“探究酵母菌发酵现象”实验装置的创新和应用

朱列侠 郏红丽

摘要 利用“三通”接头、注射器等器材制造了2个简易的“酵母菌发酵”实验装置。实验课堂教学实践表明，该装置用于“酵母菌发酵”相关实验，既便于直观定性地感知酵母发酵实验现象的变化，也可定量地检测发酵产物的生成量，有利于落实课标中提出的实验教学目标。

关键词 发酵 酵母菌 实验创新

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》的教学建议中提出：应当鼓励学生参与教学设计，创造性地设计低成本、易于操作的实验;安排学生主动获取证据，如实记录数据，作出判断;重视培养学生通过文字描述、数据表格、图形等方式完成报告，通过“做中学”落实教学目标。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的教学建议中提到：加强和完善生物学实验教学。鼓励设计低成本的教学实验，在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。教师应给学生提供机会去学习生物学研究中的测量方法，实事求是地记录、整理和分析实验数据，定量表述实验结果等。可见，加强和完善生物学教学是落实生物学概念教学、培养学生科学思维和科学探究能力的重要途径。

酵母菌的发酵或无氧呼吸实验是中学生物教学中一个重要实验，但无论在初中的“探究酵母菌发酵现象”实验中，还是在高中的“探究酵母菌的无氧呼吸”实验中，都存在两个问题：1完全无氧条件的创造难以保证，导致结果不易解释;2难以定量检测酵母菌发酵产物的产生量。鉴于此，依据初高中课程标准的实验教学建议，笔者制造了2个简易“酵母菌发酵”装置，创新了实验方案。

1探究酵母菌发酵产物的实验创新方案一

1.1实验材料

塑料瓶、量筒、“三通”、橡皮塞、气球、软管、夹子、注射器、乙醇传感器、澄清石灰水、蒸馏水、干酵母、质量分数为10%的葡萄糖溶液。

1.2实验步骤

（1）装置的制备：选取2个塑料瓶，分别贴上A、B两个标签。在2个塑料瓶瓶口各加一个“三通”，“三通”的上方各套一个气球，另一端塞上已插入输液器的橡皮塞，并用夹子夹住软管（图1）。

（2）发酵：在2个瓶中分别加入100mL质量分数为10%的葡萄糖溶液，在A瓶中加入5g酵母菌。将装置放于室温环境中发酵20min。

（3）CO2的检测：观察气球体积的变化，用两支注射器分别吸取2mL澄清石灰水，再从相应的瓶中分别吸取8mL气体，振荡，观察现象。

（4）乙醇的检测：取下气球，连接乙醇传感器（图1），检测乙醇含量;同时，感知乙醇的有无。

1.3实验结果

观察发酵装置中气球的体积变化，可见与A瓶连接气球逐渐膨胀，而与B瓶连接的气球内气体体积并无变化，说明酵母发酵过程中有气体产生。发酵20min后，与“三通”连接的注射器抽取等量8mL气体，与注射器中的澄清石灰水混合，可以发现，与A瓶连接的注射器中澄清石灰水变的混浊，而与B瓶连接的注射器中的澄清石灰水无明显变化，说明发酵过程中产生的气体为CO2。取下气球，将乙醇传感器分别插入发酵液瓶中，显示A瓶中的乙醇含量为0.238%，B瓶中的含量为0.008%（B瓶中理论值应为0，受限于乙醇传感器的灵敏度，应为实验误差），说明酵母发酵过程中产生了乙醇。移走乙醇传感器，直接感知乙醇挥发的气味，可以闻到A中乙醇的气味，而B瓶中没有乙醇的气味。

1.4实验的创新点

在发酵的塑料瓶口连接“三通”、再连接气球和注射器的装置的优点是：一方面通过观察气球的体积变化，可直观地感知生物发酵中气体的产生;另一方面通过注射器定量抽取气体，与澄清石灰水相混合，观察澄清石灰水的浑浊程度，可初步定量检测发酵中CO2的产生量。此外，该装置去掉气球后，既可直接感知乙醇的气味，也可直接连接乙醇传感器，装置和传感器之间吻合度及气密性好，便于乙醇检测。因此，该实验装置既可“定性”地直观感知发酵产物，也可“定量”地检测发酵产物的生成量。

2探究酵母菌发酵产物的实验创新方案二

创新方案一的实验装置有明显的优点，但由于塑料瓶体积大，发酵时，瓶内O2对发酵产物会有影响。为了解决这个问题，利用注射器易于创造无氧环境，并带有体积刻度。使用这套装置进行实验，取得了良好的效果。下面以“探究温度对酵母发酵的影响”为例，说明装置的使用。

2.1实验材料

量筒、天平、注射器、橡皮塞、恒温水浴锅、乙醇传感器、干酵母、葡萄糖溶液、蒸馏水、冰块。

2.2实验步骤

（1）装置的制备：取30支注射器各吸取10mL含酵母菌的葡萄糖培养液，用橡皮塞堵住注射器的针头口，分为10组，每组3支（图2）。

（2）发酵：将10组注射器分别置于冰水（0°C）、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C、45°C、50°C、55°C、60°C的恒温水浴锅中水浴15min。

（3）CO2的检测：观察注射器的气体体积刻度变化，记录产生的气体体积，计算出平均值。将注射器中产生的气体注入2mL澄清石灰水中，比较澄清石灰水变浑浊的程度。

（4）乙醇的检测：拔出注射器活塞，将注射器放在烧杯中固定，连接乙醇传感器（图2），测定发酵液中的乙醇含量。

2.3实验结果

在发酵过程中，可以观察各注射器中气体体积刻度的变化，表明发酵过程有气体的产生。比较不同温度中注射器气体体积刻度的差异，可以比较不同温度下酵母菌的发酵强度（图3），如本实验采用的酵母菌的适宜发酵温度约45°C。将注射器中产生的气体注入澄清石灰水中，可以看出澄清石灰水变浑浊，说明酵母发酵时有CO2产物的生成。乙醇传感器检测结果表明，45°C、15min后，酵母发酵液中乙醇含量达1.36%，高于其他温度下发酵的酒精含量，也可闻出酒精含量的差异。

2.4实验的创新点

用橡皮塞密封注射器针头口的发酵装置有如下优点：1装置气密性好，易于创造发酵的无氧环境，发酵产生的气体量可通过观察注射器上的刻度线直接读出;2装置易与乙醇传感器连接，操作方便;3装置适于探究不同的因素对酵母发酵的影响，如探究温度、pH、糖浓度等因素对酵母发酵的影响;4制造装置的材料易获取、价格便宜，适于中学生做实验。

3教学建议与总结

实验课堂教学显示，在一个课时内可以完整地开展上述两个创新实验。在实验课堂教学时，教师首先应引导学生讨论自变量、无关变量和环境的控制，以及因变量的检测方法。例如，如何控制温度和无氧环境，如何科学地定性和定量检测CO2和乙醇。学生分小组讨论、设计出合理的实验方案。教师要注意避免直接告知学生实验程序和实验结论，培养学生创新精神和科学探究的实验设计能力。在实验操作阶段，教师要鼓励小组分工合作，规范地使用实验仪器，引导学生注意观察实验现象，如实记录实验结果，科学处理实验数据，绘制数据图，分组探究不同温度对酵母菌发酵的影响，對乙醇传感器测定的数据进行科学处理等，培养学生的科学思维能力、动手实践操作能力和合作精神。在实验结束后，教师要引导学生互相交流，对实验现象、数据和结果进行科学的解释，形成实验报告，培养学生总结、归纳能力和解释问题的能力，也落实了“发酵”概念的教学。因此，本次实验课堂教学的开展，融合了启发式、探究式、参与式、合作式等教学方式，融合运用了传统和现代技术手段，对学生的生物学学科素养发展具有明显的促进作用。

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