“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验改进建议

赵婕

摘要 对教材中“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的实验材料、实验方法、实验设计、实验步骤等进行探讨与改进，提高了实验在教学中的可操作性和实效性，解决了计数耗时长、数学模型不准确等问题，在取得较好实验结果的同时，极大地提升了学生对生物学科的兴趣。

关键词 数学模型 实验改进 小球藻 种群数量

中图分类号Q-331

文献标志码B

1 实验教学背景

“培养液中酵母菌种群数量变化”实验为高中生物学《选择性必修2.生物与环境》中的内容。实验通过让学生探究培养液中酵母菌种群的数量变化，分析数据并尝试建构数学模型，从而直观感受到在一定条件下酵母菌种群数量的变化规律。

学生对于数学模型、种群数量变化的“J”型和“S”型增长曲线以及环境容纳量（K值）的概念比较陌生。尽管学生已经具备了一定自主调查、统计数据、建构模型、分析实验结果的能力，但该实验中由于酵母菌培养要求高，培养过程干扰多、耗时长、易染菌，酵母菌不易计数等特点，加上高中实验室的诸多客观条件限制，该实验在实际教学中效果不佳。

故笔者简化实验流程，增强实验可行性，让全体学生都能在一节课内完成种群计数、构建模型的任务，将有助于通过具体实例加深学生对学科重要概念的理解，增强学生运用重要概念解决实际问题的能力。

2 教学目标

①通过研究不同条件下种群数量的变化，认识到生物与生物、生物与无机环境是相互作用的，形成稳态与平衡观、进化与适应观，从而更深刻理解生态系统的复杂性。

②能够正确使用显微镜，血球计数板进行生物种群的计数与计算;通过小组合作观察、记录实验数据，能根据实验数据建构数学模型。

③能运用数学模型反映种群数量变化规律，分析产生前提和影响因素，进而解释相应的生命现象，分析生态学相关问题及解决问题。

④分析人类活动对种群数量变化的影响，从环境容纳量的角度对有害生物的防治、濒危物种的保护以及野生资源的开发利用提出合理化建议。

⑤形成珍爱生命、人与自然和谐发展以及可持续发展的观念;养成健康文明生活方式;形成敬畏生命的观念，能理性判断社会上的一些行为。

3 实验内容和方法设计

3.1 实验教学存在的问题

教材中“培养液中酵母菌种群数量的变化”实验要求对培养7d的酵母菌进行计数。适宜条件下，不同种类的酵母菌都是大约2h繁殖一代（调整期大约2 -4 h），10 h左右达到稳定期，培养24 h的酵母菌早已经达到种群的K值。故教材要求不符合实际。

在实际教学中，很多学校未开展此实验。究其原因主要有：受客观条件限制（如没有超净工作台等微生物培养所需要的仪器），大部分中学无法开展与微生物有关的实验;该实验周期长，需要学生每天定时取样计数，牵扯学生太多的精力，影响到正常的教学秩序;实验中所涉及的微生物培养、显微计数、建构数学模型等科学技能和方法，虽然有很高的教学价值，但在考试中较少涉及;学生对酵母菌计数存在困难，常导致实际的数学模型与预期相差较大。针对以上几点，对提高该实验的可操作性和实效性进行了探索。

3.2 选材

小球藻是一种单细胞真核球形绿色藻类，细胞大约10 h分裂一次，增殖速度较酵母菌慢，便于连续观察。其死亡个体叶绿素a含量降低，呈白色，因而无需染色便可分辨死活，计数方便。培养不需要严格的无菌环境。

3.3 实验过程

3.3.1 小球藻的培养

选用BG-11藻类培养液和锥形瓶进行培养，所用器皿都要经高压蒸汽灭菌处理后使用，实验无需在严格无菌条件下进行。接种量约为1：10，在12 h光照、28C的光照培养架上进行培养，定期震荡小球藻培养液。

经过6d的培养，小球藻的种群数量见表1，其生长并未呈现出预想的“S型”增长曲线（图1），需根据小球藻的生长特点对培养条件进行改进。

3.3.2 小球藻培养的改进

异养条件可使小球藻加速生长。选用BG-11藻类培养液与质量分数为5%的葡萄糖溶液混合进行培养，其他条件相同，可大大提高小球藻的增长速度。

3.3.3 课堂数据采集

在实验课前6天至实验当天，每天接种并培养小球藻，便可使不同天数的小球藻种群数量增长模型在一节课时间内呈现（接种浓度基本保持一定浓度）。

实验课时，学生以小组为单位，每个小组的学生观察小球藻样品颜色变化，并分别完成对样品0-6 d的计数。最后，将各小组数据进行汇总，得出种群的增长模型。

3.4 实验现象

从小球藻在锥形瓶中生长的颜色变化以及显微镜下的观察，可以非常明显地观察到小球藻的生长情况。从0d到6d的锥形瓶中菌液颜色逐渐加深，显微镜下观察到的小球藻数量也增多。

3.5 实验结果分析

学生运用血球计数板对小球藻进行计数，但由于操作不熟练，导致各小组所得数据偏差较大，不能得到标准的“S”型曲线。

3.6 拓展实践——紫外分光光度计的使用

教师指导学生利用紫外分光光度计吸取少量小球藻培养液，观察、统计并记录小球藻种群数量的变化情况。紫外分光光度计更为精准，省时，可纠正人为失误所造成的误差，并较好地展示小球藻生长状态的“S”型曲线（表2、图2）。

4 教学反思

经过研究、筛选和比较，本改进实验以小球藻为研究材料，预先进行相关培养，使得实验可在一堂课内完成，实验效果极佳，提高了课堂效率。教学中，教师使用更为精准的仪器设备，切实解决实验周期长、误差大、不易操作、酵母菌不易计数等诸多干扰问题。

本实验以知识为载体，通过探究内容的不断深入，让学生主动参与探究过程，强调学习的过程和方法，促进学生学习方式的变革，培养学生分析问题和解决问题的能力。教师应努力适应学生的认知发展规律，尽可能地引导学生去观察、分析、思考和感受，掌握事物发展变化的规律，使学生在学习过程中体验、在学习过程中发展。其次，本次实验改进应用现代生物技术进行精心设计，显著提高实验的直观性、高效性和可行性，实现了时间的优化，真正讓生物实验课堂成为技术背景下的学生实验主场。随着科技的进步，各地教学设备的更新和完善，生物课堂应更多地尝试技术应用与教学的融合。

参考文献：

[1]张昊.“探究培养液中酵母菌种群数量变化实验”应注意的几个问题[J].生物学教学，2010，35（10）：30-32.

[2] 陈云，张小春，朱玉芳.“探究培养液中酵母菌种群数量变化”实验课的教学设计[J].生物学通报，2015，（50）：30-32.