探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化

1人教版生物必修3第4章第二节种群数量的变化探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化（教学设计）霍邱一中胡志坤一、为什么要选本实验本实验是必修3第四章第二节中的一个探究活动，目的是让学生通过对封闭环境中酵母菌种群数量动态变化的具体数据的检测、构建数学模型，认识酵母菌种群数量的动态变化规律，培养学生严谨的科学态度及独立探究的能力。本实验课在实际开展中会遇到较多的困难，突出表现在时间较长，难以组织学生开展。再加上我校班级众多，实验资源紧张，这就难上加难。突破本实验的教学难点正是教师亟需解决的问题，所以我选了本实验。二、学情分析通过前面知识的学习，学生对建构种群增长模型的方法已有了一定的基础，对于探究实验中如何进行实验假设、如何制定实验方案都有了一定的认识，但很难做到严谨、规范。血球计数板的计数方法对学生而言比较陌生，且熟练掌握有一定的难度，以及定量稀释中对移液管的使用还很不熟练，这些都需要得到科学有效的指导。三、教学目标依据《生物课程标准》的具体内容标准“尝试建立数学模型解释种群的数量变化”，结合学生的实际情况，特制定目标如下：（1）知识目标检测封闭环境中酵母菌种群数量，构建数学模型。（2）能力目标利用血细胞计数板进行酵母菌细胞计数的操作；数据的处理与分析；数学模型的建构。（3）情感目标培养学生热爱并善于思考、合作、交流、创新的品质。四、重点和难点1.重点：检测封闭环境中酵母菌种群密度，并构建数学模型解释种群的密度变化。2.难点：使用血球计数板对培养液中的酵母菌进行科学计数并计算出种群密度。五、教学课时1课时六、遇到的困难与解决办法（1）实际困难：2本实验前后历时较长，大约需一周的时间。况且，我校班级众多（每个年级有30多个班），实验室却只有2个，而且生物学科的课时有限（每周3节），这些客观因素让很多教师失去了上本实验课的勇气，通常以一节课的讲解了事。（2）解决办法：怎样用一节实验课完成呢？关键就是如何把一周7天酵母菌的数量“保存”下来！有没有可行的办法呢？我想到了低温冷藏！我在实验前作了这样的准备：准备8个容积均为250mL的锥形瓶作为培养器皿，编号为0，1，2，3，4，5，6，7，各加入葡萄糖质量分数为4.0%的无菌培养液100mL、0.1g活性干酵母，均以棉花封口。每一个锥形瓶的编号代表其在恒温箱中培养的天数，培养温度均为28℃；然后转移至0℃的条件下保存。这样，我们得到的数据与同一培养液中的酵母菌在7天内的数量变化相似。由于本节课的重点在于如何检测数据、分析数据及建构数学模型等，我们应把时间用在刀刃上，只有这样，才能将课堂有效教学落到实处。七、材料用具血球计数板（1mm×1mm大方格）、滴管、移液管、试管、显微镜、培养0－7天的含酵母菌的培养液（0℃的条件下保存）、显微镜、恒温箱等。八、教学设计思路3九、教学过程学生活动教师的组织与引导教学意图学生在老师的引导下思维活跃。本节课我要和同学们一道干什么呢？检测一周内酵母菌的种群密度，看看是如何变化的。把一周的种群密度变化呈现在一节课上，这恐怕有点像魔术吧？现在就是见证奇迹的时刻了！通过语言激发学生的学习情趣。各小组讨论并阐述自己的观点。展示：酵母菌的培养装置示意图。引导学生思考：在进行一个实验前，能否对酵母菌的数量变化作出合理的猜测？调动学生根据已有知识分析问题的积极性，培养学生的语言表达能力。学生讨论与交流果真能把酵母菌一周的数量变化呈现在一节课上吗？当然可以。我在一周前准备了8个容积均为250mL的锥形瓶作为培养器皿，编号分别为0，1，2，3，4，5，6，7，各加入葡萄糖质量分数为4.0%的无菌培养液100mL、0.1g活性干酵母，均以棉花封口。每一个锥形瓶的编号代表其在恒温箱中培养的天数，培养温度均为28℃，非常适合酵母菌繁殖，然后转移至0℃的条件下保存，此条件下酵母菌的数量基本保持不变。这样做的目的是干什么呢？来代表酵母菌在一周7天内的数量变化。既体现出了在实际问题的处理中灵活性的原则，也体现了科学性的原则，对学生想问题、办事情也是一种启发。学生思考与讨论，并与教师进行交流这样做有什么好处呢？帮助同学们节约了很多时间。这样做可靠吗？没有问题。表面上看是8个种群不同天数的数据情况，但实际上与同一个种群在一周内的数据变化相当。再加上本节课的重点在于如何检测数据、分析数据及建构数学模型等，我们把时间用在刀刃上。咱们今天共分8个实验小组，我给你们的编号是0，1，2，3，4，5，6，7，各小组负责检测与其编号相同的锥形瓶中酵母菌密度。当然，如果时间允许的话，每个小组也可以单独去检测8个锥形瓶中的酵母菌的种群密度。通过交流，达成共识。明确了本节课的重点所在。学生在教师的启发下思考与交流。如何统计酵母菌的种群密度呢？要知道1mL培养液中酵母菌的数量可能达到千万以上，逐一计数太难了！怎么办呢？我们可以使用血球计数板，里面有很多小格子，每个小格子的容积通常只有0.25×10－6mL。同学们有没有想过，1mL血液中血细胞的数量可达到几十亿，这个密度如何被统计出来的呢？我们先来了解一下血球计数板的计数原理。很自然地引入血球计数板的介绍。4学生观察、思考、讨论与交流。多媒体辅助介绍血球计数板的计数原理。血球计数板正中有两个血球计数室，请同学们用显微镜观察一下血球计数板的两个计数室，找到计数室中由很多密集细线纵横交织的中央大方格。观察一下中央大方格中有多少个小方格？结合学生的动手操作、观察，结合教师的讲解，学生能直观、生动、快速掌握血球计数板的计数原理。学生在实践中思考与分析。再想一想血球计数板上的数据“0.10mm,1/400mm2”是什么意思？是代表每个小方格的深度与面积。那么，每个小方格的容积可由此算出，是多少呢？计数时，我们可以计数一个小方格内的酵母菌数，也可以选5个中方格进行计数，共5×（4×4）也就是80个小方格，其总容积易求，是多少呢？设酵母菌在5个中方格的数量分别为N1、N2、N3、N4、N5，则酵母菌的密度为多少呢？培养学生思考、分析与计算能力。与学生一起讨论实验中可能出现的问题及处理策略。今天咱们就一律采用这种统计方法，类似于前面讲的“五点取样法”。如果在统计的时候，有的细胞压在线上，该怎么办呢？如果同学们发现小格内的酵母菌细胞数目太多，难以数清，怎么办？可以定量稀释。如：取1mL培养液加入9mL无菌水，也就是10倍稀释，摇匀后检测。最终算出的密度应怎样处理？要与稀释倍数相乘。现在，我们要准备取样了。引导学生思考，培养对问题的处理能力。学生思考与交流。血球计数板在使用时是先滴加培养液，再盖上盖玻片吗？原来恰好相反，是先盖上盖玻片！锥形瓶中的酵母菌的分布是否均匀？通常并不均匀，酵母菌可能会在瓶底沉积较多。那怎么办？先摇匀。引导学生冷静地思考与完成实验，帮助学生完善探究思路。学生动手做实验、统计与分析数据。操作提示：在盖玻片边缘滴加培养液后，稍等片刻，待培养液充满网格后，将多余培养液用吸水纸吸去。用显微镜观察时，用低倍显微镜找到计数室。可统计5个中方格中的酵母菌数量。学生实验与教师指导相结合，师生密切合作，对种群密度进行科学地统计。5各小组合作完成数据的统计与分析。要求学生将数据记录在下表中。促进学生在合作中感受到合作的趣味与价值。师生交流在此期间，教师与学生就学生可能遇到的有关问题展开讨论。例如：（1）酵母菌看得不太清楚。（2）个别酵母菌出芽。……热烈的讨论促进了师生的科学探究热情。小组共同合作，完成数据统计。将黑板上的表格完成。8个小组各派代表完成其负责的数据。天数N0N1N2N3N4N5N6N7菌数（106个/mL）共同合作，以培养合成精神与协调能力。学生动手建构数学模型，并作交流。要求学生画出酵母菌的增长曲线，并对这种变化趋势进行讨论，分析与当初的假设是否一致，如果不一致，思考一下可能的原因。培养学生的数据处理能力、动手能力、数据与图形的转换能力。学生思考、讨论，并请各小组派代表发表自己的看法。[精典实例研讨]为研究酵母菌种群密度的动态变化，某同学按下表所列条件进行了A、B、C和D共4组实验，用1000mL锥形瓶作为培养器皿，棉塞封口，在25℃下静置培养，其他实验条件均相同，定时用血球计数板计数。根据实验结果绘出的酵母菌种群密度变化曲线图如右，请分析、回答以下问题。（1）4个实验组酵母菌种群密度变化趋势大体相同，但也有不同之处，主要表现在什么地方？峰值的高低与出现峰值的快慢是不同的。（2）4个实验组在条件上的差别主要是什么？通过精典例题的思考与分析，巩固新学的知识，激活学生的思维能力，做到活学活用，使知识与能力都有较大的提升。6葡萄糖浓度与溶液总体积。（3）葡萄糖浓度影响单位体积溶液中营养的供应，而溶液总体积能影响什么？能影响单位体积溶液中氧气的供应，这是为什么？（4）请说出A、B、C、D与4条曲线的对应关系。学生认真清洗血球计数板，各小组打扫好所在区的卫生。总结：由此可见，影响酵母菌种群数量增长的因素有很多。同学们有兴趣的话，可以在课后设计实验进一步的探究。在实验结束的时候，请同学们注意血球计数板的清洗。有人用试管刷蘸洗涤剂擦洗血球计数板，这种做法是科学的吗？当然不科学！血球计数板一定要注意保护，正确方法是先浸泡一下，再用自来水直接冲洗就可以了。课后思考题。（略）培养学生优秀的品质，激励学生爱护实验物品、保护环境，做个高素质的好公民。十、板书设计第二节种群数量的变化探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果、得出结论表达交流进一步探究十一、教后反思（成功经验）本节课因为勇于创新、准备充分，课堂效率很高。这节实验课教学最大的成功之处在于：我在认真研读课标、教材的基础上抓住重点、突破难点，把一组培养液中的酵母菌的7天培养与检测这个分散事件集中在一起，变成多组酵母菌（初始条件相同）经不同天数培养后冷藏保存、集中检测的形式，让教师在准备工作上有足够地投入，从而节约了大量的时间与资源，组织起来也高效有序，使一节课堂教学既高度体现了教师的指导作用，又极大程度地实现了学生动脑与动手的主体作用。其次是，通过多媒体的精心设计，使学生很快明白了血球计数板的计数原理及计数方法；各小组分工合作，分别对应检测一周7天的数据，实现了时间的优化。7这节课的成功于我最大的收获就是：教师不仅要认真研读课标与教材，同时也要勇于探索与创新，根据实际情况组织好实验课的教学，而绝不能生般硬套地停留在形式上