“探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化”的教學嘗試

呂 濤

(重慶市教育科學研究院 400015)

“探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化”是人教版高中生物學教材必修3《穩態與環境》第4章“種群和群落”第2節的內容，是基于課程標準中“嘗試建立數學模型解釋種群的數量變化”活動建議而設置的一個探究性實驗。該實驗由于所需時間跨度大、實驗操作難度較高、實驗條件有限等原因，開出率極低(我市2014年初進行的高中生物學實驗教學現狀調查結果顯示：該實驗的開出率不到1%)。為提高該實驗的開出率，提升實驗教學質量，筆者組織部分教師就該實驗的教學組織、重難點的確定、實驗材料和方法的優化等方面展開探討，進行了如下的嘗試。

1 教學策略

1.1 明確目標，突出重點 開展該實驗的主要目的是進一步培養學生收集、整理、分析數據的能力，讓學生親身經歷建立數學模型的過程，通過親自研究一個真實的種群，加深其對種群數量變化相關知識的理解。實驗中所涉及到的微生物培養法、抽樣檢測法和顯微觀察法都是為達到這一目的所必須采用的一些技術手段。在有限的教學時間里，只需要讓學生了解相關操作技能即可，不必過分糾纏于實驗操作的細節和技巧，應將更多的精力用于引導學生設計實驗、形成思路，著力培養學生的探究思維。確定了這一認識后，對教學時間的分配、教學內容的取舍、教學內容呈現的順序等做了新的規劃。

1.2 將信息技術與課程資源融合 為了實現教學目標，構建了“數字化環境與技術支持下的實驗大課堂”(圖1)。

圖1 基于數字化環境與技術支持的實驗探究框架

在課前創設QQ數字化環境下基于資源平臺的自主個性化學習。課前所得的學習資源和成果為課堂探究開展提供支持，同時在課堂上運用各種信息技術手段突破實驗教學的瓶頸。課堂教學中的一些生成性問題為課后總結提升和進一步探究提供新的學習資源，實現QQ數字化環境下實驗探究的可持續發展。

2 教學過程

2.1 “課前發現”環節 組建興趣小組，指導學生提前一周進行個性化學習，并到實驗室完成酵母菌培養的相關實驗；錄制實驗操作視頻。教師利用QQ群發布課程資源和學習任務，如提供“血球計數板滴加培養液的操作”微視頻等。

在此平臺上，學生可以與其他學生、教師以及大學微生物學教授進行討論。自主學習讓學生發現了大量問題，為之后的實驗探究做準備。

2.2 “課堂探究”環節 出示酵母菌培養液示意圖并提問:培養液中的酵母菌在適合的條件下，會不斷增殖，其種群數量處于動態變化中，那么，哪些因素會影響酵母菌種群數量的變化？

學生思考、討論并總結歸納出相關因素(如時間、溫度、pH值、營養、氧氣等)。在此基礎上，師生共同選擇其中一個影響因素(如時間)展開探究：培養液中酵母菌種群數量隨時間如何變化？探究過程包括以下環節：①作出假設。根據之前所學，教師引導學生預測培養液中酵母菌種群數量隨時間變化的情況，并用曲線圖表示變化的結果。②設計實驗。師生共同討論、確定實驗步驟：配制液體培養液 → 接種少量酵母菌 → 適宜條件下培養 → 定期取樣 → 觀察、測定酵母菌種群數量 → 記錄、處理數據。③進行實驗。興趣小組學生代表通過視頻展示酵母菌的培養實驗流程和感悟，實現生生之間的互助共享。實驗中需要利用血球計數板檢測酵母菌的種群數量，通過課前發現環節的視頻觀摩和課堂上興趣小組同學的介紹，學生基本了解了血球計數板的使用方法。由于血球計數板操作難度較大，短時間內學生不可能熟練掌握，可指導學生對興趣小組提供的樣品進行計數(每兩個小組測定同一個樣品)，通過顯微攝像投影等技術，師生共同討論解決實驗操作中遇到的生成性課程資源問題，如“線上酵母菌的計數”“酵母菌上有芽體時如何計數”“視野中出現一團菌體”等。④結果處理。教師引導學生設計表格記錄統計的結果，引導學生思考：怎么直觀地表示酵母菌的種群數量變化？啟發學生將表格中的數據轉換成直觀形象的曲線圖。教師指導并協助學生完成曲線的繪制。在這個環節中，教師引導學生將數據變成曲線，這其實是引導學生進行數學模型構建的一種嘗試和實踐。對實驗數據的處理與分析是建立數學模型的重要依據。考慮到學生是初次使用血球計數板進行顯微計數，所得數據誤差較大，因此，在全班學生根據課堂測定的數據繪制了曲線之后，教師利用Excel軟件將課前興趣小組學生獲得的數據自動生成酵母菌種群數量變化曲線，供學生在接下來的環節中交流討論。⑤交流分享。教師引導學生展示本小組所繪制的曲線圖，相互交流、評價，對照Excel自動生成的曲線進一步修正完善曲線圖。在此基礎上，引導學生根據實驗的結果，修正之前的實驗預測，最終得出了在一周之內種群數量呈S型增長的結論。

2.3 “課后提升”環節 課后再次借助QQ數字化平臺促進反思和提升，實現學生的普通需求和個性化需求(長遠發展)的有機統一。一方面學生可利用平臺完善實驗設計等資源，例如，利用word完善實驗數據記錄表的設計；利用Excel處理實驗數據建構數學模型等，上傳QQ群分享交流；對感興趣的其他問題進行進一步探究，簡述設計的基本思路，例如，有學生就提出了氧氣濃度、pH值、營養供應等因素對培養液中酵母菌種群數量動態變化的影響等新的研究課題。另一方面教師在平臺上提供多元評價方案，如“紙筆測驗”“小組內合作學習能力”“實驗操作檢核”以及“探究實驗設計能力”等方面的評價依據。

3 教學反思

3.1 整體規劃實驗教學，逐步培養學生的實驗能力 課標所要求的實驗能力的達成，是通過整個高中階段的實驗教學來實現的，應該整體規劃高中階段的實驗教學，在各冊教材中分解實驗與探究的各個環節，逐步滲透落實，深化學生對生物學研究方法的認識和應用。例如，“探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化”是必修三的一個探究性實驗，在此就不應該再花過多的時間和精力去向學生強調探究的每一個環節、實驗設計的基本原則，應該根據課標的要求，落實必修三重點強調的數學模型的建構；本實驗涉及到的微生物培養法是選修一部分實驗教學要培養的相關實驗技能，在此也不必花費太多時間；至于血球計數板的使用專業性很強，通過該實驗的開展，學生知道有顯微計數法這一研究手段，了解血球計數板的基本使用方法即可。總之，在開展某一實驗時，一定要目標明確、重點突出，切忌面面俱到。

3.2 開展基于數字化環境與技術支持的實驗探究 在本例中，利用信息技術的優勢，構建了以QQ為載體的數字化教學環境，并根據教學的實際，融合了其他信息技術手段，建設了數字環境下的實驗教學大課堂。在這個大課堂中，發揮了信息技術開放性、共享性、交互性、研究性和及時反饋性的優勢，將學生的個性化自主學習、小組合作學習、專家和教師的指導學習緊密結合起來，有利于形成學習共同體和深度學習。在互動中，關注學習者的“傾聽”“理解”“思考”“反饋”“情感陶冶”的過程，提升學生的思維，提高了學生的學科核心素養。