人教版必修三 種群數(shù)量的變化 教案3.docxVIP

探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化本實驗選自人教版高中生物必修3穩(wěn)態(tài)與環(huán)境第4章第2節(jié)種群的數(shù)量變化，是其中的一個探究活動，目的讓學(xué)生通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群的動態(tài)變化，建立數(shù)學(xué)模型，分析酵母菌種群變化規(guī)律，同時利用我校顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢，充分拓展學(xué)生的探究能力，踐行新課標(biāo)理念。我主要以下幾個方面來簡單說明對本節(jié)實驗課的設(shè)計和開展過程。一、實驗器材（一）實驗儀器：超凈工作臺、高壓蒸汽滅菌鍋、恒溫振蕩培養(yǎng)箱、冰箱、光學(xué)數(shù)碼顯微鏡試管（二）實驗用具：培養(yǎng)皿、錐形瓶、量筒、玻璃棒、載玻片、蓋玻片、微量移液器、血細(xì)胞計數(shù)板（三）實驗材料及藥品：酵母菌、馬鈴薯、葡萄糖、美藍(lán)染色劑、氫氧化鈉、乙醇二、實驗方案的改進(jìn)與創(chuàng)新一節(jié)成功的實驗教學(xué)課程離不開完備的實驗設(shè)計方案,我們首先對傳統(tǒng)的實驗方案作了改進(jìn)與創(chuàng)新，主要有以下四點。（一）教材中酵母菌培養(yǎng)時間不合理，將酵母菌培養(yǎng)時間縮短為15h首先，教材上給出的實驗方案是：對酵母菌連續(xù)培養(yǎng)7天，每天取樣計數(shù)。這是按照教材要求繪制的酵母菌種群數(shù)量變化的曲線（圖1），沒有體現(xiàn)出典型的“s”型變化規(guī)律。通過分析結(jié)果以及查閱文獻(xiàn)，我們確定將酵母菌連續(xù)培養(yǎng)的時間縮短為15小時，每隔2小時取樣計數(shù)。這是改進(jìn)之后我們再次根據(jù)實驗結(jié)果繪制的曲線圖（圖 2），呈現(xiàn)出了s型種群數(shù)量變化規(guī)律。（二）實驗全過程耗時長，不符合教學(xué)實際。通過低溫保存樣品，統(tǒng)一時間對所有樣品計數(shù)，解決了與實際課程安排的矛盾本節(jié)實驗課共涉及到微生物的培養(yǎng)、抽樣檢測、顯微計數(shù)和模型構(gòu)建等多項內(nèi)容，實驗的全過程在一節(jié)課很難完成。酵母菌培養(yǎng)是一個連續(xù)的過程，每隔2個小時就要取樣，并完成計數(shù)，這顯然與學(xué)生上課時間產(chǎn)生很大的沖突。根據(jù)“低溫條件下，微生物暫不增殖但仍舊保持生命力”的原理，我們采取的方法是：每次取樣后置于4低溫冷藏，可以暫時抑制酵母菌的增殖。最后讓學(xué)生在一節(jié)課內(nèi)對所有樣品統(tǒng)一進(jìn)行計數(shù)，這樣不僅將實驗最核心的部分集中一節(jié)課呈現(xiàn)給學(xué)生，同時也解決了實驗方案與課程安排沖突的問題。（三）死亡的酵母菌影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性 ，計數(shù)前補(bǔ)充美藍(lán)染色法區(qū)分活細(xì)胞與死細(xì)胞根據(jù)本實驗的內(nèi)容，我們認(rèn)為，在顯微鏡下對酵母菌計數(shù)時，只統(tǒng)計活菌數(shù)目才是更準(zhǔn)確的結(jié)果，尤其在培養(yǎng)后期，大量死亡的酵母菌必然會影響對種群數(shù)量的統(tǒng)計。但是教材的實驗方案是：取樣后直接計數(shù)統(tǒng)計。針對于此我們也做了改進(jìn)：在計數(shù)之前補(bǔ)充美藍(lán)染色的實驗步驟，來達(dá)到區(qū)分活細(xì)胞與死細(xì)胞的目的。這是我們預(yù)實驗的結(jié)果（圖 3），無色的細(xì)胞是有活性的酵母菌，藍(lán)色或淡藍(lán)色的是死細(xì)胞或代謝作用微弱的衰老細(xì)胞，在計數(shù)過程中不統(tǒng)計在內(nèi)。（四）學(xué)生難以在顯微鏡下快速找到計數(shù)室，影響實驗進(jìn)度。利用簡單快速的新方法進(jìn)行酵母菌計數(shù)教材中的計數(shù)方法是通過血球計數(shù)板進(jìn)行計數(shù)。血球計數(shù)板對學(xué)生而言是非常陌生的一種實驗器材，所以操作起來也非常困難。學(xué)生在使用過程中，往往要花費(fèi)很長的時間才能找到血球計數(shù)板的計數(shù)室，極大地影響了實驗進(jìn)度。針對于此，我們查閱了很多文獻(xiàn)，不斷摸索，反復(fù)實驗，最終確定采用另外一種更為快速簡單的計數(shù)方法。這種方法操作非常簡單：直接將樣品滴加到普通載玻片上，依據(jù)樣方法的原理，在數(shù)碼顯微鏡下的微觀視野中劃取多個樣方（數(shù)碼顯微鏡操作系統(tǒng)可實現(xiàn)直接測量樣方的實際面積），求出每個樣方中酵母菌的平均數(shù)量，再根據(jù)相關(guān)公式就可以計算樣品中所含酵母菌總數(shù)（公式1）。我們分別用快速測定法和血球計數(shù)板法對同一樣品進(jìn)行計數(shù)。結(jié)果顯示，雖然新方法與血球計數(shù)板法相比，結(jié)果有一些差異，但用快速計數(shù)法對同一樣品重復(fù)計數(shù)，結(jié)果并沒有明顯差異（表1）?？焖贉y定法（1013個/ml）血球計數(shù)板法（1012個/ml）16.214.8225.734.7936.175.0145.954.9356.045.16表格 1：快速測定法與血球計數(shù)板法計數(shù)結(jié)果我們進(jìn)一步采用快速計數(shù)法對不同培養(yǎng)時間的酵母菌樣品進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計，繪制的曲線也符合典型的s型種群變化規(guī)律（圖5）。因此我們認(rèn)為，這種計數(shù)方法在本實驗中是可行的。三、實驗原理(一)在含糖的液體培養(yǎng)液中酵母菌繁殖很快，迅速形成一個封閉容器內(nèi)的酵母菌種群，通過細(xì)胞計數(shù)可以測定封閉容器內(nèi)的酵母菌種群隨時間發(fā)生的數(shù)量變化（二）養(yǎng)分、空間、溫度、ph和有毒代謝產(chǎn)物等是影響種群數(shù)量持續(xù)增長的限制因素（三）活細(xì)胞具有較強(qiáng)的還原能力，能使美藍(lán)由藍(lán)色的氧化型變?yōu)闊o色的還原型，呈無色。死細(xì)胞或代謝作用微弱的衰老細(xì)胞則被染成藍(lán)色或淡藍(lán)色 （四）利用樣方法的原理，在光學(xué)數(shù)碼顯微鏡下的微觀視野中劃取多個樣方，通過相關(guān)公式計算出樣品中酵母菌的數(shù)量四、實驗教學(xué)目標(biāo)（一）知識目標(biāo)：說明構(gòu)建種群數(shù)量增長模型的方法，用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量變化（二）能力目標(biāo)：通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試構(gòu)建種群增長的數(shù)學(xué)模型（三）情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：關(guān)注種群數(shù)量變化對人類生活以及人類活動對種群數(shù)量變化的影響五、實驗教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)內(nèi)容包括兩個課時，第一課時課前通過學(xué)案預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，課上確定實驗方案并練習(xí)兩種計數(shù)方法的操作過程；課下根據(jù)實驗方案進(jìn)行培養(yǎng)基的配制、分裝、滅菌、酵母菌的接種、培養(yǎng)以及取樣；第二課時用新方法對所有樣品中酵母菌數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，構(gòu)建種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，分析種群數(shù)量變化規(guī)律。六、實驗教學(xué)過程具體的教學(xué)過程包括3個環(huán)節(jié)：設(shè)計并完善實驗方案；課前完成相關(guān)實驗準(zhǔn)備 ；統(tǒng)一計數(shù)、構(gòu)建模型并 分析種群數(shù)量變化規(guī)律。 （一）設(shè)計并完善實驗方案由于學(xué)生缺乏系統(tǒng)的設(shè)計實驗方案的經(jīng)驗，所以我們首先利用學(xué)案的形式，指導(dǎo)學(xué)生了解探究性實驗的一般步驟，明確實驗的假設(shè)，圍繞著實驗?zāi)康?，通過組內(nèi)合作，共同完成初步實驗方案。大多數(shù)小組展示的實驗方案，流程大體相同。再通過創(chuàng)設(shè)問題情境、向ipad推送資料等手段推進(jìn)教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生對最初的實驗方案進(jìn)行完善與創(chuàng)新。確定了實驗方案之后，小組成員相互合作，利用顯微鏡練習(xí)兩種計數(shù)方法的操作。老師先做教學(xué)示范（圖6），將調(diào)好的標(biāo)準(zhǔn)圖像發(fā)送給每個小組，然后在學(xué)生練習(xí)過程中來回巡視，及時發(fā)現(xiàn)問題，規(guī)范學(xué)生的實驗操作（圖7），并且鼓勵同伴交流，大家共同分享經(jīng)驗（圖8）。這是上課過程中學(xué)生們拍攝的一些顯微視野照片（圖9、圖10）。（二）課前完成培養(yǎng)基的配制、酵母菌接種、培養(yǎng)、取樣等工作在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們利用課下時間完成準(zhǔn)備工作。包括培養(yǎng)基的配制、滅菌（圖11）、分裝、酵母菌的接種（圖12）與培養(yǎng)（圖13）。在實驗過程中，老師指導(dǎo)組長對組內(nèi)同學(xué)統(tǒng)籌安排，定時取樣，并做好樣品的標(biāo)記與記錄等細(xì)節(jié)工作。（三）進(jìn)行酵母菌的計數(shù)和模型構(gòu)建，分析酵母菌種群變化規(guī)律首先，分小組完成酵母菌計數(shù)與統(tǒng)計。每組成員分工合作，在計數(shù)過程中及時將統(tǒng)計結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)表格中，求出平均值。整理完相關(guān)數(shù)據(jù)后，讓學(xué)生直接在顯微鏡的平板電腦上利用excel表格建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，作出酵母菌種群數(shù)量變化的曲線圖（圖14），一個小組的實驗數(shù)據(jù)可能會有誤差，比如這是其中個別小組根據(jù)自己的實驗數(shù)據(jù)繪制的曲線，與實驗假設(shè)并不符合（圖 15）。但對于不同小組來說，組間重復(fù)，將每3個小組的數(shù)據(jù)匯總，求出平均值，數(shù)據(jù)共享后再次繪制出的曲線圖就和實驗假設(shè)一致了（圖16）。完成酵母菌的計數(shù)和模型構(gòu)建后，還要引導(dǎo)學(xué)生利用手中的資料分析酵母菌種群變化的規(guī)律，總結(jié)影響數(shù)量變化的因素（圖17），預(yù)測酵母菌數(shù)量變化趨勢（圖18）。這樣可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的探究意識，讓他們在上完實驗課之后真正的有所收獲。八、實驗效果評價（一）.實驗教學(xué)時，不拘泥于教材，要勇于創(chuàng)新，積極改進(jìn)。我認(rèn)為我們這個實驗課程的優(yōu)點是：通過縮短培養(yǎng)時間和低溫保存樣品解決了實驗教學(xué)與有限的課堂時間的矛盾；補(bǔ)充美藍(lán)染色的步驟，使實驗結(jié)果更接近酵母菌的真實變化規(guī)律；采用更為快速方便的新方法進(jìn)行酵母菌計數(shù)，充分發(fā)揮了先進(jìn)教學(xué)手段的優(yōu)勢。（二）實驗中我們使用的菌種是聯(lián)系大學(xué)微生物實驗室獲得的，但如果時間和條件允許，可以將選修一有關(guān)于微生物分離純化的實驗內(nèi)容也融入進(jìn)來，讓學(xué)生自己去倒平板、稀釋涂布或平板劃線挑取單菌落，這樣的話實驗效果會更好、學(xué)生的收獲會更多。（三）學(xué)生在上完這次實驗課后，也有很深的體會，比如，劉趙樂佳同學(xué)認(rèn)為：“教材上的內(nèi)容不一定百分百正確，要勇于創(chuàng)新，但理論要與實踐相結(jié)合?！痹封鶟赏瑢W(xué)說：“我不僅掌握了血細(xì)胞計數(shù)板的操作，還學(xué)會了更加簡便的新方法，收獲良多?！弊Ｕ贞柾瑢W(xué)做完實驗后非常興奮：“今天的實驗課十分有趣，讓我產(chǎn)生了強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望！”在這節(jié)實驗課的實