《探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路本節(jié)課突出對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，將科學(xué)研究的過程（發(fā)現(xiàn)問題提出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論）作為本節(jié)課的教學(xué)主線，以求向?qū)W生介紹科學(xué)研究的一般過程和方法。通過分析問題探究數(shù)學(xué)規(guī)律構(gòu)建數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問題的方法，讓學(xué)生體驗(yàn)由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過程，了解系統(tǒng)分析的思想和方法，提高對生命系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的認(rèn)識。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析“酵母菌種群數(shù)量大小的動態(tài)變化” 在普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)和考試大綱對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考查的要求中屬C級要求,因此在教學(xué)過程中不僅要求學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識,掌握基本操作技能,熟悉探究活動的一般過程，還要具備

2、初步探究的能力,包括確認(rèn)變量、作出假設(shè)和預(yù)期、設(shè)計(jì)可行性方案、處理和解釋數(shù)據(jù)、根據(jù)數(shù)據(jù)作出合理的判斷等，而且要通過本次實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果作出分析，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)學(xué)生透過客觀現(xiàn)象揭示本質(zhì)的能力和抽象問題具體化的能力。三、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)(一)、知識與技能：1、明確探究實(shí)驗(yàn)的基本方法步驟，說明構(gòu)建種群增長模型的方法；2、掌握血球計(jì)數(shù)板的使用方法和計(jì)數(shù)方法；3、掌握培養(yǎng)酵母菌的一般方法；4、用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化；(二)、過程與方法：通過根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制曲線培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理能力和數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建能力；(三)、情感態(tài)度與價(jià)值觀：1、通過小組之間的分工合作,培養(yǎng)協(xié)作精神；2、了解系統(tǒng)分析的思想

3、和方法，逐步形成整體性思維的習(xí)慣，樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，為形成環(huán)境保護(hù)意識奠定基礎(chǔ)。四、教學(xué)重點(diǎn)及解決策略(一)教學(xué)重點(diǎn)：指導(dǎo)學(xué)生通過對培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量連續(xù)8天的觀察后所收集的數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，探究變化規(guī)律，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，繪制變化曲線，并嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因。(二)解決策略本節(jié)課的關(guān)鍵問題在于課堂上難以通過實(shí)驗(yàn)探究種群增長方式，因此在認(rèn)真研讀教材的基礎(chǔ)上，改進(jìn)教材中的“探究酵母菌種群數(shù)量動態(tài)變化”的實(shí)驗(yàn)。首先通過課前實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)連續(xù)8天對酵母菌種群的觀察計(jì)數(shù)，然后在課堂中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析使全體學(xué)生了解了酵母菌的培養(yǎng)計(jì)數(shù)方法，在此基礎(chǔ)上最終得出種群的“S”型增長曲線，并在獲

4、得的“S”型增長曲線基礎(chǔ)上分析種群“S”型增長的特點(diǎn)及原因，從而解決本節(jié)課的重點(diǎn)。五、教學(xué)難點(diǎn)及突破辦法（一）教學(xué)難點(diǎn)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，繪制變化曲線，并嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因。（二）難點(diǎn)突破對于高中生而言，由于數(shù)學(xué)知識還不夠健全，所以建立數(shù)學(xué)模型，以及運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實(shí)例分析有較大難度。教師可以根據(jù)學(xué)生已有的函數(shù)知識，通過分析問題探究數(shù)學(xué)規(guī)律構(gòu)建數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問題的方法，讓學(xué)生體驗(yàn)由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過程，從而突破難點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量動態(tài)變化的活動，在探究過程中涉及多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作技能，包括用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板進(jìn)行酵母菌細(xì)胞計(jì)數(shù)、嘗試依據(jù)測量數(shù)據(jù)建立種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，并

5、且數(shù)據(jù)收集繁雜而耗時(shí)，許多問題的預(yù)測、分析和解決等學(xué)生難以把握，因此在活動進(jìn)行之前必須做好充分的準(zhǔn)備。（一）學(xué)生準(zhǔn)備：1了解酵母菌：酵母菌是一種兼性厭氧型單細(xì)胞真核生物，酵母菌能在pH 值為37.5 的范圍內(nèi)生長，生長的最適宜溫度在2030之間，在營養(yǎng)條件好的環(huán)境下進(jìn)行出芽生殖，環(huán)境惡劣的條件下進(jìn)行有性生殖。由于酵母菌的生長周期短，增殖速度快，因而是研究種群數(shù)量的增長規(guī)律以及種群內(nèi)部和外部因素對種群個(gè)體數(shù)量影響的良好實(shí)驗(yàn)材料。2讓學(xué)生課前通過上網(wǎng)查找和小組集中研討，重點(diǎn)解決本實(shí)驗(yàn)的兩項(xiàng)較復(fù)雜的技術(shù)：無菌馬鈴薯培養(yǎng)液的配制：下載并理解含圖片的培養(yǎng)液制作過程（配制、滅菌、接種、培養(yǎng)），課前由各小組

6、在實(shí)驗(yàn)員指導(dǎo)下制作完成。酵母菌的取樣和計(jì)數(shù)：要求找出血球計(jì)數(shù)板的圖片及使用說明，理解如何使用和換算為10mL培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量。（二）教師準(zhǔn)備：1、分組：學(xué)生按學(xué)科能力的強(qiáng)中弱均分為8組，各組盡量平衡，各組自行分工，并由實(shí)驗(yàn)員統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)過程。2、材料：酵母菌貯用培養(yǎng)液，無菌葡萄糖溶液，無菌水。3、用具：血細(xì)胞計(jì)數(shù)板，蓋玻片，有螺旋蓋的試管，滴管，移液管，試管架，記號筆，直尺，坐標(biāo)紙，顯微鏡。七、流程圖利用課件結(jié)合生活中如何防治鼠害、如何指導(dǎo)漁業(yè)捕撈可持續(xù)發(fā)展等問題引入新課引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識，發(fā)現(xiàn)問題酵母菌種群數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？學(xué)生利用教師提供的材料，及所學(xué)知識提出合理的假設(shè)根據(jù)實(shí)

7、驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，繪制種群增長曲線，并驗(yàn)證根據(jù)所繪制曲線，分析種群增長曲線的特點(diǎn)及形成原因利用多媒體課件引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課后小結(jié)，理論升華指導(dǎo)學(xué)生實(shí)際生活生產(chǎn)實(shí)踐八、教學(xué)過程程序教學(xué)活動設(shè)計(jì)意圖教師行為學(xué)生行為 創(chuàng)設(shè)情境，引入新課分別出示老鼠圖片及大黃魚圖片提出問題：1、我們都知道“老鼠過街、人人喊打”。在有些地方，它們的確達(dá)到了成災(zāi)的地步，怎樣控制這些有害生物呢？2、上世紀(jì)八十年代以前人們食用大黃魚主要靠天然采捕，但是由于多年的酷魚濫捕，大黃魚的自然資源幾近瀕臨枯竭，一時(shí)間大黃魚的價(jià)格一躍而上到幾百元/斤。如何才能實(shí)現(xiàn)大黃魚高產(chǎn)的同時(shí)又保持其種群的可持續(xù)發(fā)展呢？引出課題：種群數(shù)量的變化。觀看

8、，思考回答 造成視覺沖擊，激發(fā)學(xué)生的探究熱情，主動思考探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)講述：要研究種群的數(shù)量的變化，就應(yīng)該選一定生物種群為研究對象。自然種群受眾多環(huán)境因素的影響，增長方式的特點(diǎn)比較復(fù)雜，我們需要構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)種群使問題得以簡化，那么什么材料適合于構(gòu)建實(shí)驗(yàn)種群呢？師生互動總結(jié)：應(yīng)該選取具有實(shí)驗(yàn)安全性的、容易獲得的、個(gè)體小且繁殖快的生物構(gòu)建實(shí)驗(yàn)種群。例如，草履蟲，酵母菌等單細(xì)胞生物。展示：酵母菌圖片復(fù)習(xí)：酵母菌繁殖方式及代謝類型提問：如果我們利用培養(yǎng)液培養(yǎng)酵母菌，大家會有哪些疑問呢？（展示問題：酵母菌種群的增長方式是怎樣的？） 活動：學(xué)生分組討論酵母菌種群可能的增長方式并交

9、流提問：1、若要觀察酵母菌種群的數(shù)量變化，怎樣進(jìn)行酵母菌的記數(shù)？（介紹血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的用法。）2、如何培養(yǎng)酵母菌種群？實(shí)驗(yàn)小組成員代表介紹“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實(shí)驗(yàn)的基本方法和步驟。視頻展示實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)過程。（1、配制培養(yǎng)基；2、滅菌；3、接種 4、取樣；5、計(jì)數(shù)及統(tǒng)計(jì)）思考   學(xué)生根據(jù)假設(shè)討論歸納出多種增長方式  思考，討論，回答 觀看了解實(shí)驗(yàn)的基本方法與步驟     鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，對實(shí)驗(yàn)小組成員的辛勤付出給予肯定，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣構(gòu)建酵母菌數(shù)量變化曲線出示實(shí)

10、驗(yàn)數(shù)據(jù)提問：1、通過這些數(shù)據(jù)我們能不能看出酵母菌種群是如何增長的呢？2、如何表示才能更直觀呢？3、如何合理利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建酵母菌數(shù)量變化曲線才能盡可能減小誤差？（師生互動歸納出：采用8組數(shù)據(jù)平均值計(jì)數(shù)才能減小誤差。）指導(dǎo)學(xué)生選取8組數(shù)據(jù)中的某一組及8組數(shù)據(jù)平均值構(gòu)建曲線圖。巡視，對學(xué)生繪制的曲線及時(shí)肯定，用投影加以展示。 思考，回答（數(shù)據(jù)不太直觀；構(gòu)建曲線）  獨(dú)立完成曲線的構(gòu)建 觀看使學(xué)生了解生物學(xué)統(tǒng)計(jì)的基本方法，加深學(xué)生對種群計(jì)數(shù)中大樣本和小樣本對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同影響的理解種群增長曲線的特點(diǎn)及原因分析 引導(dǎo)學(xué)生得出酵母菌種群的增長方式為“S”

11、型增長。分析其特點(diǎn)：其增長呈現(xiàn)為先加速后減速的特點(diǎn)，受到環(huán)境容納量（K值：長時(shí)期內(nèi)環(huán)境所能維持的種群最大數(shù)量）的限制，不能無限增長。提問：情況是不是這樣呢？讓我們通過計(jì)算種群的增長速率并構(gòu)建曲線加以驗(yàn)證。投影展示師生共同總結(jié)“S”型增長的特點(diǎn)：（板書）<K/2加速增長=K/2增長最快>K/2增長減慢=K增長速率為0活動：討論一定體積培養(yǎng)液中的酵母菌種群為什么會呈現(xiàn)這樣的增長方式呢？（師生互動得出：一開始，酵母菌的營養(yǎng)和生存空間充足，加速增長。隨著酵母菌數(shù)量增加，營養(yǎng)和空間相對有限，種內(nèi)斗爭加劇，導(dǎo)致酵母菌種群的增長速率下降。當(dāng)種群的出生率和死亡率相等時(shí)，酵母菌種群的增長就會停止，穩(wěn)

12、定在K值。）提問：自然種群是否也呈現(xiàn)這樣的增長呢？展示“綿羊種群被引入澳大利亞斯塔馬尼亞島”的圖片。講述：一定自然條件下種群的增長也表現(xiàn)出類似的增長方式。師生互動得出：影響種群增長的因素主要有食物有限，空間有限，種內(nèi)斗爭，氣候不適、天敵捕食、寄生蟲、傳染病等。可見“S”型增長的條件是：資源有限、空間有限及受到其它生物的制約（板書）。  思考并回答  構(gòu)建曲線 觀看      思考，討論，回答    思考思考，討論   

13、;      培養(yǎng)學(xué)生的識圖能力及歸納總結(jié)的能力              S型增長的實(shí)際應(yīng)用講述：我們研究了一定條件下種群動態(tài)變化曲線，能不能用來解決剛才提出的問題，你認(rèn)為我們?nèi)绾螠缡蟛拍苋〉幂^好的效果呢?如何指導(dǎo)漁業(yè)捕撈才能實(shí)現(xiàn)大黃魚的可持續(xù)發(fā)展？（總結(jié)：對于滅鼠，一方要面減少種群的數(shù)量，更主要的是降低其環(huán)境容納量；要實(shí)現(xiàn)大黃魚種群的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)提高其環(huán)境容納量，同時(shí)應(yīng)在K/2或K/2K時(shí)收

14、獲，盡可能使種群數(shù)量保持在K/2，使其維持最大的增長速率。） 思考，討論   認(rèn)同生物學(xué)知識在實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值。  小結(jié)本節(jié)課我們通過實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了種群增長的“S”型曲線，那么種群數(shù)量除“S”增長外，還有沒有其他增長方式？下一節(jié)課我們繼續(xù)探討。 留下懸念，激發(fā)興趣九、板書設(shè)計(jì)：第二節(jié) 種群數(shù)量的變化一、“S”型增長1、K值：環(huán)境容納量2、特點(diǎn)：<K/2加速增長=K/2增長最快>K/2增長減慢=K增長速率為03、產(chǎn)生條件：資源有限、空間有限及受到其它生物制約十、教學(xué)反思本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了探究性教學(xué)的要求，由于種群的培養(yǎng)、計(jì)數(shù)需

15、要較長的時(shí)間，因此，通過實(shí)驗(yàn)來探究種群的增長方式，在一節(jié)課的時(shí)間內(nèi)是不可能完成的。因而，一般的教學(xué)方法是分析已有的曲線圖，得出種群增長方式的規(guī)律和特點(diǎn)。本人與實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)一起，合理利用教材中的實(shí)驗(yàn)方案并對其進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)本校學(xué)生的特點(diǎn)，并完成了部分前期工作，解決了這一問題，使全體學(xué)生能在一節(jié)課的時(shí)間內(nèi)，了解酵母菌的培養(yǎng)計(jì)數(shù)方法，在實(shí)驗(yàn)小組獲得的寶貴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建種群增長方式的曲線圖，獲得種群增長的“S”型曲線并在此基礎(chǔ)上分析獲得了“S”型增長的特點(diǎn)。另外建立數(shù)學(xué)模型，是本模塊的重點(diǎn)知識和技能訓(xùn)練，是學(xué)生必須要掌握的方法，但是，高中學(xué)生對于數(shù)學(xué)模塊的建立還比較陌生，怎么樣讓比較復(fù)雜的內(nèi)容簡單化？教師在設(shè)計(jì)