開(kāi)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

曾藝濤

摘要 以地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求為導(dǎo)向，立足于解決人們生產(chǎn)和生活中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，通過(guò)開(kāi)發(fā)“枇杷中野生酵母菌的分離和提純”創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生深入理解科學(xué)探究的真正含義，同時(shí)該實(shí)驗(yàn)方法解決了重慶廣陽(yáng)枇杷園枇杷產(chǎn)量大、殘次果滯銷和枇杷酒產(chǎn)酒率低等問(wèn)題，培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)擔(dān)當(dāng)社會(huì)責(zé)任的精神和解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞 枇杷酒 酵母菌 核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào) Q-331

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1問(wèn)題提出教材上果酒的制作實(shí)驗(yàn)選用葡萄作為實(shí)驗(yàn)材料

進(jìn)行葡萄酒的制作。為進(jìn)一步強(qiáng)化和拓展學(xué)生對(duì)教材知識(shí)的應(yīng)用，筆者以地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求為導(dǎo)向，解決人們生產(chǎn)和生活中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。學(xué)生經(jīng)過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：重慶市南岸區(qū)廣陽(yáng)鎮(zhèn)優(yōu)質(zhì)枇杷基地每年枇杷產(chǎn)量大，但大量的殘次果滯銷。為了使果農(nóng)收益最大化，學(xué)生借鑒教材中“果酒的制作”中的操作步驟進(jìn)行了枇杷酒釀制，但枇杷酒的產(chǎn)酒率僅為7.2%，且存在香氣少，口感不醇厚等不足。

在使用安琪酵母菌進(jìn)行枇杷酒釀制中發(fā)現(xiàn)，安琪酵母菌對(duì)枇杷的發(fā)酵率低，產(chǎn)酒率不高。為提高產(chǎn)酒率和枇杷酒的品質(zhì)，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)以微生物的分離和提純?yōu)榛A(chǔ)，嘗試在枇杷皮表面提取野生枇杷酵母菌來(lái)提高產(chǎn)酒率，并改善枇杷酒的感官品質(zhì)。

2枇杷中野生酵母菌的分離提純

2.1教材基礎(chǔ)分析

“果酒的制作”是人教版《選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》第一章第一節(jié)的實(shí)踐操作活動(dòng)，其教學(xué)目的是讓學(xué)生深入理解發(fā)酵工程的基本概念、體驗(yàn)發(fā)酵技術(shù)在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

本實(shí)驗(yàn)是以高中生物選修1第二章“微生物的分離和培養(yǎng)方法”為基礎(chǔ)的創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)可安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了培養(yǎng)基的制作、無(wú)菌操作技術(shù)、大腸桿菌的純化技術(shù)（平板畫(huà)線法和稀釋平板涂布法）、剛果紅染色法等之后。這樣的安排為本實(shí)驗(yàn)提供了一定的技術(shù)鋪墊。本實(shí)驗(yàn)最終提純的酵母菌產(chǎn)酒率如何？可在果酒的釀制及品質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步鑒定，也是對(duì)果酒制作和微生物分離和培養(yǎng)兩章節(jié)內(nèi)容的拓展提升。同時(shí)，這樣的選題也符合《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求：生物技術(shù)實(shí)踐“選題來(lái)源于社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際，重在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作、收集證據(jù)等科學(xué)探究的能力”，通過(guò)“企業(yè)困惑—提出問(wèn)題—假設(shè)猜想—實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)—問(wèn)題解決—又生長(zhǎng)新的問(wèn)題”的循環(huán)方式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。教師注意創(chuàng)造真實(shí)、豐富、完整的科學(xué)探究情景，拓展、加深學(xué)生對(duì)生物科學(xué)技術(shù)知識(shí)的理解運(yùn)用，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)社會(huì)價(jià)值的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

2.2枇杷表面野生酵母菌的分離步驟

2.2.1富集培養(yǎng)

用攪拌器將枇杷破碎，在28～30°C條件下增殖培養(yǎng)48h，得到含較多野生酵母?jìng)€(gè)體的增殖培養(yǎng)液。

2.2.2梯度稀釋

將上述增殖培養(yǎng)液梯度稀釋，得到7個(gè)不同濃度梯度的菌懸液。即取10g增殖培養(yǎng)液，放入盛90mL無(wú)菌生理鹽水并帶有玻璃珠的三角瓶中，振蕩20min，使細(xì)胞分散。從中吸1mL液體加入盛有9mL無(wú)菌生理鹽水的試管中混合均勻，此為10-1稀釋液。依次類推制成10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7不同稀釋度的稀釋液。

2.2.3酵母菌的分離

將7個(gè)梯度濃度的增殖培養(yǎng)液涂布在“四合一”平板培養(yǎng)基（米曲汁∶糖化后的麥芽汁∶豆汁∶馬鈴薯汁=1∶1∶1∶1）上培養(yǎng)。根據(jù)酵母菌特有的菌落特點(diǎn)，鏡檢酵母菌：菌落表面光滑、粘稠、濕潤(rùn)，菌落質(zhì)地均勻、邊緣整齊，顏色多為乳白色等。

2.2.4酵母菌的選擇

挑選數(shù)十個(gè)可能的目標(biāo)單細(xì)胞菌落涂片，經(jīng)美蘭染色，鏡檢酵母菌和對(duì)活酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2.2.5酵母菌的純化

挑選5個(gè)典型的酵母菌單菌落，在“四合一培養(yǎng)基”上劃線培養(yǎng)，28°C恒溫培養(yǎng)3d。用接種針將酵母菌（菌落外形特點(diǎn)明顯，生長(zhǎng)速度適宜的優(yōu)勢(shì)野生酵母菌）單個(gè)菌落劃線移植到50mL“四合一”培養(yǎng)基中，成為一級(jí)菌種并保存在4°C冰箱中。

2.3枇杷酒產(chǎn)酒率的測(cè)定枇杷酒產(chǎn)酒率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

3實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)

3.1實(shí)驗(yàn)選題的創(chuàng)新

本實(shí)驗(yàn)以高中生物選修1教材中“果酒的制作”“微生物的分離和計(jì)數(shù)”的方法為基礎(chǔ)對(duì)枇杷酒進(jìn)行品質(zhì)分析和枇杷表面野生酵母菌進(jìn)行分離提純，該選題新穎，方法獨(dú)特。同時(shí)，此選題相較于教材中微生物分離和技術(shù)拓展實(shí)驗(yàn)“土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計(jì)數(shù)”和“分解纖維素微生物的分離”2個(gè)實(shí)驗(yàn)更具有現(xiàn)實(shí)意義，能解決實(shí)際生活中的問(wèn)題，且學(xué)生操作性、趣味性更強(qiáng)。3.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新

（1）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新。教材中“土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計(jì)數(shù)”僅對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了分離和計(jì)數(shù)，并未對(duì)其進(jìn)行提純。本實(shí)驗(yàn)增加了對(duì)細(xì)菌進(jìn)行鑒定和提純等步驟，來(lái)彌補(bǔ)教材中的不足。

（2）培養(yǎng)基配方的創(chuàng)新。教材中培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基采用化學(xué)合成培養(yǎng)基，而本實(shí)驗(yàn)為倡導(dǎo)純綠色食品釀制的理念，采用我校獨(dú)創(chuàng)的純天然“四合一”培養(yǎng)基（米曲汁、糖化后的麥芽汁、豆汁、馬鈴薯汁）。

（3）實(shí)驗(yàn)功能的創(chuàng)新。學(xué)生大部分教材實(shí)驗(yàn)完成后，并未能充分體現(xiàn)“層層深入，螺旋式上升，最后轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益”的科學(xué)研究本質(zhì)，實(shí)驗(yàn)功能不佳。本實(shí)驗(yàn)以解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，以“企業(yè)困惑—提出問(wèn)題—假設(shè)猜想—實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)—問(wèn)題解決—又生長(zhǎng)新的問(wèn)題——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)—解決問(wèn)題”為研究的邏輯線索，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)研究的不斷發(fā)展，使本實(shí)驗(yàn)的探究呈螺旋式發(fā)展，實(shí)驗(yàn)的功能得到擴(kuò)展和延伸。

（4）實(shí)驗(yàn)成果的創(chuàng)新。本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握了酵母菌分離提純的方法，并自主分離純化了野生梨子、草莓、提子、獼猴桃、藍(lán)莓、鮮食葡萄、檸檬、橄欖等9種野生酵母菌和1種醋酸氧化菌。此外，師生共同對(duì)提純的枇杷野生酵母菌釀酒性能進(jìn)行了測(cè)定、對(duì)枇杷酒制作方法進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)還對(duì)降低枇杷酒中甲醇的方法進(jìn)行了研究。師生在實(shí)驗(yàn)中不僅收獲到了知識(shí)，還提升了科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)研究的能力。

4實(shí)驗(yàn)效果和評(píng)價(jià)

4.1教學(xué)過(guò)程重實(shí)踐，深入理解科學(xué)探究的真正含義

學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，通過(guò)探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)成功分離出枇杷表面野生酵母菌。此外，還對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法進(jìn)行了科學(xué)探究，如利用課余時(shí)間對(duì)提純的枇杷野生酵母菌釀酒率進(jìn)行了測(cè)定、對(duì)枇杷酒制作方法進(jìn)行了改進(jìn)、對(duì)降低枇杷酒中甲醇的方法進(jìn)行了研究。學(xué)生通過(guò)主動(dòng)參與實(shí)踐和問(wèn)題解決，親歷科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，深入理解科學(xué)探究的真正含義。

4.2提升了學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力

學(xué)生學(xué)會(huì)了對(duì)枇杷野生酵母菌的分離提純方法，并成功獲得5個(gè)酵母菌純種菌株。且利用業(yè)余時(shí)間對(duì)梨、檸檬等9個(gè)品種的殘次果中酵母菌進(jìn)行分離提純。其中學(xué)生提純的檸檬中的酵母菌（檸2.1709）已被中國(guó)微生物菌種保藏中心收藏。學(xué)生在探究過(guò)程中，逐步增加了對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的好奇心和求知欲，不斷開(kāi)拓創(chuàng)新新實(shí)驗(yàn)，解決新問(wèn)題，學(xué)會(huì)用科學(xué)的、創(chuàng)新的思維方式來(lái)認(rèn)識(shí)世界、解決問(wèn)題。

4.3增強(qiáng)了學(xué)生的成就感和社會(huì)責(zé)任感

借鑒本實(shí)驗(yàn)和學(xué)生對(duì)枇杷相關(guān)后續(xù)問(wèn)題的研究方法和研究結(jié)果，南岸區(qū)廣陽(yáng)鎮(zhèn)回龍枇杷觀光園已用檸2：1709制枇杷蒸餾白酒，年產(chǎn)酒500kg，市場(chǎng)估價(jià)約20～30萬(wàn)元產(chǎn)值。這一成果大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣和熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的成就感、自豪感和社會(huì)責(zé)任感;同時(shí)，也對(duì)學(xué)生個(gè)人的生涯規(guī)劃具有一定的指導(dǎo)意義。

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