过分析酵母菌的营养来源，结合生活经验，发现量取5%医用葡萄糖注射液即可作为酵母菌培养液。这些医用器材具有以下优点：都已经过高温灭菌，减少培养过程中培养液被污染的概率;容易采购，价格低，降低实验成本。

第二，改装酵母菌培养容器。改造后的矿泉水瓶可以尽量减少培养液与空气的接触面积。在瓶盖上打两个洞，连接一根长导管和一根短导管。短导管的作用是排出酵母菌呼吸过程中产生的气体，防止胀瓶。10mL医用注射器与长导管连接，定量吸取1mL酵母菌培养液进行稀释，计数。

第三，替换量筒。医用注射器有50mL和10mL两种容量，并带有刻度。取样的同时即可完成定量测量，缩短了实验时间。

以上改进措施使实验材料“大众化”，让学生在家就可以积极进行实验准备工作，真正做到“把课堂还给学生”。通过“变废为宝”的行动强化环保理念，提高学生“保护环境从我做起”的社会责任意识。

3.2 设计并完善实验方案。了解科学探究步骤是学生学会探究的基础，但是真正的科学探究不一定是按部就班地按照固定套路执行[2]。适时、适当地改进教材中的实验方案，能更切合各校的实际情况，有利于增加学生实践机会。

3.2.1 设计实验方案  首先，教师设计并提供学案，引导小组合作学习，深入理解实验原理并初步设计实验方案。其次，预测实验方案实施过程中可能会遇到哪些问题，并尝试找到解决的办法。最后，各学习小组在课堂上展示本组的实验方案，由学生和教师一起推举可行性高的实验方案，共同完善实验方案。

3.2.2 完善实验方案，缩短实验时间。经过文献查阅及论证后，在教材方案的基础上进行改进，得到适应5%葡萄糖培养液中酵母菌种群数量变化的新方案。

第一，调整取样间隔，缩短实验时间。根据文献资料，设计了如下新方案：培养14h内、每隔2h取样，样本在低温条件下保存，最后课堂中集中计数。预期缩短学生在实验室里停留的时间且结果应出现对数期。

第二，采用电子目镜辅助显微观察，突破教学难点。采用电子目镜连接显微镜和电脑，具有以下几个优势：一是实现多人同时观察，有利于师生、生生交流;二是软件具备计数功能、图像采集、录像与保存功能，有利于实验结果观察与分析;三是重复观察保存的图片增加了学生发现新问题的机会，如发现酵母菌出芽生殖现象等。

改进后的实验方案具有：材料用具易准备;家校结合，缩短在实验室的时间;学习血球计数板计数的难度降低，有利于小组合作学习等优势。

4 分组实验的过程

4.1 分工合作，课前取样保存  由小组中的一位学生利用周末中的一天时间，完成14h内取样的工作。取出的1mL 培养液装入相应容器后，立即放置在冰箱中低温保存。每位学生分别获得培养2h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、14 h共7个样本。

4.2 课中计数并建模  首先，让个小组体验配制酵母菌培养液的过程，并对培养0h的酵母菌培养液取样、计数，作为种群数量初始值。然后，小组成员轮流操作显微镜和电脑，进行计数和图像采集。每个小组的人数12人，每位同学制作并观察2个装片。如此才能保证在40分钟内完成数据的采集与建模。

5实验结果分析

小组完成的模型中，“S”型增长过程不明显，甚至某些数据出现较大偏差。引导学生进行误差分析：5%葡萄糖浓度偏低，营养物质匮乏;酵母菌与其他微生物之间的竞争影响酵母菌种群数量的变化。在分析过程中，学生已经能运用所学的知识解决实际问题，增强了科学探究素养。

5.3 课后拓展  课后，各小组计算培养液中酵母菌种群数量并完成实验报告，归纳影响酵母菌种群数量增长的因素，鼓励学生设计实验方案探究其它因素对酵母菌种群数量变化的影响。

参考文献：

[1]教育部 .普通高中生物课程标准 .北京：人民教育出版社，2003.

[2]赵占良.对生物学学科核心素养的理解（三）——科学探究与实践[J].中学生物教学，2020（05）：4-7.

第一作者简介：叶鹏海，男，1971 年 9 月生，硕士，中学高级教师。

基金项目：2019年度福建省中青年教师教育科研项目（基础教育研究专项）课题：科学思维视域下的高中生物学模型建构教学案例研究，项目编号No.JZ190194，（福建教育学院资助）