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视频标签：全国高中生物,实验教学说课,视频录像
所属栏目：高中生物说课视频
视频课题：第五届全国高中生物实验教学说课视频录像《探究培养液中酵母菌种群数量的变化》石家庄
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国高中生物实验教学说课视频录像《探究培养液中酵母菌种群数量的变化》石家庄市第一中学东校区高中生物
探究培养液中酵母菌种群数量变化
学校：石家庄第一中学东校区 姓名：乔玄
本实验选自人教版高中生物必修3《稳态与环境》第4章第2节《种群的数量变化》，是其中的一个探究活动，目的让学生通过探究培养液中酵母菌种群的动态变化，建立数学模型，分析酵母菌种群变化规律，同时利用我校显微镜教学系统的优势，充分拓展学生的探究能力，践行新课标理念。我主要以下几个方面来简单说明对本节实验课的设计和开展过程。
一、实验器材
（一）实验仪器：超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、恒温振荡培养箱、冰箱、光学数码显微镜试管
（二）实验用具：培养皿、锥形瓶、量筒、玻璃棒、载玻片、盖玻片、微量移液器、血细胞计数板
（三）实验材料及药品：酵母菌、马铃薯、葡萄糖、美蓝染色剂、氢氧化钠、乙醇
二、实验方案的改进与创新
一节成功的实验教学课程离不开完备的实验设计方案,我们首先对传统的实验方案作了改进与创新，主要有以下四点。
（一）教材中酵母菌培养时间不合理，将酵母菌培养时间缩短为15h
首先，教材上给出的实验方案是：对酵母菌连续培养7天，每天取样计数。这是按照教材要求绘制的酵母菌种群数量变化的曲线（图1），没有体现出典型的“S”型变化规律。通过分析结果以及查阅文献，我们确定将酵母菌连续培养的时间缩短为15小时，每隔2小时取样计数。这是改进之后我们再次根据实验结果绘制的曲线图（图 2），呈现出了s型种群数量变化规律。
（二）实验全过程耗时长，不符合教学实际。通过低温保存样品，统一时间对所有样品计数，解决了与实际课程安排的矛盾
本节实验课共涉及到微生物的培养、抽样检测、显微计数和模型构建等多项内容，实验的全过程在一节课很难完成。酵母菌培养是一个连续的过程，每隔2个小时就要取样，并完成计数，这显然与学生上课时间产生很大的冲突。根据“低温条件下，微生物暂不增殖但仍旧保持生命力”的原理，我们采取的方法是：每次取样后置于4℃低温冷藏，可以暂时抑制酵母菌的增殖。最后让学生在一节课内对所有样品统一进行计数，这样不仅将实验最核心的部分集中一节课呈现给学生，同时也解决了实验方案与课程安排冲突的问题。
（三）死亡的酵母菌影响实验结果的准确性 ，计数前补充美蓝染色法区分活细胞与死细胞
根据本实验的内容，我们认为，在显微镜下对酵母菌计数时，只统计活菌数目才是更准确的结果，尤其在培养后期，大量死亡的酵母菌必然会影响对种群数量的统计。但是教材的实验方案是：取样后直接计数统计。针对于此我们也做了改进：在计数之前补充美蓝染色的实验步骤，来达到区分活细胞与死细胞的目的。这是我们预实验的结果（图 3），无色的细胞是有活性的酵母菌，蓝色或淡蓝色的是死细胞或代谢作用微弱的衰老细胞，在计数过程中不统计在内。
（四）学生难以在显微镜下快速找到计数室，影响实验进度。利用简单快速的新方法进行酵母菌计数
教材中的计数方法是通过血球计数板进行计数。血球计数板对学生而言是非常陌生的一种实验器材，所以操作起来也非常困难。学生在使用过程中，往往要花费很长的时间才能找到血球计数板的计数室，极大地影响了实验进度。针对于此，我们查阅了很多文献，不断摸索，反复实验，最终确定采用另外一种更为快速简单的计数方法。这种方法操作非常简单：直接将样品滴加到普通载玻片上，依据样方法的原理，在数码显微镜下的微观视野中划取多个样方（数码显微镜操作系统可实现直接测量样方的实际面积），求出每个样方中酵母菌的平均数量，再根据相关公式就可以计算样品中所含酵母菌总数（公式1）。
我们分别用快速测定法和血球计数板法对同一样品进行计数。结果显示，虽然新方法与血球计数板法相比，结果有一些差异，但用快速计数法对同一样品重复计数，结果并没有明显差异（表1）。
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快速测定法（1013个/ml） |
血球计数板法（1012个/ml） |
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1 |
6.21 |
4.82 |
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2 |
5.73 |
4.79 |
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3 |
6.17 |
5.01 |
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4 |
5.95 |
4.93 |
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5 |
6.04 |
5.16 |
表格 1：快速测定法与血球计数板法计数结果
我们进一步采用快速计数法对不同培养时间的酵母菌样品进行数量统计，绘制的曲线也符合典型的s型种群变化规律（图5）。因此我们认为，这种计数方法在本实验中是可行的。
三、实验原理
(一)在含糖的液体培养液中酵母菌繁殖很快，迅速形成一个封闭容器内的酵母菌种群，通过细胞计数可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间发生的数量变化
（二）养分、空间、温度、pH和有毒代谢产物等是影响种群数量持续增长的限制因素
（三）活细胞具有较强的还原能力，能使美蓝由蓝色的氧化型变为无色的还原型，呈无色。死细胞或代谢作用微弱的衰老细胞则被染成蓝色或淡蓝色
（四）利用样方法的原理，在光学数码显微镜下的微观视野中划取多个样方，通过相关公式计算出样品中酵母菌的数量
四、实验教学目标
（一）知识目标：说明构建种群数量增长模型的方法，用数学模型解释种群数量变化
（二）能力目标：通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试构建种群增长的数学模型
（三）情感态度与价值观目标：关注种群数量变化对人类生活以及人类活动对种群数量变化的影响
五、实验教学内容
教学内容包括两个课时，第一课时课前通过学案预习实验内容，课上确定实验方案并练习两种计数方法的操作过程；课下根据实验方案进行培养基的配制、分装、灭菌、酵母菌的接种、培养以及取样；第二课时用新方法对所有样品中酵母菌数量进行统计，构建种群数量变化的数学模型，分析种群数量变化规律。
六、实验教学过程
具体的教学过程包括3个环节：设计并完善实验方案；课前完成相关实验准备 ；统一计数、构建模型并
分析种群数量变化规律。
（一）设计并完善实验方案
由于学生缺乏系统的设计实验方案的经验，所以我们首先利用学案的形式，指导学生了解探究性实验的一般步骤，明确实验的假设，围绕着实验目的，通过组内合作，共同完成初步实验方案。大多数小组展示的实验方案，流程大体相同。再通过创设问题情境、向ipad推送资料等手段推进教学过程，引导学生对最初的实验方案进行完善与创新。
确定了实验方案之后，小组成员相互合作，利用显微镜练习两种计数方法的操作。老师先做教学示范（图6），将调好的标准图像发送给每个小组，然后在学生练习过程中来回巡视，及时发现问题，规范学生的实验操作（图7），并且鼓励同伴交流，大家共同分享经验（图8）。这是上课过程中学生们拍摄的一些显微视野照片（图9、图10）。
（二）课前完成培养基的配制、酵母菌接种、培养、取样等工作
在老师的指导下，同学们利用课下时间完成准备工作。包括培养基的配制、灭菌（图11）、分装、酵母菌的接种（图12）与培养（图13）。在实验过程中，老师指导组长对组内同学统筹安排，定时取样，并做好样品的标记与记录等细节工作。
（三）进行酵母菌的计数和模型构建，分析酵母菌种群变化规律
首先，分小组完成酵母菌计数与统计。每组成员分工合作，在计数过程中及时将统计结果记录在数据表格中，求出平均值。整理完相关数据后，让学生直接在显微镜的平板电脑上利用excel表格建构数学模型，作出酵母菌种群数量变化的曲线图（图14），一个小组的实验数据可能会有误差，比如这是其中个别小组根据自己的实验数据绘制的曲线，与实验假设并不符合（图 15）。但对于不同小组来说，组间重复，将每3个小组的数据汇总，求出平均值，数据共享后再次绘制出的曲线图就和实验假设一致了（图16）。
完成酵母菌的计数和模型构建后，还要引导学生利用手中的资料分析酵母菌种群变化的规律，总结影响数量变化的因素（图17），预测酵母菌数量变化趋势（图18）。这样可以进一步强化学生的探究意识，让他们在上完实验课之后真正的有所收获。
八、实验效果评价
（一）.实验教学时，不拘泥于教材，要勇于创新，积极改进。我认为我们这个实验课程的优点是：
通过缩短培养时间和低温保存样品解决了实验教学与有限的课堂时间的矛盾；补充美蓝染色的步骤，使实验结果更接近酵母菌的真实变化规律；采用更为快速方便的新方法进行酵母菌计数，充分发挥了先进教学手段的优势。
（二）实验中我们使用的菌种是联系大学微生物实验室获得的，但如果时间和条件允许，可以将选修一有关于微生物分离纯化的实验内容也融入进来，让学生自己去倒平板、稀释涂布或平板划线挑取单菌落，这样的话实验效果会更好、学生的收获会更多。
（三）学生在上完这次实验课后，也有很深的体会，比如，刘赵乐佳同学认为：“教材上的内容不一定百分百正确，要勇于创新，但理论要与实践相结合。”苑怡泽同学说：“我不仅掌握了血细胞计数板的操作，还学会了更加简便的新方法，收获良多。”祝照阳同学做完实验后非常兴奋：“今天的实验课十分有趣，让我产生了强烈的学习欲望！”
在这节实验课的实施过程中，我们经历了诸多的困难和困惑，甚至一度想要放弃，但是当带领着学生们制定出实验方案时他们的激动与憧憬，在显微镜下找到计数室时的欣喜，以及使用新方法做出曲线图时的兴奋等等这些都给予了我莫大的鼓励，让我觉得自己付出再多的辛苦也是值得的。当然教学方法没有最好只有更好，这就需要在以后的实践中进一步探索与改进，所以也恳请各位同行专家多提宝贵意见，批评指正，谢谢大家！
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