探究酵母菌的細胞呼吸

韓璐

一、教材分析

1.課標要求：人教版高中生物必修一明確要求學生通過探究酵母菌的細胞呼吸真切地體會細胞物質和能量的變化，感受生命的本質，這也是達成必修一整體課程目標的重要環節，因此課標在活動建議中做出了具體要求。

2.教材對于本實驗的內容做出了具體的描述，取材容易，但作為學生實驗來講，它耗時長，裝置連接復雜，有氧、無氧條件難以控制，所以學生很難利用一節課時間完成自主探究。

二、學情分析

1.學生在知識方面已有一定的基礎和鋪墊。2.實驗能力方面，缺乏獨立探究能力，所以本節實驗采取小組合作、探究學習的模式，利用學生的差異，通過任務驅動來體驗、學習、自主獲得新知。

三、實驗教學目標

1.學生通過課前發面實驗，提出問題并能夠假設出酵母菌細胞呼吸的方式及產物。2.學生通過閱讀課本，能準確說出“探究酵母菌細胞呼吸的方式”的實驗原理。3.學生通過對實驗方案的討論、實施等環節，提高實驗操作、設計及探究的能力。

最終目標就是實現核心素養的提升。

四、實驗教學過程

（一）提出問題

生活中蒸饅頭、釀酒都會用到酵母菌，酵母菌在當中分別起了什么作用？

（二）作出假設

首先讓學生匯報發面實驗結果。結果顯示，有氧組面團體積增大，內部充滿氣體，呈蜂窩狀，面團變濕。無氧組面團體積略增大，內部也有氣體，似蜂窩狀，打開塑料袋有酒味。學生根據以上結果作出假設。

（三）設計實驗

1.組織學生設計實驗方案

設計要點：

（1）怎樣控制自變量（有氧、無氧條件的控制）？

（2）怎樣檢測因變量（CO2、酒精的檢測）？

要求：學生以小組為單位討論5min，設計并畫出實驗裝置圖。

2.評價并改進實驗方案

絕大多數學生設計的方案與教材實驗方案類似。

引導學生討論實驗方案的不足，并嘗試改進和創新實驗。

（1）控制自變量（有氧條件、無氧條件）方法的改進。對于有氧條件，學生根據剛學過的酶的相關實驗聯想到，用FeCl3催化H2O2制造純氧：將H2O2放在分液漏斗中，通過控制活塞實現對裝置連續、勻速供氧。對于無氧條件，學生受化學實驗啟發，提出在酵母菌培養液表面鋪一層液態石蠟來隔絕空氣。

（2）檢測因變量方法的改進。實驗中酒精的檢測過程，學生發現持續通氧的情況下依然檢測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并不是特性反應，其他含有還原性羥基的有機物，如葡萄糖。此外，文獻顯示，實驗用酵母菌在固定化生產過程中添加了山梨醇酐單硬脂酸酯（SMS），因SMS含有3個羥基，也能使酸性重鉻酸鉀變成灰綠色。針對上述情況做了驗證實驗，結果發現，葡萄糖、酵母菌溶液均能使酸性重鉻酸鉀變成灰綠色，嚴重干擾了實驗。

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，發生變色反應，故改為非還原性的蔗糖。

緊接著又有學生提出有沒有其他方法可以定量檢測酒精？一位同學想到，可以用交警檢測酒駕所用的吹氣式數字酒精檢測儀。這種檢測儀內有酒精傳感器，當氣體從吹嘴進入，10 s后LTD屏會顯示出氣體的酒精含量。為保證短時間內有足夠的氣體進入吹嘴，測試前需對酵母菌培養液加熱，加速酒精揮發。特別要注意的是，應先讓酵母菌溶液在常溫下反應15-20min，待CO2 檢測完成后，再加熱約1min，最后連接數字酒精檢測儀進行檢測

又有同學提出澄清石灰水對二氧化碳量的檢測帶有很強的主觀性，利用實驗室配備的數字化探究儀器對二氧化碳的量進行檢測，達到數據的可視化。對于密封性的改進，學生想到了他們平時經常玩的黏土，封住瓶口的縫隙，使有氧裝置實現了通氣的同時保證密封。

（3）無關變量的控制。教材原配方是“將10 g新鮮食用酵母溶于240 mL質量分數5%的葡萄糖溶液中”，這個配方所需的培養時間較長。經反復實驗，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質量分數為5%的蔗糖溶液混合”。這一改良使二氧化碳的檢測只需十幾分鐘就能完成。

（四）進行實驗

學生以小組為單位進行實驗。

（五）得出結論

1.酵母菌有氧呼吸產物有水和CO2;無氧呼吸產物有酒精和CO2 。2.相同時間內有氧呼吸產生CO2比無氧呼吸多。

引導學生進行反饋評價，組內評價各小組成員的表現，總結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據，相互評價，進行誤差分析，促進共同提高，最后教師肯定同學們本次探究活動的表現，并提出進一步可探究的問題。

（六）實驗再探究

從誤差分析中發現再探究的問題：酵母菌在低氧條件下的呼吸方式。利用傳感器可以同時觀測氧氣和二氧化碳的變化，需要試劑瓶可以同時放兩種探頭。同時接入將CO2傳感器和溶解氧傳感器，使電腦上同時顯現出氧氣和CO2的變化，記錄數據變化，和同學們分享共同分析，氧氣不是一直降為0，說明酵母菌可能不能利用低氧，在低氧環境中也進行無氧呼吸。經查閱資料發現，低氧時酵母菌就會開始進行無氧呼吸。

五、教學反思

最深的感觸就是，我的大膽放手，給了學生更大的思維空間。從材料選擇，到裝置設計，再到結果分析、發現新的問題、再探究，都是學生自主完成，老師引導。學生利用理性思維完成了一項完整的科學探究活動，真正實現了科學素養的提升。