優(yōu)化生物實(shí)驗(yàn)教學(xué) 提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

陳春紅

[摘要]通過(guò)實(shí)踐“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，總結(jié)出幾點(diǎn)心得：教師利用先進(jìn)技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)可使科學(xué)研究更容易、更直觀;精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生懂得“只有堅(jiān)持，不怕繁雜，面對(duì)龐大而枯燥的數(shù)據(jù)不退縮，才能發(fā)現(xiàn)生物學(xué)規(guī)律”;討論實(shí)驗(yàn)中用到的方法和引入一些科學(xué)思想，緊隨高考改革思路，可讓理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)代技術(shù);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);數(shù)據(jù)處理;消毒滅菌思想

[中圖分類(lèi)號(hào)]

G633.91

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號(hào)] 1674-6058（2020）17-0086-02

近年來(lái)，高考生物對(duì)實(shí)驗(yàn)的考查所占分值越來(lái)越大，要求學(xué)生必須具備實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)思維。因此，教師在教學(xué)時(shí)需重視實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生去模擬實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，能從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，學(xué)會(huì)科學(xué)的研究方法，從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。通過(guò)實(shí)踐“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，筆者總結(jié)了以下幾點(diǎn)心得。

一、整合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀器與電腦軟件

“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)中需要用到的儀器比較多，教師的前期工作就是幫助學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)儀器。浙教版教材是先測(cè)定菌液渾濁度與菌液密度之間的關(guān)系，再通過(guò)渾濁度間接反映菌液密度，但這種方法不能精確地測(cè)出酵母菌種群的數(shù)量，僅僅是估算，因此無(wú)法體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的細(xì)微差距，而人教版教材則使用血球計(jì)數(shù)板直接測(cè)定菌液密度，最終的結(jié)果更直觀，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)更容易理解。教師多采用后者進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)中需要對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器與電腦軟件進(jìn)行整合。如把血球計(jì)數(shù)板放在數(shù)碼顯微鏡上，通過(guò)電腦軟件將數(shù)據(jù)直接呈現(xiàn);如果沒(méi)有條件也可用手機(jī)拍攝光學(xué)顯微鏡下觀察到的視野，若拍出來(lái)的圖片較模糊，還可在尊重事實(shí)的情況下用修圖軟件進(jìn)行修飾。實(shí)驗(yàn)中要處理的數(shù)據(jù)比較多，要定期測(cè)七天，還要探究不同的溫度或不同濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)酵母菌種群數(shù)量的影響等，而且還要從這些數(shù)據(jù)中找出規(guī)律。如果由教師提供學(xué)案，讓學(xué)生測(cè)數(shù)據(jù)、填數(shù)據(jù)，然后描點(diǎn)畫(huà)圖，這樣會(huì)很費(fèi)時(shí)。而利用Excel表格，只要把數(shù)據(jù)輸入，然后生成曲線(xiàn)圖，不管什么樣的數(shù)據(jù)都可以快速生成，這樣就可以很容易地比較出數(shù)據(jù)的異同了。方便易操作的現(xiàn)代技術(shù)會(huì)讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)事半功倍。

二、注重實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新

很多時(shí)候，教師在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，都是先給出實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)步驟，然后讓學(xué)生按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)零失誤。在這樣的教學(xué)中，學(xué)生如同工廠流水線(xiàn)上的工人，只要做出來(lái)的“產(chǎn)品”合格就行了，對(duì)于“產(chǎn)品”的設(shè)計(jì)、用途、實(shí)質(zhì)完全不聞不問(wèn)。如此教學(xué)完全與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)背道而馳。為此，在教學(xué)“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)時(shí)，筆者改變教學(xué)方法，用大量的事實(shí)引入實(shí)驗(yàn)原理，描述自然界中生物數(shù)量的變化規(guī)律，如小龍蝦數(shù)量的變化、棉鈴蟲(chóng)數(shù)量的變化、長(zhǎng)江白鰭豚數(shù)量的變化等，再基于前面已經(jīng)學(xué)習(xí)的“J”型和“S”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)，引發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題：在一定溫度和特殊培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量如何變化？各個(gè)小組可在實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行預(yù)測(cè)（即做出假設(shè)），然后通過(guò)自己的方法加以驗(yàn)證。對(duì)于實(shí)驗(yàn)材料，若條件允許應(yīng)多提供些，讓學(xué)生有選擇的余地。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則是設(shè)置對(duì)照，控制變量。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，只需重復(fù)計(jì)數(shù)，把節(jié)約的時(shí)間用在對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題的分析和后期的數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)盡量讓學(xué)生白己處理和分析，這樣獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果才能令學(xué)生信服。但7天的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)怎樣讓學(xué)生在同一天呈現(xiàn)呢？可以讓不同的實(shí)驗(yàn)小組測(cè)培養(yǎng)天數(shù)不一樣的酵母菌（需在相同的培養(yǎng)條件下），然后把各組的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。若怕誤差太大，則可讓每組對(duì)同一個(gè)培養(yǎng)瓶做7天連續(xù)的測(cè)定，把所有的數(shù)據(jù)輸入Excel生成圖形，最后對(duì)不同的圖形進(jìn)行分析。不要丟棄任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析這些結(jié)果出現(xiàn)的可能原因，如有雜菌污染，或培養(yǎng)后期數(shù)量太多數(shù)不清，或誤將計(jì)數(shù)板方格邊緣的酵母菌也記在里面。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的問(wèn)題和誤差進(jìn)行分析、思考后，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行修正，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生的操作能力、思維能力、科研能力都得以提高，并對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)印象深刻。

三、堅(jiān)持處理繁雜數(shù)據(jù)

生物學(xué)規(guī)律的得出，很多時(shí)候需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)龐大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律就是計(jì)數(shù)了幾十萬(wàn)顆豌豆才得出的;基因成千上萬(wàn)，進(jìn)行分析和排除工作量也很大;等等?！疤骄颗囵B(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)中通過(guò)抽樣檢測(cè)法，利用血球計(jì)數(shù)板和顯微鏡進(jìn)行計(jì)數(shù)，每隔24小時(shí)進(jìn)行取樣，為了減少誤差每次取樣應(yīng)計(jì)數(shù)多次，然后取平均值，再將求得的數(shù)據(jù)換算成每毫升中酵母菌的數(shù)量。若酵母菌密度過(guò)大，還需要將樣品稀釋后計(jì)數(shù)，對(duì)位于數(shù)格線(xiàn)上的菌體只計(jì)數(shù)上、右邊線(xiàn)上的。如遇酵母菌出芽，視情況而定進(jìn)行計(jì)數(shù)，芽體超過(guò)一半的可計(jì)為一個(gè)。所有數(shù)據(jù)匯總到表格，再通過(guò)曲線(xiàn)圖來(lái)直觀呈現(xiàn)。這是一個(gè)比較煩瑣的過(guò)程，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生耐心地完成所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，并讓他們明白只有大量數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，才能盡可能地減少誤差，結(jié)果才更接近于事實(shí)的真相。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師需讓學(xué)生體會(huì)統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，學(xué)會(huì)處理數(shù)據(jù)，并且堅(jiān)持這個(gè)過(guò)程。當(dāng)學(xué)生從數(shù)據(jù)中找出規(guī)律并能順利地解釋一些生物學(xué)現(xiàn)象，他們會(huì)獲得極大的成就感，從而對(duì)生物學(xué)習(xí)更感興趣。

四、于微生物培養(yǎng)過(guò)程中引入消毒和滅菌思想

培養(yǎng)酵母菌的過(guò)程中，污染成為很?chē)?yán)重的問(wèn)題，尤其是用天然培養(yǎng)液（如土豆培養(yǎng)液、肉湯培養(yǎng)液等）進(jìn)行培養(yǎng)，雜菌污染嚴(yán)重時(shí)可能影響到酵母菌的顯微觀察，如果通過(guò)渾濁度間接反映種群密度，這個(gè)渾濁度是酵母菌和污染菌共同產(chǎn)生的，就無(wú)法反映酵母菌的種群密度，所以對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行無(wú)菌處理非常重要。在現(xiàn)代生物技術(shù)中很多時(shí)候都需要滅菌處理，不然可能會(huì)直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗，如植物組織培養(yǎng)技術(shù)，將脫離的組織或細(xì)胞培養(yǎng)成愈傷組織;還有動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)、早期胚胎培養(yǎng)等都需要滅菌處理。那么，如何進(jìn)行滅菌處理呢？消毒是指使用較為溫和的物理或化學(xué)方法殺死物體表面或內(nèi)部的部分微生物（不包括芽孢和孢子）。滅菌則是指用強(qiáng)烈的理化因素殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子。對(duì)于一些生物組織只能進(jìn)行稍微地消毒處理，如用酒精或次氯酸鈉等消毒，這樣既能起到消毒作用又不會(huì)對(duì)組織細(xì)胞有較大的損害。而對(duì)酵母菌的培養(yǎng)液需進(jìn)行煮沸滅菌處理，想要滅菌效果更好可用高壓蒸汽滅菌鍋，然后再放到無(wú)菌的環(huán)境中進(jìn)行接種和培養(yǎng)，這樣才能較準(zhǔn)確地計(jì)數(shù)酵母菌的數(shù)量變化情況。近年來(lái)，微生物在生活和實(shí)踐中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，包括制藥、治理環(huán)境污染、檢測(cè)毒性等，微生物培養(yǎng)不可或缺。高考也越來(lái)越重視這方面的考查，如2014年江蘇高考就涉及了滅菌鍋的使用，以及一些微生物學(xué)知識(shí)。消毒和滅菌是微生物培養(yǎng)和運(yùn)用中非常重要的一環(huán)，因此教師在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)滲透消毒和滅菌思想。

總之，開(kāi)設(shè)好高中生物實(shí)驗(yàn)課，還需教師不斷地摸索，爭(zhēng)取利用各種資源，開(kāi)拓學(xué)生思維，樹(shù)立科學(xué)思想，構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)而高效的高中生物課堂，促使生物教學(xué)不僅能為高考服務(wù)，還能為培養(yǎng)科學(xué)人才服務(wù)。

[參考文獻(xiàn)]

[l]趙奐.“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”實(shí)驗(yàn)研究[J].生物學(xué)通報(bào)，2011（5）：53-56.

[2]陳維.探究溫度對(duì)酵母菌種群數(shù)量的影響[J].生物學(xué)通報(bào)，2008（ 12）：46-48.

（責(zé)任編輯 黃春香）