優(yōu)化“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗綜述

（南寧市第二中學(xué)，廣西 南寧 530022）

一、實驗背景

本實驗是人教版高中生物必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第4章第2節(jié)中的探究實驗，要求學(xué)生在掌握實驗操作技能，嘗試構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，初步掌握探究生物學(xué)問題的能力，包括確定變量、做出假設(shè)、設(shè)計實驗方案、處理和解釋數(shù)據(jù)等。該實驗存在實驗周期長、計數(shù)難度大、實驗數(shù)據(jù)難以繪制成教材中的曲線圖，以及對教師熟練掌握整個實驗操作過程要求較高，因此，適當改進實驗并讓學(xué)生能夠深入體驗探究實驗的過程，顯得格外的必要。

二、實驗的改進

（一）實驗設(shè)計的優(yōu)化

本實驗探究的是自變量是時間，研究隨時間變化種群的數(shù)量變化，決定了實驗周期較長，并在最后的表達和交流中“向全班匯報本小組7 天的數(shù)據(jù)，算出每一天全班各組數(shù)據(jù)的平均值”；但除時間因素外，同時存在影響酵母菌種群數(shù)量增長的其他因素，增加了實驗的開放性，有條件的學(xué)校可以在學(xué)生掌握了血細胞計數(shù)板的使用方法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自己設(shè)計相應(yīng)的影響因素，既可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，同時，更改時間這一自變量也可以節(jié)省時間。

（二）酵母菌培養(yǎng)基的優(yōu)化

教材中建議使用肉湯培養(yǎng)基或無菌馬鈴薯培養(yǎng)基，但通常教師會選擇用葡萄糖溶液進行培養(yǎng)；用葡萄糖進行培養(yǎng)對實驗有哪些影響？應(yīng)該選擇怎樣的糖濃度呢？在人教版高中《生物·選修1·生物技術(shù)實踐》附錄3 中我們了解到，前者是完全培養(yǎng)基，后者培養(yǎng)基中只有碳源，沒有其他無機元素。

（三）試驗時間的優(yōu)化

本實驗是“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”，數(shù)量變化是動態(tài)過程，需連續(xù)多天計數(shù)，耗時長。這也是該實驗在操作過程中最大的問題。有兩種改進方法可以提供參考：第一種方法是將學(xué)生分成小組，每一小組測定一天的酵母菌種群數(shù)量，最后匯集7 天的數(shù)據(jù)進行分析；第二種方法是實驗前7 天每天定時等量地配制酵母菌溶液，到第7天上課時集體計數(shù)。兩種方法各有優(yōu)點缺點，教師可以根據(jù)學(xué)校的實際情況酌情選擇。丁海華的研究表明兩套方案得到的數(shù)據(jù)略有差異，曲線圖走勢一致，證實第二套方案大大提高了實驗效率。

（四）觀察方法的優(yōu)化

該實驗中需要學(xué)生在顯微鏡直接觀察血細胞計數(shù)板，在視野范圍內(nèi)找到計數(shù)室并統(tǒng)計酵母菌數(shù)目，對學(xué)生的動手能力要求很高，要在課前對學(xué)生進行培訓(xùn)。而在實驗過程中，普通的光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)小，視野暗，不清晰，嚴重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。考慮不同學(xué)校條件的差異，可以從以下兩個方面進行優(yōu)化。第一，可以采用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)對視野進行采集、處理。李沁用顯微數(shù)碼系統(tǒng)代替普通光學(xué)顯微鏡進行《植物細胞有絲分裂的實驗》，既提高了實驗的成功率，也可以提高學(xué)生的接受能力。第二，在實驗過程中，可以用手機對圖像進行采集，處理。祁大林在進行《植物細胞的吸水和失水》的實驗中運用手機的拍攝功能成功拍攝到細胞吸水失水過程，并可拍攝視頻，供學(xué)生觀察，討論。

（五）觀察現(xiàn)象的優(yōu)化

在實驗觀察階段，學(xué)生要在相應(yīng)的群域內(nèi)統(tǒng)計觀察到的酵母菌數(shù)量，這里的數(shù)量含義應(yīng)該是活菌數(shù)。但是按照教材抽樣檢測得到的卻包含了死亡的菌體。在酵母菌的培養(yǎng)過程中，隨著培養(yǎng)基的消耗及代謝產(chǎn)物的積累，會有一定數(shù)目的酵母菌死亡，這樣會使活菌數(shù)和總菌數(shù)相差較大。為了確保實驗的準確性，可以對酵母細胞進行染色觀察。人教版高中《生物·必修1·分子與細胞》中介紹了臺盼藍染液可以鑒定細胞死活，但臺盼藍有毒，接觸過多容易致癌，因此可以用亞甲基藍染液代替臺盼藍染液。染色后酵母菌的計數(shù)問題，不同的學(xué)者有不同的研究，蔡華成在染色時一定要先把染液和待測酵母培養(yǎng)液按比例混勻。由于染液會導(dǎo)致酵母菌培養(yǎng)液被稀釋，因此酵母菌的實際數(shù)量應(yīng)該是實際計數(shù)數(shù)量乘以最終稀釋倍數(shù)；而何方紅則通過另外制作裝片，通過染色區(qū)分活菌和死菌，計算出兩者的比例。然后根據(jù)比例換算出酵母菌總菌數(shù)中含有的活菌數(shù)目。

（六）實驗結(jié)果的優(yōu)化

該實驗的實驗結(jié)果要求學(xué)生以時間為橫坐標，酵母菌的種群數(shù)量為縱坐標繪制種群數(shù)量變化曲線，但由于實驗中取樣的間隔為24h，如果完全按照教材進行實驗，對酵母菌取樣、計數(shù)后繪制曲線，與預(yù)期的“S”型曲線相比，曲線走向差別很大。

三、結(jié)論

由于本實驗有較大開放性，有很多可以選擇或優(yōu)化的細節(jié)，比如趙奐改進了酵母菌種群密度的方法，采用分光光度計計算培養(yǎng)的吸光度，計算種群密度，結(jié)果更直接，準確。在具體的教學(xué)過程中，教師可根據(jù)具體情況選擇、改進實驗方案。