趙婕

摘要 對(duì)教材中“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟等進(jìn)行探討與改進(jìn)，提高了實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的可操作性和實(shí)效性，解決了計(jì)數(shù)耗時(shí)長(zhǎng)、數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確等問題，在取得較好實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí)，極大地提升了學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的興趣。

關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)模型 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 小球藻 種群數(shù)量

中圖分類號(hào)Q-331

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)背景

“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化”實(shí)驗(yàn)為高中生物學(xué)《選擇性必修2.生物與環(huán)境》中的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)通過讓學(xué)生探究培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量變化，分析數(shù)據(jù)并嘗試建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，從而直觀感受到在一定條件下酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律。

學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)模型、種群數(shù)量變化的“J”型和“S”型增長(zhǎng)曲線以及環(huán)境容納量（K值）的概念比較陌生。盡管學(xué)生已經(jīng)具備了一定自主調(diào)查、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、建構(gòu)模型、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，但該實(shí)驗(yàn)中由于酵母菌培養(yǎng)要求高，培養(yǎng)過程干擾多、耗時(shí)長(zhǎng)、易染菌，酵母菌不易計(jì)數(shù)等特點(diǎn)，加上高中實(shí)驗(yàn)室的諸多客觀條件限制，該實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中效果不佳。

故筆者簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)流程，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)可行性，讓全體學(xué)生都能在一節(jié)課內(nèi)完成種群計(jì)數(shù)、構(gòu)建模型的任務(wù)，將有助于通過具體實(shí)例加深學(xué)生對(duì)學(xué)科重要概念的理解，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用重要概念解決實(shí)際問題的能力。

2 教學(xué)目標(biāo)

①通過研究不同條件下種群數(shù)量的變化，認(rèn)識(shí)到生物與生物、生物與無(wú)機(jī)環(huán)境是相互作用的，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀，從而更深刻理解生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性。

②能夠正確使用顯微鏡，血球計(jì)數(shù)板進(jìn)行生物種群的計(jì)數(shù)與計(jì)算;通過小組合作觀察、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型。

③能運(yùn)用數(shù)學(xué)模型反映種群數(shù)量變化規(guī)律，分析產(chǎn)生前提和影響因素，進(jìn)而解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象，分析生態(tài)學(xué)相關(guān)問題及解決問題。

④分析人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響，從環(huán)境容納量的角度對(duì)有害生物的防治、瀕危物種的保護(hù)以及野生資源的開發(fā)利用提出合理化建議。

⑤形成珍愛生命、人與自然和諧發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展的觀念;養(yǎng)成健康文明生活方式;形成敬畏生命的觀念，能理性判斷社會(huì)上的一些行為。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

教材中“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)要求對(duì)培養(yǎng)7d的酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。適宜條件下，不同種類的酵母菌都是大約2h繁殖一代（調(diào)整期大約2 -4 h），10 h左右達(dá)到穩(wěn)定期，培養(yǎng)24 h的酵母菌早已經(jīng)達(dá)到種群的K值。故教材要求不符合實(shí)際。

在實(shí)際教學(xué)中，很多學(xué)校未開展此實(shí)驗(yàn)。究其原因主要有：受客觀條件限制（如沒有超凈工作臺(tái)等微生物培養(yǎng)所需要的儀器），大部分中學(xué)無(wú)法開展與微生物有關(guān)的實(shí)驗(yàn);該實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，需要學(xué)生每天定時(shí)取樣計(jì)數(shù)，牽扯學(xué)生太多的精力，影響到正常的教學(xué)秩序;實(shí)驗(yàn)中所涉及的微生物培養(yǎng)、顯微計(jì)數(shù)、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型等科學(xué)技能和方法，雖然有很高的教學(xué)價(jià)值，但在考試中較少涉及;學(xué)生對(duì)酵母菌計(jì)數(shù)存在困難，常導(dǎo)致實(shí)際的數(shù)學(xué)模型與預(yù)期相差較大。針對(duì)以上幾點(diǎn)，對(duì)提高該實(shí)驗(yàn)的可操作性和實(shí)效性進(jìn)行了探索。

3.2 選材

小球藻是一種單細(xì)胞真核球形綠色藻類，細(xì)胞大約10 h分裂一次，增殖速度較酵母菌慢，便于連續(xù)觀察。其死亡個(gè)體葉綠素a含量降低，呈白色，因而無(wú)需染色便可分辨死活，計(jì)數(shù)方便。培養(yǎng)不需要嚴(yán)格的無(wú)菌環(huán)境。

3.3 實(shí)驗(yàn)過程

3.3.1 小球藻的培養(yǎng)

選用BG-11藻類培養(yǎng)液和錐形瓶進(jìn)行培養(yǎng)，所用器皿都要經(jīng)高壓蒸汽滅菌處理后使用，實(shí)驗(yàn)無(wú)需在嚴(yán)格無(wú)菌條件下進(jìn)行。接種量約為1：10，在12 h光照、28C的光照培養(yǎng)架上進(jìn)行培養(yǎng)，定期震蕩小球藻培養(yǎng)液。

經(jīng)過6d的培養(yǎng)，小球藻的種群數(shù)量見表1，其生長(zhǎng)并未呈現(xiàn)出預(yù)想的“S型”增長(zhǎng)曲線（圖1），需根據(jù)小球藻的生長(zhǎng)特點(diǎn)對(duì)培養(yǎng)條件進(jìn)行改進(jìn)。

3.3.2 小球藻培養(yǎng)的改進(jìn)

異養(yǎng)條件可使小球藻加速生長(zhǎng)。選用BG-11藻類培養(yǎng)液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液混合進(jìn)行培養(yǎng)，其他條件相同，可大大提高小球藻的增長(zhǎng)速度。

3.3.3 課堂數(shù)據(jù)采集

在實(shí)驗(yàn)課前6天至實(shí)驗(yàn)當(dāng)天，每天接種并培養(yǎng)小球藻，便可使不同天數(shù)的小球藻種群數(shù)量增長(zhǎng)模型在一節(jié)課時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)（接種濃度基本保持一定濃度）。

實(shí)驗(yàn)課時(shí)，學(xué)生以小組為單位，每個(gè)小組的學(xué)生觀察小球藻樣品顏色變化，并分別完成對(duì)樣品0-6 d的計(jì)數(shù)。最后，將各小組數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，得出種群的增長(zhǎng)模型。

3.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

從小球藻在錐形瓶中生長(zhǎng)的顏色變化以及顯微鏡下的觀察，可以非常明顯地觀察到小球藻的生長(zhǎng)情況。從0d到6d的錐形瓶中菌液顏色逐漸加深，顯微鏡下觀察到的小球藻數(shù)量也增多。

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

學(xué)生運(yùn)用血球計(jì)數(shù)板對(duì)小球藻進(jìn)行計(jì)數(shù)，但由于操作不熟練，導(dǎo)致各小組所得數(shù)據(jù)偏差較大，不能得到標(biāo)準(zhǔn)的“S”型曲線。

3.6 拓展實(shí)踐——紫外分光光度計(jì)的使用

教師指導(dǎo)學(xué)生利用紫外分光光度計(jì)吸取少量小球藻培養(yǎng)液，觀察、統(tǒng)計(jì)并記錄小球藻種群數(shù)量的變化情況。紫外分光光度計(jì)更為精準(zhǔn)，省時(shí)，可糾正人為失誤所造成的誤差，并較好地展示小球藻生長(zhǎng)狀態(tài)的“S”型曲線（表2、圖2）。

4 教學(xué)反思

經(jīng)過研究、篩選和比較，本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)以小球藻為研究材料，預(yù)先進(jìn)行相關(guān)培養(yǎng)，使得實(shí)驗(yàn)可在一堂課內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)效果極佳，提高了課堂效率。教學(xué)中，教師使用更為精準(zhǔn)的儀器設(shè)備，切實(shí)解決實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、誤差大、不易操作、酵母菌不易計(jì)數(shù)等諸多干擾問題。

本實(shí)驗(yàn)以知識(shí)為載體，通過探究?jī)?nèi)容的不斷深入，讓學(xué)生主動(dòng)參與探究過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的過程和方法，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。教師應(yīng)努力適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，盡可能地引導(dǎo)學(xué)生去觀察、分析、思考和感受，掌握事物發(fā)展變化的規(guī)律，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗(yàn)、在學(xué)習(xí)過程中發(fā)展。其次，本次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，顯著提高實(shí)驗(yàn)的直觀性、高效性和可行性，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的優(yōu)化，真正讓生物實(shí)驗(yàn)課堂成為技術(shù)背景下的學(xué)生實(shí)驗(yàn)主場(chǎng)。隨著科技的進(jìn)步，各地教學(xué)設(shè)備的更新和完善，生物課堂應(yīng)更多地嘗試技術(shù)應(yīng)用與教學(xué)的融合。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 陳云，張小春，朱玉芳.“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化”實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)通報(bào)，2015，（50）：30-32.