開發生物家庭小實驗 輔助高考專題復習

摘 要 體現新課程理念，開展和開發生物課外家庭小實驗，探索高三復習課新模式，同時為開發具有本地特色的生物研究性課程提供素材。

關鍵詞 生物家庭小實驗 高三復習 研究性課程

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

生物科高考說明中對實驗考查的目標和要求是“使用恰當的方法驗證簡單的生物學事實，并能對實驗結果進行解釋和分析”。具體的能力考查要求包括2個部分：一方面是考生能夠設計簡單的生物學實·驗，另一方面則是能夠對實驗結果進行解釋和分析。完整的實驗設計既要求學生有較強的思考及操作能力，也要求學生有較強的分析綜合和邏輯思維能力，也就是說實驗設計考查的是考生的綜合能力。

這就要求學生能明確掌握生物學實驗設計的基本原則和方法，惟其如此，才能設計出一個完整嚴謹的實驗方案，也才能有根有據地分析解釋實驗結果、推導結論，根據部分實驗結果推測、預期后續實驗步驟的結果及理解、表述等。

在高三二輪復習階段，教師如何讓學生在比較枯燥的學習中激發和培養學生的實驗綜合能力，打破在實驗室進行的40min中培養實驗能力，解決目前應試教育中普遍以題目來訓練學生的實驗能力的做法呢?本文就以酵母菌在溫州農村日常生活中最常見的應用——制作米酒為素材，開展課外家庭小實驗，作為高三復習課切入點的探索，同時也達到開發具有本地特色的生物研究性課程的目的。

1 第一階段：收集釀酒方法

讓班級來自不同地方的同學搜集溫州地區民間釀酒方法，收集的3種方法歸納見表1。

2 第二階段：釀酒方法分析

教師引導學生從高考考綱對實驗能力的要求去分析以上3種民間流傳的傳統的做法，進而起到舉一反三的目的。

溫州不同農村傳統的釀酒做法可以做以下分析：

①實驗原理相同：酵母菌屬異養兼性厭氧菌，在正常情況下進行有氧呼吸，將糖分解，產生能量，供本身活動所需，并繁殖大量細胞。在缺氧條件下，酵母菌將糖分解成酒精和二氧化碳，稱為酒精發酵。發酵產生大量酒精，妨礙酵母菌的生長和繁殖。若酒精的濃度達14％或以上，酵母菌便死亡。

②從實驗材料的選擇看，米起到提供碳源和氮源、無機鹽及生長因子(可能)的作用，加水后就成為了天然培養基。從這點看來選擇米的種類不同，水源不同，會造成其中的無機鹽的種類，氨基酸的種類會有一定的差異。

③從實驗用具的選擇看，選擇的酒缸子均為用土燒制的，開口徑為35cm左右，缸壁約1cm厚，不透光。目的是方便開蓋通氣攪拌又容易密封，也方便將來取酒。取酒的時候為了得到澄清的酒溶液，用篾編成的桶置于培養液中，起到過濾的作用。

④從實驗步驟看，相同點表現在：把米浸泡一個晚上是為了讓淀粉水解，洗干凈蒸熟的目的是殺去其他微生物并進一步糖基化，易于被酵母菌利用。開始都要開蓋和攪拌的目的是為了有充足氧氣，等酵母菌大量繁殖到最大值時密封。不同點表現在：樂清和溫州藤橋要求菌種和水先混合24h，而蒼南礬山、馬站則沒這個步驟，而是直接把三者混合。我們比較發現三個地方的菌有所不同，經查資料可以確定蒼南礬山、馬站用的是紅曲中的一種，紅曲是由紅曲霉寄生在粳米(稻谷)上而成的曲。紅曲霉有耐酸、耐較高濃度酒精、耐缺氧的特點，但生長緩慢，只有在較高的溫度下才能繁殖，所以成為我國南方福建、廣東、臺灣一帶釀酒的重要酒曲。地理位置上蒼南礬山、馬站和福建毗鄰，所以對一年四季釀酒的時間不受限制，如果在冬季往往在缸壁外包裹上草編或麻袋以起到保溫作用，而樂清和溫州的曲俗稱黃曲，屬于哪種菌不清楚，因為要求在11月份進行，其他季節特別是夏季不進行。

⑤從實驗結果來看，將3個地方釀出的酒進行比較發現，發現出自蒼南的酒酒精度最高，顏色呈紅中帶綠。樂清和藤橋的菌和方法釀出的酒顏色和味道最接近，酒精度低一些，顏色為偏黃。但通過光學顯微鏡鏡檢發現形態并沒有不同，但可以推測酵母菌有很多品種，不同品種的酵母菌的次級代謝產物之一——色素不同，但黃(紅)酒中的營養應該相差無幾，因為它們的初級代謝產物是一樣的。

從以上的分析中，可以看出最早的設計者從實驗原理出發，進行材料用具的選擇，設計出了可行的方法步驟。最后均為了獲得可口美酒。在這過程中我們發現了很多值得去討論和探究的問題，可以在傳統的方法上設計下列實驗：

①探究同種酵母菌釀酒時開蓋時間的長短和出酒量的關系。

②探究溫度和釀酒時間的關系。

③探究不同酵母菌的菌落特征。

④探究潮漲潮落和酵母菌代謝的關系?(有位被訪者交代：開蓋初期潮漲，缸里的培養液會滿出來而潮落時會降下來。)

⑤光對釀酒的影響。

從可行性的分析，我們本次選擇了第一個問題進行實驗。

3 第三階段：釀酒探究

此階段主要目的在于親身體驗和實踐實驗過程，訓練實驗的設計能力和對設計中的不足提出改進并進一步發現更多問題：

學生按自己所帶的容器(干凈的廣口瓶或自帶廣口的玻璃瓶)的大小計算出所需要的米(用干凈的剩飯代替)、水、菌的量。學生設計了實驗進行釀酒，并在3月份進行。

在過程中不斷碰到的問題、解決方法和感觸如下：

①大多數學生問的第一問題就是自己所帶的瓶子中該放多少米、水和菌。這暴露出學生沒有獨立思考問題的習慣，習慣于被動接受知識的弱點，因為教師習慣于把知識嚼細了喂給學生。在計算過程中教師要引導學生如何考慮環境最大容納量的問題。

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②飯和菌混合后一天，容器中的物質形態發生了很大的改變，學生大呼這么臟的東西里出的酒能吃嗎?等他們耐心觀察2d后澄清的米酒出現，學生感嘆微生物的力量，紛紛提出建議：以后把食堂和家里的剩飯都留起來釀酒，只要把它們殺菌過就可以，因為酵母菌不會“挑食”。因為無論是用剩飯還是用新鮮的米飯都一樣能釀出酒來。

③由于我們選用玻璃瓶，可以清楚觀察到菌水混合后就有大量的氣泡的產生，加米飯后一天氣泡的量達到最多，后又有所減少，氣泡多少和哪些因素有關，如何定量氣泡數量和速率的問題。

④釀酒的過程原來這么簡單，但其中學問不少，釀出酒容易，釀好酒難!

根據觀察和對現象的分析，完成下列任務：

①畫出釀酒過程中酒精的數量隨時間變化曲線。

②畫出釀酒過程中米飯的數量隨時間變化曲線。

③畫出釀酒過程中有機物種類隨時間的變化曲線。

④畫出釀酒過程中的酵母菌的數量隨時間變化曲線。

⑤畫出釀酒過程中的二氧化碳的數量隨時間變化曲線。

⑥有什么方法可以測出酒精濃度?酒精濃度為什么只能達到一定值，一般不超過14％?

⑦有什么途徑可以節約釀酒的成本?

⑧如何保存和繁殖菌種?如何鑒別菌種的不同類型?

以上3個階段主要涉及高考考綱中以酵母菌為對象進行出題的知識點見表2。 從以上家庭小實驗的開展看，學生從具體感知_抽象→概括→實際應用的認識過程中，有2次飛躍：學生的認知活動要在具體感知的基礎上，通過概括，得出知識結論(感知到概括)；第二次，即把掌握的知識結論應用于實際(概括到應用)。只有完成這兩次飛躍，才算真正地完成教育教學目標。

4 開發生物家庭小實驗的積極意義

本小實驗的操作培養了學生設計實驗方案、驗證生物學事實的能力，培養了學生對實驗結果分析、解釋和推導結論的能力以及根據某些實驗條件和部分結果，推測下一步實驗結果的能力；同時也培養和訓練了學生對生物學實驗中常以圖、表等抽象形式所表達的生物學意義的理解能力，準確描述相關的現象、原理的能力。而這些能力正是適應于高考的新一輪改革，適應學科之間實驗的交叉和滲透，更適應對學生創新能力的自我展現。

當教室里彌漫著高考的緊張氣氛，學生不受實驗室和時間的限制，通過觀察自己制作的小實驗來復習的知識，學生印象深刻，教師在開始實驗到出酒的4d的課余時間幾乎都和學生討論碰到的問題，學生興趣高漲。

學生發現會家庭釀酒的人年齡多數在60歲以上，而且多是在農村，他們只知道過程但不知道原理，而學生只知道原理卻不知道實踐。這暴露出我們國家在提高社會科學素養方面要解決的矛盾問題，從而對提高全民科學素養的做法提出積極的建議。

通過實踐探究活動，學生在自由、合作探究的親身體驗中自由地交流，在合作中學習，在學習中合作，教師既是指導者，更是參與者、學習者，與學生一起成長，一起分享學生成功的喜悅，讓他們的個性得以展示，將學生引向了一個更廣闊的生活空間，使他們的潛能得以發展，情感得以深化，能力得以發展，思想道德和審美能力得到了提升。這樣的活動可以體現新課程理念，讓學生在生物與生活中的密切關系中尋找知識培養科學的實驗能力，并養成良好的科學習慣。

本家庭小實驗在初中和小學都可以開展。