必修3探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化(教學設計案例)人教版1

1、課題 探究培養(yǎng)液中酯母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化（一）背景授課時間：2006年11月14日第四節(jié)授課地點：生物實驗室（1）室授課班級：肇慶市第一中學高二（1）班授課內容：新人教版（高中實驗教材）生物必修模塊第4章第2節(jié)“種群數(shù)量的變化”中的探究實驗“探 究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”教學目標的確定： 課程標準關于本節(jié)的具體內容標準為“嘗試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變動”，并提出了相應的活動建議“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化”。該條內容標準有兩層涵義：其一、“嘗試建立數(shù)學模型”屬模仿性技能目標，旨在通過原形示范（細菌的數(shù)量增長）和具體指導，學生能完成建立數(shù)學模型；其二、“解釋種群的數(shù)量變動

2、”屬理解水平的知識目標，旨在把握數(shù)學模型（抽象）與種群的數(shù)量變動（具體）之間的內在邏輯聯(lián)系。重點和難點：指導學生通過對培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量連續(xù)7天的觀察后所收集的數(shù)據的分析總結，探究變化規(guī)律，建構數(shù)學模型，繪制變化曲線，并嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因。高中學生對數(shù)學模型的概念并不陌生，學生已對運用數(shù)學解決生物學中的問題有了一定的認識，例如 對遺傳規(guī)律、DNA的復制等的認識。本節(jié)是在學生已有知識的基礎上，重新建構新的知識建構揭示生 物學規(guī)律的數(shù)學模型。（二）主題緊密聯(lián)系現(xiàn)代社會的生產生活實際，讓學生“自主、合作、探究”學習是高中生物新課改的主旋律。教師要盡量聯(lián)系現(xiàn)代社會的生產生活實際創(chuàng)設條件和氛

3、圍，讓學生通過自主努力，積極參與類似于科學研 究的學習活動，逐步形成善于質疑、樂于探究、勤于動手、努力求知的積極態(tài)度和情感，發(fā)展樂于與人合 作的團隊精神，形成嚴謹求實的科學態(tài)度，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、收集分析信息和解決問題的能力，最終實 現(xiàn)知識、技能和情感的學習目標。教師是教學活動的設計者，要改變舊的課堂教學方式，變“授之以魚”為“授之以漁”，放手和激勵學生主動學習，團結協(xié)作，積極參與研討分析和評價，充分體現(xiàn)學生作為探究學習的參與者，在發(fā)現(xiàn)和解 決問題的過程中提升自己。（三）板書設計:主要時期成因特 點特 征應 用I.調整期適應新環(huán)境不立即繁殖代謝活躍，體積增 長較快創(chuàng)設條件，縮短或 延長調整期時

4、間II.指數(shù)期（對數(shù)期）條件適宜繁殖速度最快。呈 指數(shù)增長代謝旺盛，形態(tài)、生理比較穩(wěn)定生產用菌種、科研 材料III.穩(wěn)定期代謝產物大量積累，生存 環(huán)境惡劣活菌數(shù)量達到最高值（K值）增殖速度卜降，死 亡加劇改善和控制條件延 長穩(wěn)定期W .衰亡期營養(yǎng)物質消耗殆盡，有害 代謝廢物積累加劇，生長 環(huán)境進一步惡化。新增細胞數(shù)小十死 亡細胞數(shù)細胞出現(xiàn)多種形 態(tài)，甚至畸形。（四）細節(jié)1.課前準備影響酵母菌數(shù)量的環(huán)境因素是多方面的，因此開放性較大，數(shù)據收集繁雜而耗時，許多問題的預測、分析和解決等學生難以把握，因此，我把本實驗的設計、開展放在課前，具體包括：（1）教師做好實驗目的和意義的動員，鼓勵學生積極參與，

5、團結協(xié)助，把它作為一項課題來完成。布 置學生課前認真閱讀教材實驗內容，理解實驗的方法和探究思路，努力發(fā)掘其中隱含的問題，積極查找資料，為進行探究實驗做好充分準備；各小組利用下午的活動課組織至少一次集體研討會。（2）分組與分工：我將學生按學科能力的好中弱均分為8組，各組盡量平衡，各組自行分工，并由實 驗員統(tǒng)一安排實驗過程。（3）讓學生課前通過上網查找和小組集中研討，重點解決本實驗的兩項較復雜的技術一一無菌馬鈴薯培養(yǎng)液的配制：下載并理解含圖片的培養(yǎng)液制作操作過程（配制、滅菌、接種、培養(yǎng)），課前由各小組在實驗員指導下制作完成。酵母菌的取樣和計數(shù)：要求找出血球計數(shù)板的圖片及使用說明，理解如何使 用和換

6、算為10mL培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量。（4）利用本校優(yōu)勢，11月4日組織學生參觀訪問肇慶藍帶啤酒廠（肇慶）有限公司（圖片1）, 了解微生物啤酒生產的有關知識和技能（圖片2）。（5）各小組在老師的啟發(fā)下，自行確定本實驗的自變量（溫度、 pH、營養(yǎng)），共同設計出較科學可行 的實驗草案，11月6日交老師審閱、指導修正。（6）完成實驗操作過程。在實驗員和教師的指導下分小組在學校實驗室完成，包括培養(yǎng)液的配制、 滅菌、接種、培養(yǎng)、數(shù)據收集等。（7）數(shù)據匯總、印發(fā)：各小組把收集的實驗數(shù)據整理成表格匯總到老師處進行排版、油印，上課前發(fā) 給每個同學進行初步的分析。2 .創(chuàng)設情景，引領分析投影圖片：國酒茅臺（圖片 3

7、）和肇慶市酒類名牌一一藍帶系列（圖片4）。展示：讓學生利用教師的電腦投影出他在參觀訪問肇慶藍帶啤酒廠時拍攝到的生產車間情景（圖片5）。師：創(chuàng)名酒 靠品質，首先就要清楚酵母菌的生理特性。討論：回憶酒的發(fā)酵原理，講出酵母菌兩種呼吸的化學反應式，討論影響酵母菌生活的因素。師：在參觀訪問和為期一個星期的探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化活動中，各同學都能積極探究、互相研討學習、克服種種困難，終于獲得了有關酵母菌生活的一些珍貴實驗數(shù)據，請大家拿出油印的全班各小組的匯總數(shù)據資料，一起來分析、總結。討論分析：讓學生對以溫度為自變量的第3小組的數(shù)據（下表）進行初步分析，看能否揭示出其中的變化規(guī)律。次 數(shù)12

8、345678時 間/d012341567酵母菌數(shù) (106.mL-1)A. 28 C馬鈴薯培養(yǎng)液0.85.25.64.820.80.40.08B. 5 c馬鈴薯培養(yǎng)液0.81.222.83.23.63.23C. 68 C馬鈴薯培養(yǎng)液0.80.40.100000小組討論、分析后回答教師的個別提問。生：酵母菌生活的適宜溫度是 30c左右，在試管中培養(yǎng)的過程中，依次發(fā)生先增加后減少的變化。我就伺機啟發(fā)：“我們費了大量精力才獲得這些數(shù)據，但在分析酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律時，你覺得表格數(shù)據有什么優(yōu)點，還存在哪些不足之處？”生：準確，但不夠直觀！師：那么，用什么方式表達這種變化更好？生：“坐標曲線圖”，學

9、生一致認為。3 .繪制變化曲線，初步建構數(shù)學模型數(shù)型轉換訓練：讓學生以第 3組的數(shù)據繪制坐標曲線圖。教師另外指定一個學生在黑板繪制，其他同學用練習本做教師巡視學生練習情況。當學生繪制完成后，老師以學生繪制在黑板的曲線圖為例，引導學生對該圖進行評價和修正。討論：該曲線圖可靠性如何，理由是什么？生：不夠可靠。因為數(shù)據只有一組，存在偶然性。師：如何才更有說服力？生：進行重復實驗或多組實驗數(shù)據進行比較。學生活動：把全班也是以溫度為自變量的第1組和第7組的數(shù)據也轉換成曲線圖。學生通過對三個小組的曲線圖的比較，很輕易就看出酵母菌數(shù)量的相同變化規(guī)律。師：“可以得出哪些結論？”生：在試管中培養(yǎng)的過程中，都依次

10、發(fā)生緩慢增加、快速增加、穩(wěn)定、減少四個階段的變化。學生補充：酵母菌生活的適宜溫度是28c左右。學生再補充：都有一個最大的數(shù)量。4 .嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因，建構數(shù)學模型I. 調整期討論：曲線圖表明在培養(yǎng)初期，酵母菌的數(shù)量變化特點是什么，原因是什么？教師引導學生想象接種初期，酵母菌對新的環(huán)境有一個調整和適應的過程，包括營養(yǎng)、pH、滲透壓、溫度等的變化，呈現(xiàn)出不立即繁殖的特點。這個時期的長短與菌種、培養(yǎng)條件等因素有關，稱為調整期。分析：調整期的內因是什么？請用細胞代謝的知識來解釋。啟發(fā)：第二階段酵母菌發(fā)生怎樣的變化，這需要調整期做好哪些準備？生：細胞代謝活躍，體積增長較快，大量合成細胞增殖所需

11、的物質和能量。實踐應用：結合生產生活，明確微生物的調整期有哪些應用？生：在啤酒生產中，設法創(chuàng)設有利條件縮短酵母菌的調整期以加快發(fā)酵。學生補充：從營養(yǎng)、pH、滲透壓、溫度等方面抑制有害微生物的繁殖。II. 指數(shù)期（ 對數(shù)期）分析討論：教師讓學生分析討論曲線圖的第二階段。師：酵母菌經過調整期后，其數(shù)量有什么變化特點？生：迅速增加，由1個、2個、4個師 : 怎樣表達其第t 代的數(shù)量（Nt）？生：N = 2t學生更正：不對，應該是N02t師：對。這個時期稱為指數(shù)期（對數(shù)期）。討論：酵母菌數(shù)量呈指數(shù)遞增，需要哪些條件？教師啟發(fā)下，與學生一起概括為：理想環(huán)境（空間、營養(yǎng)充裕，溫度、pH適宜等）。師：把調整

12、期和指數(shù)期（ 對數(shù)期 ） 合起來的曲線像什么形狀？生：“J”型。實踐應用：結合生產生活，明確微生物的指數(shù)期有哪些應用？生：在啤酒生產中，設法創(chuàng)設有利條件縮短酵母菌的指數(shù)期以加快發(fā)酵。III. 穩(wěn)定期分析討論：教師讓學生分析討論曲線圖的第三階段。師：酵母菌數(shù)量經過一段時間的指數(shù)期（ 對數(shù)期 ） 變化后，發(fā)生什么變化？生：增加速度減慢，達到最大值后穩(wěn)定一段時間。師：對。這個最大值稱為環(huán)境容納量（ K值）。師：增加速度減慢的原因是什么？教師啟發(fā)下，與學生一起概括為：環(huán)境變得惡劣（空間和營養(yǎng)不足，種內斗爭加??；CO等代謝產物增加、pH 改變等），導致增殖速度下降，死亡加劇。師：把調整期、指數(shù)期和穩(wěn)定期

13、合起來的曲線像什么形狀？生：“S”型。實踐應用：結合生產生活，明確微生物的穩(wěn)定期有哪些應用？生：在啤酒生產中，設法創(chuàng)設有利條件維持酵母菌數(shù)量的最大值以加快發(fā)酵。討論：有哪些措施？生：適時補充營養(yǎng)、調節(jié) pH調節(jié)發(fā)酵溫度、排出代謝廢物等。IV. 衰亡期分析討論：教師讓學生分析討論曲線圖的第四階段。師：酵母菌數(shù)量經過一段時間的穩(wěn)定期后，發(fā)生什么變化，原因是什么？教師啟發(fā)下，與學生一起概括為：酵母菌數(shù)量不斷減少，顯微鏡下看見細胞出現(xiàn)多種形態(tài)，甚至畸形。 原因是營養(yǎng)物質消耗殆盡， 生長環(huán)境進一步惡化， 有害代謝廢物積累加劇， 導致增殖速度下降， 死亡加劇， 新增細胞數(shù)小于死亡細胞數(shù)。4 .不同pH下，

14、酵母菌種群數(shù)量的變化及解釋學生活動：教師讓學生把全班以pH為自變量的第2、第5和第8小組的表格數(shù)據用曲線圖繪出來，再通過對三個小組的曲線圖的比較概括出結論。師：“可以得出哪些結論？”生：隨時間的變化同樣依次經過穩(wěn)定期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期四個階段。學生補充：酵母菌的適宜 pH為4.05.0左右。5 .營養(yǎng)對酵母菌種群數(shù)量的影響學生活動：教師讓學生把全班以營養(yǎng)為自變量的第4和第6小組的表格數(shù)據用曲線圖繪出來，再通過對兩個小組的曲線圖的比較概括出結論。師：“可以得出哪些結論？”生：蒸儲水培養(yǎng)下，酵母菌的數(shù)量不斷減少。說明酵母菌的生活需要從培養(yǎng)液中獲取營養(yǎng)。6 .得出結論(1)本節(jié)課的數(shù)學模型有表

15、格數(shù)據、公式、曲線圖。(2)酵母菌在適宜條件下培養(yǎng)，種群數(shù)量依次經過穩(wěn)定期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期四個階段，曲線先呈“ J”型后呈“ S”型。酵母菌生活的適宜溫度是28c左右。酵母菌的適宜 pH為4.05.0左右。酵母菌的生活需要從培養(yǎng)液中獲取營養(yǎng)。7 .知識歸納與應用(1)比較微生物培養(yǎng)過程中種群各階段增長率的變化：0一0-0一0,最大在K/2點,實踐應用：在養(yǎng)魚、養(yǎng)雞時維持在 K/2。(2)讓學生列表比較微生物培養(yǎng)過程中種群各階段的變化特點、原因及其實踐應用。8 .深化(任選一題)1 .假如你是肇慶藍帶啤酒廠的技術廠長，結合本節(jié)課談談你的發(fā)酵技術做法。2 .鼓勵有興趣的同學利用課余結合生產

16、生活實際確定探究課題，開展有關種群數(shù)量變化的類似探究實驗。 如在自然界中，既有需要減少其數(shù)量的對人類有害的生物，如鼠、蝗蟲、入侵的水葫蘆等以及某地的人口 變化，也有需要增加其數(shù)量的生物如大熊貓、鯨等保護動物和羊、牛等種養(yǎng)的生物，為更好的改變他們的 數(shù)量，就要弄清楚找出其種群數(shù)量變化規(guī)律和影響他們的種群數(shù)量變化的因素。3 .收集當前啤酒生產銷售的有關資料，為肇慶藍帶啤酒廠的發(fā)展盡一份力。(四)結果新課程改革提倡學生自主學習、合作學習和實驗探究，要求教師充分發(fā)掘和利用本地的教學條件，努 力為學生提供這樣的機會和氛圍，在探究過程中，從確定課題、制定計劃、搜集資料、總結整理、交流評 價五個連續(xù)的階段中

17、，使學生獲得親身參與研究探索的體驗，促進學生形成善于質疑、樂于探究、努力求 知的積極態(tài)度和情感，努力培養(yǎng)學生學會自主發(fā)現(xiàn)和提出問題，收集、分析和利用信息以及解決問題等多 方面的探究能力，逐漸學會交流和分享探究的信息、創(chuàng)意及成果，發(fā)展樂于合作的團隊精神和合作技能， 形成嚴謹、求實的科學態(tài)度。引導學生了解科學對于自然、社會與人類的意義與價值，學會關心國家和社 會的進步，形成對社會的責任心和使命感。本節(jié)課的教學設計就是在這種教學理念的指導下進行的。本節(jié)課的教學，課前能很好地利用本地的教 學條件，課堂上能突出引導學生自主解決所收集的數(shù)據的分析總結，探究變化規(guī)律，建構數(shù)學模型，繪制 變化曲線，并嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因。在教師設計的教學過程中，各學生在類似于科學研究的活動 中，通過有序地開展自主進行數(shù)型轉換、討論分析、交流等活