探究酵母菌的細(xì)胞呼吸

韓璐

一、教材分析

1.課標(biāo)要求：人教版高中生物必修一明確要求學(xué)生通過探究酵母菌的細(xì)胞呼吸真切地體會(huì)細(xì)胞物質(zhì)和能量的變化，感受生命的本質(zhì)，這也是達(dá)成必修一整體課程目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，因此課標(biāo)在活動(dòng)建議中做出了具體要求。

2.教材對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容做出了具體的描述，取材容易，但作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)來講，它耗時(shí)長(zhǎng)，裝置連接復(fù)雜，有氧、無氧條件難以控制，所以學(xué)生很難利用一節(jié)課時(shí)間完成自主探究。

二、學(xué)情分析

1.學(xué)生在知識(shí)方面已有一定的基礎(chǔ)和鋪墊。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ψ矫妫狈Κ?dú)立探究能力，所以本節(jié)實(shí)驗(yàn)采取小組合作、探究學(xué)習(xí)的模式，利用學(xué)生的差異，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)來體驗(yàn)、學(xué)習(xí)、自主獲得新知。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)生通過課前發(fā)面實(shí)驗(yàn)，提出問題并能夠假設(shè)出酵母菌細(xì)胞呼吸的方式及產(chǎn)物。2.學(xué)生通過閱讀課本，能準(zhǔn)確說出“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”的實(shí)驗(yàn)原理。3.學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的討論、實(shí)施等環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)操作、設(shè)計(jì)及探究的能力。

最終目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的提升。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

（一）提出問題

生活中蒸饅頭、釀酒都會(huì)用到酵母菌，酵母菌在當(dāng)中分別起了什么作用？

（二）作出假設(shè)

首先讓學(xué)生匯報(bào)發(fā)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果顯示，有氧組面團(tuán)體積增大，內(nèi)部充滿氣體，呈蜂窩狀，面團(tuán)變濕。無氧組面團(tuán)體積略增大，內(nèi)部也有氣體，似蜂窩狀，打開塑料袋有酒味。學(xué)生根據(jù)以上結(jié)果作出假設(shè)。

（三）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1.組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）怎樣控制自變量（有氧、無氧條件的控制）？

（2）怎樣檢測(cè)因變量（CO2、酒精的檢測(cè)）？

要求：學(xué)生以小組為單位討論5min，設(shè)計(jì)并畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖。

2.評(píng)價(jià)并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案

絕大多數(shù)學(xué)生設(shè)計(jì)的方案與教材實(shí)驗(yàn)方案類似。

引導(dǎo)學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案的不足，并嘗試改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

（1）控制自變量（有氧條件、無氧條件）方法的改進(jìn)。對(duì)于有氧條件，學(xué)生根據(jù)剛學(xué)過的酶的相關(guān)實(shí)驗(yàn)聯(lián)想到，用FeCl3催化H2O2制造純氧：將H2O2放在分液漏斗中，通過控制活塞實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置連續(xù)、勻速供氧。對(duì)于無氧條件，學(xué)生受化學(xué)實(shí)驗(yàn)啟發(fā)，提出在酵母菌培養(yǎng)液表面鋪一層液態(tài)石蠟來隔絕空氣。

（2）檢測(cè)因變量方法的改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)中酒精的檢測(cè)過程，學(xué)生發(fā)現(xiàn)持續(xù)通氧的情況下依然檢測(cè)到重鉻酸鉀的顏色變化，可并沒有聞到酒味，通過查閱資料，酒精與重鉻酸鉀的濃硫酸溶液的反應(yīng)并不是特性反應(yīng)，其他含有還原性羥基的有機(jī)物，如葡萄糖。此外，文獻(xiàn)顯示，實(shí)驗(yàn)用酵母菌在固定化生產(chǎn)過程中添加了山梨醇酐單硬脂酸酯（SMS），因SMS含有3個(gè)羥基，也能使酸性重鉻酸鉀變成灰綠色。針對(duì)上述情況做了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葡萄糖、酵母菌溶液均能使酸性重鉻酸鉀變成灰綠色，嚴(yán)重干擾了實(shí)驗(yàn)。

因此更換為無添加劑的啤酒酵母;葡萄糖是還原糖，其醛基能被酸性重鉻酸鉀氧化，發(fā)生變色反應(yīng)，故改為非還原性的蔗糖。

緊接著又有學(xué)生提出有沒有其他方法可以定量檢測(cè)酒精？一位同學(xué)想到，可以用交警檢測(cè)酒駕所用的吹氣式數(shù)字酒精檢測(cè)儀。這種檢測(cè)儀內(nèi)有酒精傳感器，當(dāng)氣體從吹嘴進(jìn)入，10 s后LTD屏?xí)@示出氣體的酒精含量。為保證短時(shí)間內(nèi)有足夠的氣體進(jìn)入吹嘴，測(cè)試前需對(duì)酵母菌培養(yǎng)液加熱，加速酒精揮發(fā)。特別要注意的是，應(yīng)先讓酵母菌溶液在常溫下反應(yīng)15-20min，待CO2 檢測(cè)完成后，再加熱約1min，最后連接數(shù)字酒精檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)

又有同學(xué)提出澄清石灰水對(duì)二氧化碳量的檢測(cè)帶有很強(qiáng)的主觀性，利用實(shí)驗(yàn)室配備的數(shù)字化探究?jī)x器對(duì)二氧化碳的量進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到數(shù)據(jù)的可視化。對(duì)于密封性的改進(jìn)，學(xué)生想到了他們平時(shí)經(jīng)常玩的黏土，封住瓶口的縫隙，使有氧裝置實(shí)現(xiàn)了通氣的同時(shí)保證密封。

（3）無關(guān)變量的控制。教材原配方是“將10 g新鮮食用酵母溶于240 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的葡萄糖溶液中”，這個(gè)配方所需的培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，將配方改為“先將20g無添加劑的干酵母溶于300 mL 25 ℃左右溫水中活化約10 min，再取60mL上述活化液與15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的蔗糖溶液混合”。這一改良使二氧化碳的檢測(cè)只需十幾分鐘就能完成。

（四）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（五）得出結(jié)論

1.酵母菌有氧呼吸產(chǎn)物有水和CO2;無氧呼吸產(chǎn)物有酒精和CO2 。2.相同時(shí)間內(nèi)有氧呼吸產(chǎn)生CO2比無氧呼吸多。

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反饋評(píng)價(jià)，組內(nèi)評(píng)價(jià)各小組成員的表現(xiàn)，總結(jié)本次合作過程中做的比較好的方面。利用電子白板組間交換共享數(shù)據(jù)，相互評(píng)價(jià)，進(jìn)行誤差分析，促進(jìn)共同提高，最后教師肯定同學(xué)們本次探究活動(dòng)的表現(xiàn)，并提出進(jìn)一步可探究的問題。

（六）實(shí)驗(yàn)再探究

從誤差分析中發(fā)現(xiàn)再探究的問題：酵母菌在低氧條件下的呼吸方式。利用傳感器可以同時(shí)觀測(cè)氧氣和二氧化碳的變化，需要試劑瓶可以同時(shí)放兩種探頭。同時(shí)接入將CO2傳感器和溶解氧傳感器，使電腦上同時(shí)顯現(xiàn)出氧氣和CO2的變化，記錄數(shù)據(jù)變化，和同學(xué)們分享共同分析，氧氣不是一直降為0，說明酵母菌可能不能利用低氧，在低氧環(huán)境中也進(jìn)行無氧呼吸。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，低氧時(shí)酵母菌就會(huì)開始進(jìn)行無氧呼吸。

五、教學(xué)反思

最深的感觸就是，我的大膽放手，給了學(xué)生更大的思維空間。從材料選擇，到裝置設(shè)計(jì)，再到結(jié)果分析、發(fā)現(xiàn)新的問題、再探究，都是學(xué)生自主完成，老師引導(dǎo)。學(xué)生利用理性思維完成了一項(xiàng)完整的科學(xué)探究活動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)了科學(xué)素養(yǎng)的提升。