利用生物学实验结果,进行校本课程开发<br/>——以“发酵现象”实验反常情况探析为例

利用生物学实验结果,进行校本课程开发
——以“发酵现象”实验反常情况探析为例

2023-12-15王昕芳

中学生物学 2023年5期

王昕芳

(新疆生产建设兵团第一师二团中学新疆阿克苏 843009)

1 研究背景

2021年12月,笔者进行了人教版《生物学·八年级·下册》“发酵现象”的演示实验,实验较为顺利地完成。两天后,笔者发现放置在实验室中的两个实验瓶中的气球一个缩小,另一个竟然被回吸入瓶内!这是一个较为反常的现象,根据发酵现象原理,实验瓶中的酵母菌分解葡萄糖生成二氧化碳,使瓶内气体压力升高,导致罩在瓶口的气球迅速膨胀鼓起,为什么实验结束的两天后气球会回缩入瓶内呢?教师决定带领学生,针对这一反常现象进行实验探析。

2 准备阶段

2.1 成立课题学习小组

首先,教师向八年级学生公布了此课题,在自愿报名的学生中进行了筛选,确定了由五位学生组成的实验探究小组,并对小组成员进行了分工。2021年12月,教师正式带领学生展开了“发酵现象”反常情况课题实验研究探析。

2.2 制定学习方案

针对实验情况,师生积极讨论,分工合作,达成共识,决定分别设置定性和定量两种实验方式,多组对照,分阶段进行实验,以生物实验结果为契机,进行探究,形成校本课程。

2.3 制定研究性实验分析学习计划

为确保实验有序进行,教师与学生共同合作,制定了研究性实验分析学习计划,见表1。

表1 研究性实验分析学习计划

3 实施阶段

3.1 征集相关信息及思路

针对气球回缩现象,师生先后请教了本校的物理教师、化学教师,以及对此现象感兴趣的教师,并宣传发动中学部的更多学生,征集对此现象的合理解释及建议。学生对这些收集来的资料、解释和建议进行整合,结合实验小组在网上及图书室查阅的相关资料,形成了下文的几种观点。

3.1.1 基本情况

“发酵现象”的原理是酵母菌分解葡萄糖生成二氧化碳,使实验瓶内的气体压力升高,进而出现气球膨胀现象。本实验两天后,却出现了反应液较少的实验瓶上方本来膨胀的气球不但缩小,而且回缩到瓶内的现象。如果是气球漏气,那么膨胀的气球会塌下,气球回缩只能说明原来的气体消失或转移,那么生成的二氧化碳到哪里去了?气球回吸入瓶,瓶内的那一部分气体到哪里去了?实验瓶内减少的是什么气体?二氧化碳?氮气?还是氧气?相比之下,另一个反应液较多的实验瓶上方的气球只是缩小,而没有出现回缩现象。

3.1.2 教师观点与学生设想

针对气球回吸,物理教师认为:实验瓶上方膨胀的气球回缩,只能说明瓶内气压变低,密闭瓶内气压变低的原因应是气体量的减少。化学教师从大气成分出发,进行了补充:大气的成分中包含78%的氮气和21%的氧气,酵母菌发酵产生了大量的二氧化碳,二氧化碳可溶于水,但不至于使气球回缩如此严重,而氮气生成溶于水的氨气的可能性很小,因为生成氨气的实验条件很高。基于此,学生提出设想:罩气球时,瓶内气体温度较高,加之发酵现象产生了热量及二氧化碳,使瓶内气压升高,故气球很快膨胀,后来,发酵停止,温度下降,二氧化碳溶解于水中,导致气压下降,故气球回缩。

3.1.3 网上资料

通过查阅网上资料,学生进一步整理了几种可能的解释:①培养液中可能存在杂菌,如自养菌,当酵母菌进入衰亡期后,其种间竞争优势落后,自养菌大量繁殖,而自养菌的繁殖需要利用二氧化碳作为碳源,因此,自养菌会消耗大量二氧化碳,使密闭体系中的气体压力降低。②培养基中的氮源过于丰富,酵母菌可以利用氮源生成氨,氨溶于水,气温下降会导致其溶解度增大,当瓶内的水充足时,大量氨气溶于水,使密闭体系中的气体压力降低。③随着营养物质的消耗和环境条件的恶化,酵母菌逐渐进入衰退期,其数量急剧减少,而好氧型细菌大量繁殖,使实验瓶内压强减小,气球被回吸入瓶内。此外,也有可能是空气中的某些自生固氮菌将氮气转化成了氨,但这并不是主要原因。