“探究酵母菌种群大小的动态变化”的创新实践

吴彦军　张黛静

摘要：教学实践中实施“探究酵母菌种群大小的动态变化”活动，有利于学生理解种群如何在有限条件下增长。但教材实验方案耗时较长、过程烦琐。笔者通过创新改进，将此探究活动由原来耗时7天改为在40分钟内完成，极大地提高了可操作性和教学效率。

关键词：数学模型；种群数量；酵母菌；实验创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）26-0069-02

落实新课改理念，构建新的教学模式，能有效地提高学生思考和解决生物科学问题的素养。探究式教学是指教师指导学生通过自主参与一系列多种形式的开放的探究式学习活动，使学生获取知识、应用知识、解决问题、培养能力的一种重要的教学方式[1]。

生命科学是一门实验科学，开设生物探究实验，是培养学生科学探究能力、创造思维能力的重要途径。《普通高中生物课程标准》要求教师利用“探究酵母菌种群大小的动态变化”的探究活动，帮助学生尝试建立数学模型解释种群的数量变动，从而突破高中生物必修3中“种群和群落”的重点和难点[2]。但教材实验方案存在实验过程耗时较长、实验效果不佳、可操作性不强等问题，课题组根据教学实践需要，对该实验探究活动进行创新改进，增强实验效果，提高实验的可操作性。

一、教材方案存在不足

1.耗时过长。该探究活动需要学生在7天内，每天抽出20分钟左右的时间定时取样观察、统计数据，最后将实验结果在课堂上汇总分析，构建数学模型，形成在有限条件下的种群数量增长的概念，完成整个探究活动需要花费4～5个课时[3]。与实际高中教学课时紧、任务重的现状非常矛盾，因此活动的可操作性不强，学生完成探究实验难度大。

2.效果不佳。预实验是达到较好实验效果的前提。但本实验如果设置预实验，就需要耗费更长的时间，教和学的节奏松散，学生探究活动热情淡化，难以达到良好的实验效果和教学效果。因此，本文对该探究活动进行相应的改进，力求学生能在相对合理的时间内完成探究任务，获得新知。

二、实验的创新改进

1.实验创新的过程。针对这种情况，课题组经过详细论证和探讨，并进行反复实验，对原方案做出如下改进：原方案中的一次接种、定时观察改进为定时分批接种、共同培养、集中观察。

详细方案如下：

（1）预实验。首先，由教师进行预实验，确定接种所需要酵母干粉的最适量、培养液适宜浓度、培养的最适温度以及pH值。

（2）实验准备。按实际教学进度，在要进行本探究活动的前一周，到实验室先配制足量的培养液，等量分装后一并灭菌。其中，等量分装是关键。

（3）接种培养。在此后7天里，教师每天定时（相对充足的、合适的时间）到实验室接种等量、同批次的酵母菌到相同条件的培养液中（此过程费时很短），然后，放在适宜且相同条件下培养。这样就可得到分别培养1d～7d的一系列的酵母菌样本。

（4）观察和统计。在分组实验课上，首先先让学生进行最后一次接种，体验以上样本的接种过程。然后再对所有的培养样本集中取样、观察统计，并对统计数据分析，认识规律，进而建立数学模型。

2.实验结果的一致性。笔者按照教材方案和改进后的方案进行多次重复实验，将得到的结果进行反复比较，其结果是一致的（见表1，图1）。

3.实验创新的优势。本实验创新的最大优势在于将原方案中7天完成的探究活动改进为在一节课内完成，而其效果是相同的（见结果）。这样一来，整个实验方案更贴近中学教学安排，教师在教学活动和教学时间的安排方面就会避免被动，调动学生参与实验探究活动的可能性更高。

另外，改进后的方案也不需要实验室增添新的设备和仪器，便于教师组织学生实施探究。

4.实验创新的可行性。文献表明，在对群落演替规律的研究中，研究人员往往在同一时间对不同空间中的群落取样分析，以此来代替同一群落的在不同阶段演替情况，以弥补在研究时间方面的限制，即“空间换时间”[4]。而笔者所做的创新则是将原方案中在不同时间点观察同一种群数量变化、改进为在同一时间观察培养时间不等的种群数量变化，其研究思路是一致的。所以此探究活动的创新改进从理论上是可行的。

三、实验创新的教学实践过程

在教学实践中，笔者通过以下四个环节完成实验教学，以达到使学生体验科学探究一般过程的目的，并达成本节课的教学目标。

1.温故知新，问题导入。教师：种群数量变化规律是种群研究的核心问题。上节课我们了解了生物在理想条件下的种群数量变化规律，它的数学模型是什么？

学生活动：……

教师：那么一个种群在有限条件下，它的数量变化又应该具备什么样的规律呢？

2.设计实验，培养能力。学生分小组讨论，形成小组的实验方案。最后由各个小组成员展示实验步骤和所设计的表格（见表2，学生设计）。教师要展示血球计数板以及计数室的显微照片[5]，并给予合适的指导。

3.实施实验，训练技能。教师在进行本课时的前一周做好准备工作，课堂上先让学生进行第8次接种，算作培养0天，作为种群数量的起始数据。然后要求学生按照实验方案分工合作，仔细观察，认真记录。

在此环节，为了让学生体验完整的探究活动过程，教师还可以让学生进行培养液（5%的葡萄糖溶液）配置以及灭菌，在灭菌的同时进行接种、观察。灭菌过的材料还可供下个班学生使用。

4.分析建模，总结规律。学生相互交流，了解其他小组实验结果。在排除实验误差，确保结果正确的前提下，根据种群数量增长的“J”曲线的建立方法，尝试建立酵母菌种群数量随时间的动态变化数学模型，并运用曲线进行准确表示。然后对此曲线所反映的种群数量变化规律做出合理的解释。

四、教学反思

创新教学是全面实施素质教育的灵魂。教师的创新理念能带动学生创新思维的发展。教师通过对“探究酵母菌种群大小的动态变化”这一探究活动的改进，在现有的条件下，克服了中学生物实验教学的实际困难，使学生体验了探究过程。

而学生通过体验改进后的探究活动，获得的不只是知识，更重要的是获取知识的能力，并且体验了创新的魅力，激发了科学探究的热情。因此，中学生物教师要大力开展创新教育，尽可能多地运用探究教学模式并进行创新性修改，更利于培养学生的创造能力和探索精神。

参考文献：

[1]吴冬梅.中学生物探究教学的实践与反思[J].甘肃科技纵横，2007，36（2）：171-172.

[2]教育部.普通高中生物课程标准[Z].2003.

[3]朱秀丽.“酵母菌种群数量大小的动态变化"探究教学设计[J].生物学通报，2011，46（3）：34-36.

[4]彭舜磊，由文辉，沈会涛.植被群落演替对土壤饱和导水率的影响[J].农业工程学报，2010，26（11）：78-84.

[5]邵江樵.酵母菌的计数方法和应用[J].新高考（高三理化生），2011，（03）：56-58.endprint