“酵母細胞固定化實驗”的教學設計

【摘 要】在“酵母細胞固定化實驗”一節的教學中，課前教師做好探究工作，找到配制海藻酸鈉溶液最適宜的劑量，在實驗中人為設置變量，讓學生在實驗結果的比較過程中將各個細節知識點分解落實到位。

【關鍵詞】酵母細胞；固定化；分組實驗

一、教材分析

“酵母細胞的固定化”實驗是人教版高中《生物》教材選修1專題4 《酶的研究與應用》中的重要實驗之一，該實驗是近幾年教材中新出現的實驗，大部分工作多年的老教師沒做過這個實驗，如果嚴格按照課本的要求來制作，能否制作出符合要求的凝膠珠，對于缺乏實驗經驗的教師和學生來說是一次考驗，如果實驗失敗，將會極大地影響教師和學生實驗的積極性，為了能夠在短短的45分鐘內順利完成此實驗，本人結合自己的實踐，從教學內容和實驗方案方面做如下的嘗試。

二、實驗目標

1.讓學生動手對酵母細胞進行固定化，并圍繞固定好的酵母細胞（凝膠珠）的形態和顏色來理解固定化過程的操作要領；

2.體會固定化酶的優越性。

三、教學過程設計

1.課前準備

1.1分組：學生分為四組（事先在每組選出一個代表，并對所選代表進行預先培訓，以便讓他們在課堂實驗中指導本組同學操作，防止人為因素對實驗結果造成影響。）

第一組：0.7克海藻酸鈉加入10mL蒸餾水

第二組：0.7克海藻酸鈉加入20mL蒸餾水

第三組：0.7克海藻酸鈉加入30mL蒸餾水

第四組：0.7克海藻酸鈉加入40mL蒸餾水

1.2提前一小時用蒸餾水將酵母細胞活化；提前24小時利用固定化酵母細胞和干酵母進行酒精發酵（各準備4組）。

1.3提前做好探究工作，找到配制海藻酸鈉溶液最適宜的劑量。

2.實驗過程

教師指導學生分為4組按照課本的實驗步驟進行操作，每一組都有一個事先培訓過的代表來指導本組其他同學的操作。

2.1酵母細胞的活化。設疑：酵母細胞為什么要活化？活化前后酵母細胞的代謝速率有何變化？活化為什么要選用50ml的燒杯？

2.2 配制0.05mol/L的CaCl2溶液。設疑：CaCl2溶液在此實驗中有何作用？

2.3配置海藻酸鈉溶液。四組依次配置不同濃度的海藻酸鈉溶液。第一組，0.7克海藻酸鈉放入50mL小燒杯中加入10mL蒸餾水；第二組，0.7克海藻酸鈉放入50mL小燒杯中加入20mL蒸餾水；第三組；0.7克海藻酸鈉放入50mL小燒杯中加入30mL蒸餾水；第四組， 0.7克海藻酸鈉放入50mL小燒杯中加入40mL蒸餾水。分別將各組小燒杯放在60℃恒溫水浴鍋中加熱，邊加熱邊攪拌，將海藻酸鈉調成糊狀，直至完全溶化。（不用酒精燈間斷加熱，主要因為在加水比較少的情況下，海藻酸鈉根本還沒來得及溶解就已經焦糊了）

2.4海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合。設疑：為什么要將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后加入已活化的酵母細胞？如果不冷卻將會導致什么后果？從而提醒學生注意一定要先冷卻，再與活化的酵母細胞混合，否則最終固定的將是被燙死的酵母菌，無法發酵。

2.5固定化酵母細胞。每一組都讓事先培訓過的代表來指導本組其他同學以恒定的速度將注射器中的溶液滴加到配置好的CaCl2溶液中。（注意控制好滴加的速度和注射器的末端與CaCl2溶液液面之間的距離。）同時安排同一小組的個別成員將注射器中的溶液滴加到蒸餾水中，比較并觀察現象，從而理解CaCl2溶液在此實驗中的作用。

3.學生觀察實驗現象，完成以下表格

4.結果分析與評價

引領學生思考：①通過比較四組凝膠珠的顏色和形狀，海藻酸鈉溶液濃度對實驗結果有何影響？②同一小組內成員得到的凝膠珠顏色和形狀也有差異，從整個操作程序上看，還應該怎樣改進？③如何檢測凝膠珠的質量是否合格？

5.后續實驗

把提前24小時利用固定化酵母細胞和干酵母進行酒精發酵的燒瓶分發到四個小組，讓小組的每一個成員都看一看（看哪個燒瓶中產生的氣泡多）；聞一聞（聞哪個燒瓶的酒味更重，除了酒味還有沒有其他雜味）；想一想（為什么直接加入酵母菌的燒瓶產生的氣泡多？為什么釀出來的酒中有雜味，要想除去異味，還有那些注意事項？直接用干酵母和用固定化酵母細胞發酵各有什么特點？）

四、教學反思

在酵母細胞的固定化實驗中，通過分組實驗，每一組配置不同濃度的海藻酸鈉，既能體現實驗的平行重復原則，又能激發學生的好奇心。通過比較很容易得到結論：海藻酸鈉濃度過高，實驗失敗，海藻酸鈉濃度過低，凝膠球所固定的酵母細胞太多，呈白色，這要比空洞的說教更有說服力，而且在潛移默化中讓學生學會了如何探究適宜的海藻酸鈉濃度。通過后續實驗，在給予的適當的提示誘導之后，將問題拋出，細胞的固定化是要求在無菌的條件下操作的，怎么營造一個嚴格的無菌的環境，引發學生更深層次的思考。

【參考文獻】

[1]生物選修一.生物技術實踐.教師教學用書.酶的研究與應用.專題分析

（作者單位：江蘇省口岸中學）