“酵母菌种群大小动态变化实验”的教学设计

周金露

（江苏省仪征中学 江苏扬州 211400）

1 教材分析

“探究酵母菌种群大小的动态变化”是苏教版高中生物教材中《必修3·稳态与环境》模块中的一个重要实验。在前一课中，学生对种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线已经有了一定理解。“探究酵母菌种群大小的动态变化”这一实验是在此基础上，进一步讨论处于存在环境阻力的条件下种群数量是如何增长的问题。学生能够通过本节实验课，体验抽样检测法调查酵母菌种群数量的方式，锻炼使用光学显微镜观察计数的能力，掌握构建数学模型解决生物学问题的科学方法、熟练运用数字化设备检测实验指标，并形成进行数据分析和处理的科学性思维。

2 教学目标

①通过分析影响种群数量变化的因素，建立生物与环境相统一的观点。

②通过建立酵母菌种群增长的数学模型，培养归纳、比较及运用模型分析问题的能力。

③通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，掌握实验方案的设计与实施及提高对实验结果的分析与评价能力。

④通过归纳种群数量变化在实践中的应用，养成关注生产实践、学以致用的态度。

3 教学过程

3.1 课前准备和材料用具

酵母菌在光学显微镜下比较容易被观察和识别，而且具有培养简单、生长周期短等特点，是进行种群数量的动态变化研究的理想实验材料。以酵母菌作为实验材料，还可以探究影响种群数量变化的因素，如温度、酸碱度等。据此得出实验的基本思路：配制一定浓度的葡萄糖溶液（100 mL）；接种少量酵母菌（0.1 g）；适宜条件下培养（20℃、4℃）；定期取样；测定酵母菌液的pH；测定酵母菌的数量；统计数据；图表分析。

如果按照苏教版教材中的实验步骤对酵母菌培养液进行每天定时取样和计数，本实验将持续至少一周的时间。鉴于该实验需要对酵母菌进行较长时间的培养，且实验过程复杂、影响实验结果的因素较多，在正式进行实验之前需进行预实验。教师进行预实验发现，每天定时取样计数可以改进为每天配制相同的培养基并进行酵母菌接种，第七天时在课堂上对培养天数不同的酵母菌进行集中地数据统计。通过这两种方式得到的数据几乎没有差异。另外，锥形瓶、移液管等实验器材使用高压蒸汽灭菌法灭菌与使用煮沸消毒法处理后的实验结果基本一致。预实验是由教师和课外生物小组成员共同完成的，这样可以让参与课前探究的小组成员在全班实验时起到很好的指导带头作用。

大数据时代的高中生物课堂必须能够紧跟科技发展的潮流。教师运用先进的数字化设备辅助教学，可以准确快速地检测出所需实验数据，帮助学生理解影响酵母菌种群数量变化的因素。

材料用具：酵母菌；显微镜、智能数字实验盘、恒温培养箱、冰箱、计数器、血球计数板、烧杯、锥形瓶、滴管、吸水纸；质量分数为5%的葡萄糖溶液、水。

3.2 引入实验并作出假设

教师提出问题：在无环境阻力的理想条件下，种群数量以“J”型曲线的方式增长。但在自然环境中，你认为一个生物种群的数量增长会受到哪些因素限制，种群的数量将如何变化？在学生讨论的基础上，教师归纳出影响种群数量动态变化的主要因素有出生率与死亡率、迁入率与迁出率、营养物质、气候条件、空间资源、种内斗争、捕食、寄生、竞争等。

教师追问：在密闭条件下，一定体积的葡萄糖培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？你作出的假设是什么？可能影响酵母菌数量变化的因素有哪些？思考以上问题时，学生可以根据所学过的理论知识对提出的问题作出假设，并对将要进行的实验作出合理预期。教师可以补充学生的回答，并展示影响酵母菌数量变化的内因和外因。

3.3 实施实验

3.3.1 运用智能数字实验盘检测pH

为了提高实验效率，课堂上进行小组实验。每个小组首先对检测仪器设备进行搭建，使用智能数字实验盘检测在20℃、4℃培养特定天数的酵母菌培养液的pH。酵母菌在密闭容器中培养时会产生一些酸性代谢产物，使得溶液pH下降。溶液酸碱度的变化会抑制酵母菌的增殖，进而使酵母菌种群数量下降。相比于使用传统的pH试纸，运用智能数字实验盘对培养液pH的测定更加准确和快速，在对种群数量变化的原因进行分析时，能够对数量曲线和pH变化曲线进行直观的比较，得出更准确的结论。

3.3.2 利用血球计数板对酵母菌计数

在使用血球计数板之前，教师提出以下问题：①如何从锥形瓶中取样？②如果显微镜视野中酵母菌聚集成团，怎样处理？③如果一个小方格内酵母菌数量过多，难以计清，是否需要对培养液进行稀释？④对于压在中方格边界线上的酵母菌，计数方法应该是什么？⑤计数是否需要重复多次进行？这些问题的提出主要用来解决计数过程中遇到的操作困难和避免实验数据的误差。

因为需要测定的数据较多，每个小组一半的成员使用血球计数板对20℃、培养特定天数的酵母菌进行计数；一半成员计数4℃、培养特定天数的酵母菌，并填写在表1中。

表1 实验结果记录表

3.4 实验结果的分析

组织各小组成员对所得到的数据进行处理，计算出酵母菌数量的平均值，说出实验结果与预期是否一致，能否支持之前所作的假设。教师收集各组的实验数据，运用Excel软件制作图表。学生根据酵母菌数量的平均值画出数量变化曲线，建立种群增长的数学模型。对影响酵母菌种群数量变化的的因素进行综合分析。

根据得到的曲线图，教师可以提出以下问题：①有环境阻力的条件下，酵母菌种群数量增长的特点是什么？②培养温度对酵母菌种群数量的增长有什么影响？③随着培养时间的延长，培养液pH出现的变化是什么？还有哪些因素限制了酵母菌数量的增长？

4 教学反思

这节课对学生熟练使用光学显微镜和血球计数板的能力要求较高，教师可以在课前准备阶段带领学生回顾之前所学的知识，避免课堂上计数时间不足的问题。另外，在使用显微镜对酵母菌进行计数时利用计数器进行辅助可以明显提高计数的准确性和计数效率。学生在实验过程容易遇到酵母菌聚集的问题，取样时需要使用吸管对酵母菌液进行反复吹吸，否则酵母菌容易聚集在一起，难以进行计数。