探究酵母菌种群大小的动态变化
【教学目标】
1、知识目标：应用种群数量的增长规律设计实验；能够指出影响种群数量变动的因素，解释种群数量变化的原因。
2、能力目标： 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、情感态度与价值观目标：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。
【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。
【教学难点】
酵母菌的计数，数学模型的建立。
【教学方法】
分组教学，实验设计、操作、评价。
【内容分析】
探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化是苏教版必修三第三章第一节《生物群落的基本单位》的“种群数量的增长规律中的一个课题研究，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，如利用移液管准确移取一定量的溶液，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，因此在开展活动之前要做好充分的准备。
【课前准备】
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，试管架，记号笔，直尺，坐标纸，显微镜。
学生准备：
1、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。
2、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。
推导酵母菌细胞总数计算公式：
①每mL酵母菌细胞个数＝（所数80个小格中的细胞总数÷80）×400×104×稀释倍数。②试管内酵母菌细胞总数＝每mL酵母菌细胞个数×10
【教学过程】
知识回放，巩固理论
【课件投影】
种群数量变动的数学模型（如图）。
1、在什么条件下，种群的增长呈“J型”曲线？在什么条件下呈“S型”曲线呢？
2、现实生活中我们有没有接触过这样的种群呢？请举例说明。
【设计意图】设置问题引导学生复习知识点“种群数量的变化”，导出新问题。
【简要实录】学生对前面学习的相关理论知识记忆比较牢固，提问两位学生能较完整地回答。可知他们已基本掌握了：在食物(养料)和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量往往会连续增长。种群的增长就会呈“J”型曲线。而生长环境中存在限制种群增长的因素(有限的食物、废物的积累、环境条件的变化、种内或种间的相互作用等)时，种群数量的增长呈“S”型增长。
创设情境，提出课题
【课件投影】
1、请注意展示的2瓶容积各为100ml的酵母菌培养液。其中，一瓶加糖、一瓶不加糖。现在每个瓶中大概有多少酵母菌？明天呢？一个星期后呢？请进行思考讨论。
2、酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？我们可以分析找出酵母菌种群的生长条件与酵母菌种群数量增长之间的关系吗？譬如说在不同温度、不同培养液（如，加糖和不加糖）或不同氧气浓度条件下。
【设计意图】通过创设问题情境，以情激情；问题层层具体深入，把思维导向本课题。激起学生的实验探究热情，为探究活动作铺垫。
【简要实录】同学们对老师展示的培养瓶表现出很大的兴趣，议论纷纷。迫切想知道一系列问题的答案。所以都赶紧开动脑筋想开了，努力思考如何通过实验一探究竟。然后引出课题：“探究培养液中酵母菌数量的动态变化”。
作出假设，初拟方案
【课件投影】科学探究的一般过程：提出问题→作出假设→设计实验→实施实验→分析数据→得出结论。
请分组讨论：根据这个一般过程，要探究种群数量的动态变化，从哪些方面进行探究比较可行呢？要求在规定时间内初步完成设计方案。
【设计意图】设计方案是探究活动的重要内容之一，是自主学习的重要环节之一。学生通过组内讨论交流的学习方式，掌握实验设计的基本原理。高二学生对探究性实验已有一定认识，老师只就科学探究的一般过程和步骤进行简单指导，有利于学生对实验探究活动有一个整体认识，更好地掌握科学实验方法，避免实验过程的盲目性，在具体操作时心中有数。
【简要实录】老师对科学探究活动的一般过程进行说明，应特别指出，本实验结论要求通过建立数学模型来进行说明，同时它也是本活动的重点。学生热情高涨，讨论热烈。大家对影响酵母菌种群数量变化的因素看法不一 ，有的认为氧气浓度的影响比较大，有的又认为培养液中糖含量的影响比较大，还有的认为温度的影响比较大……。学生们的思维发散得很开阔。为控制好上课节奏，老师及时予以点拨：我们应对全部的影响因素进行整体研究还是选择其中一项影响因素进行探究呢？作为实验应遵循哪些实验原则来考虑决定呢？“若一个实验中同时存在多个变量，能否准确判断出影响结果的因素吗？”学生们得到启发、恍然大悟，迅速形成定向思维，进行思考。较快地领悟到实验应当遵循控制单一变量的原则。全班同学积极合作、主动协调，确定每个小组探究不同的影响因素。各小组都认真进入角色积极讨论，在规定时间内初步拟定了小组的设计方案。老师在此期间巡视指导。
交流分析，确定方案
【课件投影】请进行组间交流，优化方案。
【设计意图】有竞争才能有进步。设计组间评价交流，学生们相互间既是学习对象也是竞赛对手。可以再次激发大家的探究热情，全身心投入思考，主动发现问题、提出疑问；加强生生之间的合作交流、师生之间的互动学习，强化思维过程和思维碰撞；培养积极严谨的科学态度，提高学习质量。老师巡视指导和挑选部分小组作评点，既可了解学生学习情况，又大大节省时间，同时保证挑选具有代表性、不遗漏。
【简要实录】老师根据巡查情况挑选2个组陈述各自的设计方案，然后由其他小组进行评价。学生们踊跃推荐本组方案。
选中的第三组设计探究的变量是温度，需要设置多组不同温度下的实验组，但实验室只有一个恒温箱、一个冰箱，只能设置2个实验组。几个组的代表都对实验可行性提出了质疑。老师提问“在遵循单一变量的原则下，如何快捷准确地探究不同因素对酵母菌种群数量的影响”，学生们能从平行重复实验原则联想到：由3个小组来对照研究1个变量，这样就可以一次实验，获得多组实验数据，最后汇总全班的实验数据。然后几个组长商定各组的研究变量。
在讨论、交流中，学生们提出了许多问题，较有针对性和代表性的就是：酵母菌种群生活的适宜温度是多少？探究温度影响因素时应设计哪几个温度?怎样将培养液温度调到准确的数值?怎样排除温度外其他因素的影响?使用数码显微镜、血球计数板应注意什么问题？
老师在学生争议分歧较大时则及时点评指导，一起论证方案的可行性。在此基础上各小组完善设计方案。
【课件投影】最优方案：根据实验室条件，确定对不同温度、不同养分条件下培养液中酵母菌种群数量进行连续7天的实验探究。每天在同一时点进行观察，用血球计数板进行显微计数，统计数据；建构数学模型，绘制变化曲线；总结变化规律。
操作实验，统计数据
师：科学探究的一般过程是提出问题→作出假设→设计实验→实施实验→分析数据→得出结论。在实施实验的过程中，大家觉得关键的问题有哪些？
学生讨论：
生1：如何防止其它无关变量的干扰。
生2：对酵母菌进行计数时怎样减小误差。
生3：如何处理数据。
… … …
师：大家已经自学了血球计数板的使用，请一位同学到讲台给大家讲解、演示血球计数板的构造、用途和使用方法。
一学生演示，其他学生观察并评价。
教师提出有关计数的一些问题：
从试管中吸取培养液进行记数之前，为什么要将试管振荡几次？（混合均匀）
对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？（相邻两边及顶角计数）
如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取怎样的措施？（稀释）
每天何时取样，需注意些什么？（时间一致，明确标号，防止不同温度的混淆）
可否每天只取样一次？（不行，偶然性太大，至少三次，取平均值）
……
师：我们得到数据如何表示呢？
生1：列表进行比较。
生2：绘制曲线图。
生3：用柱形图（饼状图……）。
学生讨论各种方法的优缺点，并设计表格。
学生进行分组实验，显微观察，统计数据；在接下来的一周中，学生连续观察、统计。
分析数据，得出结论
一周后，各小组实验结束。各实验小组汇报实验结果，分析实验数据，转化成图表等形式，构建数学模型。
师：在为期一个星期的《探究酵母菌种群大小的动态变化》活动中，各同学都能积极探究、互相研讨学习、克服种种困难，终于获得了有关酵母菌生活的一些珍贵实验数据，请大家拿出各小组的汇总数据资料，一起来分析、总结。
讨论分析：让学生对以温度为自变量的第3小组的数据（下表）进行初步分析，看能否揭示出其中的变化规律。
小组讨论、分析后回答教师的个别提问。
生：酵母菌生活的适宜温度是30℃左右，在试管中培养的过程中，依次发生先增加后减少的变化。
师：“我们费了大量精力才获得这些数据，但在分析酵母菌种群数量的变化规律时，你觉得表格数据有什么优点，还存在哪些不足之处？”
生：准确，但不够直观！
师：那么，用什么方式表达这种变化更好？
生：“坐标曲线图”，学生一致认为。
3. 绘制变化曲线，初步建构数学模型
数型转换训练：让学生以第3组的数据绘制坐标曲线图。
师：“可以得出哪些结论？”
生：在酵母菌生活的适宜温度是28℃左右。
对实验曲线和和理论上的“J型”曲线、“S型”曲线进行比较，并分析原因。
学生活动：教师让学生把全班以营养为自变量的第5和第6小组的表格数据用曲线图绘出来，再通过对两个小组的曲线图的比较概括出结论。
师：“可以得出哪些结论？”
生：蒸馏水培养下，酵母菌的数量不断减少。说明酵母菌的生活需要从培养液中获取营养。
这些实验说明温度、营养物质影响酵母菌种群数量增长。
继续探究:
如果我们进一步分析曲线，还会发现：
即使在培养液中，温度适宜的条件下，酵母菌种群数量还是会下降，为什么？
引出可能营销酵母菌种群数量增长的其他限制因素：（除了温度、营养物质外）PH、生活空间、种群密度等也需考虑，启发学生继续探究。
【教学反思】
新课程改革提倡学生自主学习、合作学习和实验探究，要求教师充分发掘和利用本地的教学条件，努力为学生提供这样的机会和氛围，在探究过程中，从确定课题、制定计划、搜集资料、总结整理、交流评价五个连续的阶段中，使学生获得亲身参与研究探索的体验，促进学生形成善于质疑、乐于探究、努力求知的积极态度和情感，努力培养学生学会自主发现和提出问题，收集、分析和利用信息以及解决问题等多方面的探究能力，逐渐学会交流和分享探究的信息、创意及成果，发展乐于合作的团队精神和合作技能，形成严谨、求实的科学态度。引导学生了解科学对于自然、社会与人类的意义与价值，学会关心国家和社会的进步，形成对社会的责任心和使命感。
本节课的教学设计就是在这种教学理念的指导下进行的。本节课的教学，课前能很好地利用本地的教学条件，课堂上能突出引导学生自主解决所收集的数据的分析总结，探究变化规律，建构数学模型，绘制变化曲线，并尝试解释种群数量变化的原因。在教师设计的教学过程中，各学生在类似于科学研究的活动中，通过有序地开展自主进行数型转换、讨论分析、交流等活动，保证了知识、技能和情感等方面的课堂教学目标的质量。
通过本节探究实验分析课，学生基本建构了种群数量变化的表格和曲线图数学模型，弄清楚其种群数量变化规律影响和酵母菌种群数量变化的因素。从而促进学生对本节教材前部分中“建构种群增长模型的方法”、“种群增长的‘J’型和 ‘S’曲线的理解”部分内容的理解。
【点此下载】