(南寧市第二中學(xué),廣西 南寧 530022)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。