探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化实验教学设计.docx
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探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化实验教学设计
《探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化》实验教学设计
一、设计思路
探究实验“培养液中酵母菌种群数量的动态变化”，旨在让学生通过对培养液中酵母菌种群数量连续7天的观察，探究变化规律，进而统计数据，建构数学模型，绘制变化曲线。
1.提出问题
教材中提出的问题是：
培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
教师也可以进一步引导学生，依据所学知识，分析酵母菌生长的条件与种群数量增长之间的关系，提出探究的问题。
例如，在不同温度（以及通氧、通CO2等）条件下酵母菌种群数量增长的情况如何（条件创设能够寻求宁夏大学微生物实验室帮助）？
不同培养液（如加糖和不加糖）中酵母菌种群数量增长的情况如何？
等等。
2.作出假设
科学研究始于问题。
作出假设可以使科学研究更有针对性，而不是盲目搜集资料进行研究。
作出假设需要立足于已有知识，当更需要充分发挥想象力和创造力。
在教学中要鼓励学生积极大胆地提出假设，但同时，教师应提出“合理提出假设”的要求，要围绕问题，根据预期结果作出符合逻辑的假设。
3.讨论探究思路
这是开展探究活动的重要内容之一，也是本课时重点突破。
通过探讨能使学生明白实验设计的基本原理，在具体操作时做到心中有数。
4.制定计划
本实验时间较长（7天），因此事前一定要做好周密的计划，定程序、定时间、定人员。
5.实施计划
学生分小组，按计划中确定的工作流程，课后认真操作，做好实验记录。
6.分析结构，得出结论
将记录的数据用曲线图表示出来，讨论分析实验的结果与假设是否一致。
教师利用课堂时间让小组交流展示。
二、实验内容分析
“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”是人教版必修3第四章第二节中的一个探究活动。
教材编排顺序上一是构建种群增长模型的方法；二是种群数量的变化情况，包括“J”和“S”型曲线、种群数量的波动和下降；三是探究实验。
在学习“种群的增长方式”之后安排这一活动，旨在让学生通过实验测得具体的数据，并尝试根据数据建构酵母菌种群数量动态变化的数学模型，从而了解在封闭环境中酵母菌种群数量的变化规律。
在探究过程中涉及多项实验操作技能，如利用移液管（移液枪）准确移取一定量的溶液，微生物培养法，利用血细胞计数板对培养液中的酵母菌细胞进行计数，推导细胞总数的计算公式,显微镜的使用等等，所以是一项有着多方面意义和价值的探究活动。
此外，学生通过亲自研究一个真实的种群，可加深对种群数量变化知识的理解，并且培养收集、整理、分析数据的能力。
三、学情分析
高中学生对数学模型（曲线）的概念并不陌生，学生对运用数学解决生物学中的问题已有了一定的认识，例如对遗传规律、DNA的复制等内容的学习。
本活动是通过提出问题、作出假设、实验探究、得到数据并绘制曲线、验证假设、得出正确结论这一科学探究的过程解决学生遇到的科学问题。
在之前开展的研究性学习活动中，学生已经对探究的一般过程有所体验，但如何设计严谨的实验方案，进行规范的实验操作还需要老师的正确引导。
四、实验目标
1.知识目标：
探究酵母菌种群数量随时间发生的变化,从而了解在封闭的环境中酵母菌种群数量的动态变化规律，找出酵母菌细胞数量变化与其培养条件之间的关系。
2.技能目标：
通过学习使用血细胞计数板进行酵母菌细胞计数的操作，提高学生的动手操作能力。
通过尝试根据测量数据绘制曲线培养学生数据分析处理能力和数学模型的建构能力。
3.情感目标：
通过本次探究活动使学生理解科学的本质，掌握科学探究的一般过程，养成实事求是的科学态度，培养学生小组合作学习的能力。
五、教学重点
1.尝试建立酵母菌种群数量变化的数学模型
2.解释种群的数量变动
六、教学难点
1.酵母菌的计数
2.数学模型的建立
解决策略和突破方法：
学生对培养液中酵母菌种群数量进行连续7天的观察和统计，根据收集的数据绘制酵母菌种群数量的动态变化曲线，找出酵母菌细胞数量变化与其培养条件之间的关系。
教师必须对活动的各个环节作出适当的指导和引导。
七、教学方法
分组教学实验设计操作评价
八、课前准备
探究培养液中酵母菌种群数量动态变化的活动，在探究过程中涉及多项实验操作技能，包括用血细胞计数板进行酵母菌细胞计数、尝试依据测量数据建立种群数量变化的数学模型等，而学生在活动中又受到时间等各种因素的限制，因此在活动进行之前必须做好充分的准备。
1.学生准备：
a.了解酵母菌：
酵母菌是一种既能进行出芽生殖又能进行有性生殖的单细胞真核生物，生长的最适宜温度在20℃~30℃之间，酵母菌能在pH值为3~7.5的范围内生长，在氧气充足的环境中主要以出芽生殖的方式快速增殖，大约每1.5~2小时增殖一代。
由于酵母菌的生长周期短，增殖速度快，是研究种群数量的增长规律以及种群内部和外部因素对种群个体数量影响的良好实验材料。
酵母菌的种类很多，来源丰富，最简单的方法是使用食品类商店出售的用于发面或制酒的高活性干酵母作为菌种。
b.了解血细胞计数板：
血细胞计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器，它的规格有两种，一种叫16×25型，另一种叫25×16型。
以16×25型为例，在血细胞计数板的中央有两个平面台，每个平面台各有一个含9个大格的方格网，中央大格叫大方格。
将其放大，可见它含16中格，将每一中格放大，可见25个小格，所以每一个大格共有400个小格。
一般取大格中的左上→右上→右下→左下4个中格计数，共计数100个小格。
每一个大方格的边长为1mm，面积为1mm2，每一个小格的边长为0.05mm，面积为0.0025mm2，盖上盖玻片后，载玻片和盖玻片之间的高度为0.1mm，所以大格的容积为0.1mm3（已知1mL＝1cm3＝1000mm3），每一个小格的容积为0.00025mm3，0.00025mm3×400＝0.1mm3。
c.推导酵母菌细胞总数计算公式：
每mL酵母菌细胞个数＝（所数100个小格中的细胞总数÷100）×400×104×稀释倍数。
试管内酵母菌细胞总数＝每mL酵母菌细胞个数×10
2.教师准备：
材料：
酵母菌贮用培养液，无菌葡萄糖溶液，无菌水。
用具：
血细胞计数板，盖玻片，有螺旋盖的试管，滴管，移液管（移液枪），试管架，记号笔，直尺，坐标纸，显微镜。
2.作出假设
1.提出问题
学生联系小组实际讨论、定程序、定时间、定人员；
学生小组内部选题、讨论、全班交流、其他小组指正；
学生积极大胆地提出假设，教师提出合理假设要求；
培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
与生长条件之间的关系？
3.讨论探究思路
4.制定计划
5.实施计划（课后）
课后按计划的工作流程认真操作，做好记录；
九、教学流程图
九、活动过程
活动流程
学生活动
教师活动
教学意图
一、提出问题
在封闭的环境中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
养分会影响酵母菌种群的数量吗？
温度会影响酵母菌种群的数量？
等等。
针对学生提出的各种假设，教师引导学生思考如何设计实验。
激发学生对酵母菌种群数量变化的好奇，提出各种问题并作出假设。
二、作出假设
酵母菌种群的数量随培养时间的延长而呈S型增长，或酵母菌种群的数量随培养时间的延长而呈J型增长等。
三、讨论探究思路
四、制定计划
学生小组内部选题、讨论、全班交流、其他小组指正。
范例
（1）将24支试管分成ABC三组，每组8支。
A组为实验组，装培养液10mL，酵母菌母液0.1mL,环境温度28℃。
B组装培养液10mL，酵母菌母液0.1mL,环境温度5℃，与A组形成温度条件对照。
C组不装培养液，只装无菌水10mL,酵母菌母液0.1mL,环境温度28℃，与A组形成营养条件对照。
（2）定时取样计数：
连续7天，在每一天相同时间用血细胞计数板对一定量的酵母菌贮用培养液进行细胞计数。
将数据记录在类似以下表格内（见下图）。
（3）数据处理，建立数学模型（画坐标曲线）
（4）结果分析与讨论
学生分组制定
设计实验时教师先请学生思考实验的影响因素有哪些？
如何才能使测得的数据最接近真实值？
等问题。
适当指导
让学生自己设计实验的程序，并设计记录实验数据的表格。
确定小组最终实验流程
天数
1
2
3
4
5
6
7
时间/h
0
144
酵母菌数
（mL-1）
A
B
C
活动流程
学生活动
教师活动
教学意图
五、实验过程
1.酵母菌贮用培养液制备
2.配制样品
3.进行细胞计
了解酵母菌生长所需的环境：
培养基，温度，PH，无菌等条件。
完成分装、灭菌、接种、培养等操作。
按照制定计划设置样品
稀释方法：
如记数时发现细胞数较多，不易分辨，吸取的样液应当稀释。
方法是：
将9mL无菌水移入1支灭菌过的试管里，然后立即将1mL培养液移入试管里并充分混匀，使原培养液被稀释10倍。
再依照步骤2方法进行取样。
（1）配制马铃薯葡萄糖培养基
（2）分装（指导）
（3）灭菌（指导）
（4）接种（指导）
（5）培养（指导）
指导学生配制计数测量用的样品。
指导学生正确使用血细胞计数板对样品溶液中的细胞进行计数。
第1步由教师事先完成，制备酵母菌贮用培养液，为学生对酵母菌种群进行计数测定作好准备。
使学生学会使用血细胞计数板进行镜检计数。
7.处理数据，建构数学模型
（1）根据所得数据计算两次计数的平均值，用公式估算样品试管内的细胞总数并记录。
（2）在坐标纸上开始绘制种群数量随时间变化曲线和酵母菌细胞数量变化与生长条件之间的关系曲线。
（3）将样品放回试管架，洗手,离开实验室。
指导学生正确估算样品中细胞总数，指导学生建构坐标系进行描点。
使学生根据实验所的数据估算样品中酵母菌细胞总数，尝试依据数据建立数学模型（曲线）。
六、分析实验结果，验证假设，得出结论
根据建构的数学模型，对实验前所作的假设进行验证，得出结论，从而了解在封闭的环境中酵母菌种群数量的动态变化规律和酵母菌细胞数量变化与其浑浊度之间的关系。
引导学生分析所得实验结果及其原因
学生对结果作出分析解释，教师给予及时的反馈和评价。
十、板书设计：
探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化
1.提出问题
2.作出假设
3.讨论探究思路
4.制定计划
5.实施计划
6.分析结构，得出结论
十一、实验报告
实验原理
酿酒和做面包都需要酵母菌。
这些酵母菌可以用液体培养基（培养液）来培养。
培养液中酵母菌种群的增长情况，与发酵食品的制作有密切关系。
目的要求
1、掌握酵母菌培养的基本技术以及用血球计数板测定酵母菌的数量。
2、进一步认识在限定的环境中种群数量增长的模式，以及养分和温度等因素对酵母菌种群增长的影响。
3、依据实验要求，使学生具备初步探究一些生物学问题、恰当评价和完善实验方案的能力。
①探究培养液中酵母菌种群数量的变化，建构种群增长的数学模型
②解释种群数量的波动类型及其原因，指出影响种群数量变动的因素
③正确使用显微镜、血球计数板等实验器材解决实验问题
④明确探究实验的一般步骤并能恰当评价和完善实验方案
材料用具
探究所需要的菌种、无菌马铃薯培养液或肉汤培养液、试管、血球计数板（2mm×2mm方格）、滴管、显微镜等，
方法步骤
一、问题
培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
二、作出假设
根据前面所学知识，针对这一问题作出假设：
。
三、讨论探究思路
在制订计划前，需要思考以下问题，并与同学讨论。
1、怎样进行酵母菌的计数？
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