探究酵母菌的细胞呼吸

韩璐

一、教材分析

1.课标要求：人教版高中生物必修一明确要求学生通过探究酵母菌的细胞呼吸真切地体会细胞物质和能量的变化，感受生命的本质，这也是达成必修一整体课程目标的重要环节，因此课标在活动建议中做出了具体要求。

2.教材对于本实验的内容做出了具体的描述，取材容易，但作为学生实验来讲，它耗时长，装置连接复杂，有氧、无氧条件难以控制，所以学生很难利用一节课时间完成自主探究。

二、学情分析

1.学生在知识方面已有一定的基础和铺垫。2.实验能力方面，缺乏独立探究能力，所以本节实验采取小组合作、探究学习的模式，利用学生的差异，通过任务驱动来体验、学习、自主获得新知。

三、实验教学目标

1.學生通过课前发面实验，提出问题并能够假设出酵母菌细胞呼吸的方式及产物。2.学生通过阅读课本，能准确说出“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验原理。3.学生通过对实验方案的讨论、实施等环节，提高实验操作、设计及探究的能力。

最终目标就是实现核心素养的提升。

四、实验教学过程

（一）提出问题

生活中蒸馒头、酿酒都会用到酵母菌，酵母菌在当中分别起了什么作用？

（二）作出假设

首先让学生汇报发面实验结果。结果显示，有氧组面团体积增大，内部充满气体，呈蜂窝状，面团变湿。无氧组面团体积略增大，内部也有气体，似蜂窝状，打开塑料袋有酒味。学生根据以上结果作出假设。

（三）设计实验

1.组织学生设计实验方案

设计要点：

（1）怎样控制自变量（有氧、无氧条件的控制）？

（2）怎样检测因变量（CO2、酒精的检测）？

要求：学生以小组为单位讨论5min，设计并画出实验装置图。

2.评价并改进实验方案

绝大多数学生设计的方案与教材实验方案类似。

引导学生讨论实验方案的不足，并尝试改进和创新实验。

（1）控制自变量（有氧条件、无氧条件）方法的改进。对于有氧条件，学生根据刚学过的酶的相关实验联想到，用FeCl3催化H2O2制造纯氧：将H2O2放在分液漏斗中，通过控制活塞实现对装置连续、匀速供氧。对于无氧条件，学生受化学实验启发，提出在酵母菌培养液表面铺一层液态石蜡来隔绝空气。

（2）检测因变量方法的改进。实验中酒精的检测过程，学生发现持续通氧的情况下依然检测到重铬酸钾的颜色变化，可并没有闻到酒味，通过查阅资料，酒精与重铬酸钾的浓硫酸溶液的反应并不是特性反应，其他含有还原性羟基的有机物，如葡萄糖。此外，文献显示，实验用酵母菌在固定化生产过程中添加了山梨醇酐单硬脂酸酯（SMS），因SMS含有3个羟基，也能使酸性重铬酸钾变成灰绿色。针对上述情况做了验证实验，结果发现，葡萄糖、酵母菌溶液均能使酸性重铬酸钾变成灰绿色，严重干扰了实验。

因此更换为无添加剂的啤酒酵母;葡萄糖是还原糖，其醛基能被酸性重铬酸钾氧化，发生变色反应，故改为非还原性的蔗糖。

紧接着又有学生提出有没有其他方法可以定量检测酒精？一位同学想到，可以用交警检测酒驾所用的吹气式数字酒精检测仪。这种检测仪内有酒精传感器，当气体从吹嘴进入，10 s后LTD屏会显示出气体的酒精含量。为保证短时间内有足够的气体进入吹嘴，测试前需对酵母菌培养液加热，加速酒精挥发。特别要注意的是，应先让酵母菌溶液在常温下反应15-20min，待CO2 检测完成后，再加热约1min，最后连接数字酒精检测仪进行检测

又有同学提出澄清石灰水对二氧化碳量的检测带有很强的主观性，利用实验室配备的数字化探究仪器对二氧化碳的量进行检测，达到数据的可视化。对于密封性的改进，学生想到了他们平时经常玩的黏土，封住瓶口的缝隙，使有氧装置实现了通气的同时保证密封。

（3）无关变量的控制。教材原配方是“将10 g新鲜食用酵母溶于240 mL质量分数5%的葡萄糖溶液中”，这个配方所需的培养时间较长。经反复实验，将配方改为“先将20g无添加剂的干酵母溶于300 mL 25 ℃左右温水中活化约10 min，再取60mL上述活化液与15mL质量分数为5%的蔗糖溶液混合”。这一改良使二氧化碳的检测只需十几分钟就能完成。

（四）进行实验

学生以小组为单位进行实验。

（五）得出结论

1.酵母菌有氧呼吸产物有水和CO2;无氧呼吸产物有酒精和CO2 。2.相同时间内有氧呼吸产生CO2比无氧呼吸多。

引导学生进行反馈评价，组内评价各小组成员的表现，总结本次合作过程中做的比较好的方面。利用电子白板组间交换共享数据，相互评价，进行误差分析，促进共同提高，最后教师肯定同学们本次探究活动的表现，并提出进一步可探究的问题。

（六）实验再探究

从误差分析中发现再探究的问题：酵母菌在低氧条件下的呼吸方式。利用传感器可以同时观测氧气和二氧化碳的变化，需要试剂瓶可以同时放两种探头。同时接入将CO2传感器和溶解氧传感器，使电脑上同时显现出氧气和CO2的变化，记录数据变化，和同学们分享共同分析，氧气不是一直降为0，说明酵母菌可能不能利用低氧，在低氧环境中也进行无氧呼吸。经查阅资料发现，低氧时酵母菌就会开始进行无氧呼吸。

五、教学反思

最深的感触就是，我的大胆放手，给了学生更大的思维空间。从材料选择，到装置设计，再到结果分析、发现新的问题、再探究，都是学生自主完成，老师引导。学生利用理性思维完成了一项完整的科学探究活动，真正实现了科学素养的提升。