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1、“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验教学组织生物学通报2011年第46卷第3期探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验教学组织窦向梅(北京市十一学校北京100039中国图书分类号:G633.91文献标识码:C在普通高中生物学课程标准中,细胞代谢是必修1分子与细胞模块的重要组成部分之一,细胞呼吸是细胞产能代谢的主要方式探究酵母菌细胞呼吸的方式是本单元一个很重要的探究性实验,是培养学生实验和探究能力的好素材,借此实验可以培养学生设计探究实验的能力.本文主要探讨新课程中利用探究酵母菌细胞呼吸的方式进行实验的教学组织.1实验教学内容分析探究酵母菌细胞呼吸的方式实验是高中生物学中影响酶活性的条件之后的第2个探究性实
2、验,本实验要求具有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.由于酵母菌是兼性厌氧菌,在有氧和无氧的条件下都能生存,因此便于用来探究细胞呼吸的不同方式.本实验要求学生设计实验探究酵母菌在有氧和无氧条件下的产物,培养学生设计探究方案的能力,并通过探究理解酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的条件,结果,实质.同时,学生在实验中可以体验到探究实验的具体过程,即:提出问题一作出假设设计实验一进行实验一结论,交流和应用.在理解了酵母菌无氧呼吸方式的基础上.可以利用其尤氧呼吸进行选修1果酒的制作实验,将必修内容和选修内容有机结合起来.2教学目标的表述2.1知识性目标概述酵母菌细胞的呼吸方式,举例说出细胞呼
3、吸原理在农业生产和日常生活中的应用.2.2技能性目标通过对探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验设计,现象描述,结果分析等环节,能正确使用一般的实验器具,学会检测酒精,二氧化碳等细胞呼吸产物的方法;学会控制自变量,观察和检测因变量的变化,以及设置对照组和重复实验:提高运用语言表达,信息分享与合作的能力.2.3情感性日标通过经历探究实验的一般过程,养成质疑,求实,创新及勇于实践的科学精神和科学态度.从细胞代谢的角度体会细胞是生命活动的基本单位:同时从微观层面把握生命的本质,体会生命的奇妙.3教学过程的组织探究酵母菌细胞呼吸的方式是一个探究性实验,目的是让学生在思索,质疑,探究,实践中领悟科学研究的方法,
4、发展科学探究能力,所以建议教师将此实验安排存有氧呼吸和无氧呼吸之前进行.学生需要用2课时经历完整的探究实验过程,第1课时主要进行实验的设计和讨论,明确什么是自变量,凶变量和无关变量,而实验器具及试剂的准备需要课下进行;第2课时则重点组织学生进行实验.1并对实验中的问题进行交流和分析.3.1实验设计1)提j;问题.展示酵母菌应用的图片:蒸熟的馒头很松软,酒厂利用酵母菌酿酒,提问:蒸熟的系.不断地温故而知新,形成知识链,知识网络.于是应用概念图的教学方式应运而生.我在山东听了一堂复习课,教师从叶绿体的结构,光合作用的发现,萨克斯的经典实验到光反应,暗反应的一系列科学史的阅读,和学生在交流互动中完成
5、复习.与此同时,在黑板上完成了一个相当完整的,比较复杂的概念图.我很佩服他的良苦用心和有效的概念教学.科学概念的教学,还要注意学生对这一概念的已有认知,有人称作前概念.不管怎么说.学生对某一问题的认知.多数情况下不是一张白纸这些已有认知,有些可能是片面的,有些可能是有缺陷的,甚至可能是错误的.我就多次碰到初一的孩子说动物是吸氧吐碳的,植物是吸碳吐氧的,言下之意是植物没有呼吸作用,这显然是概念性错误.因此要了解学生,备课还要备学生.以上关于科学慨念的教学.已说了6个方面,总之,是有规律可循,希望更多的同行来研究它.2011年第46卷第3期生物学通报2l馒头为何比较松软?酒精是酵母菌在什么条件下产
6、生的?学生讨论后知道,馒头比较松软是因为含CO,CO气体是由酵母菌在有氧条件下产生的.接着提问:在无氧条件下酵母菌能产生CO,吗?酒精是酵母菌在无氧条件下产生的吗?在有氧条件下能产生酒精吗?2)作出假设,根据教师提供的El常生活中的有关现象,结合学生的常识,由学生初步分析,得出初步的假设:酵母菌在有氧条件下产生CO,在无氧条件下产生酒精和CO,3)设计实验方案.在学生进行实验设时,提出学生必须弄清楚的问题:本实验的自变量是什么(氧气的有无)?因变量是什么f是否有C0,酒精产生)?无关变量是什么(葡萄糖溶液的浓度大小,酵母菌数量的多少等)?设置几组实验(2组)?哪个是实验组?哪个是对照组(二者互
7、为对照)?怎样控制有氧和无氧的条件?(密封干通气装置)怎样保证酵母菌在整个实验过程巾能正常生活(配制适宜的酵母菌培养液,温度控制在200(左右)?怎样鉴定有无酒精产生?(酸性重铬酸钾溶液)怎样鉴定有无CO产生(澄清的石灰水,溴麝香草酚蓝水溶液)?如何比较CO,产生的多少?(石厌水的混浊程度:溴麝香草酚蓝水溶液变黄色时间长短)在教师的适当提示和帮助下,学生清楚了以上问题后,根据自己小组的假设,讨论后选择实验材料用具,拟定详细方法步骤,并初步画出实验装置.选择的材料用具:酵母菌,5%葡萄糖溶液,10%的NaOH溶液,澄清石灰水,酸性重铬酸钾溶液,通气泵,锥形瓶,弯头玻璃管,试管,滴管等学生根据已有
8、的化学知识,最后确定了实验装置的连接图如图1,甲为有氧呼吸组,乙为无氧呼吸组,A瓶内为10%的NaOH溶液,B和D瓶中为5%葡萄糖溶液,C和E瓶内为澄清的石灰水.镰鼹甲乙图1有氧呼吸和无氧呼吸的实验装置图3.2组织文验本实验巾用到的器材和药品比较多,需要课前做好准备.直接用酵母菌实验耗时较长,叮提前对酵母菌进行活化.取安琪干酵母若干.放人5%葡萄糖溶液中,用玻璃捧搅拌均匀.将瓶子放在30c二左右的温水中保温lh.会看到锥形瓶中出现很多气泡,表日jj酵埘菌已活化好.学生按照上节课的设计.组装实验装置.先取材,分组,编号,再在各瓶中依次加入特定的溶液和活化好的酵母菌菌种,然后连接各装置,注意各锥形
9、瓶中.通人气体的玻璃管是插在锥形瓶液体中的.而出锥形瓶的玻璃管管口是露出在液面上方的,让学生体会长管人,短管.连接乙装置时,提醒学生将D瓶先封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶,目的是防止瓶中氧气的干扰,确保通入石灰水中的CO来自酵母菌无氧呼吸此步骤叮锻炼学生的动手操作能力,教师要巡视并给予适当指导.接通电源,用通气泵向锥形瓶持续通气,开始实验,在此过程中,教师要对学生进行及时的指导小组成员分【办作,观察记录实验过程中的现象.大约10rain后,2套呼吸装置中B瓶和D瓶都有明显气泡,都能使澄清的石灰水变混浊,有氧呼吸实验装置巾现象更明,图2.检测B瓶和D瓶中是否有酒精牛成,具体方法
10、是:取2支洁净的试管,分别从B,D2瓶中各取出2mL酵母菌培养液.再向2支试管中滴加0.5mI的酸性覃铬酸钾溶液并轻轻振荡,使它fJ混合均匀,观察试管中溶液颜色的变化结果是:取自B瓶的酵母菌培养液没有变色,说明没有生成酒精;取自D瓶的培养液变成了灰绿色,说明生成了酒精,结果如图3.图2有氧畔吸装置中现象明显让酵母菌进行呼吸的实验过程约需要20min,利用这段时间可以让学生对探究结论作出合理的预测.以训练学生的发散思维和严谨的科学态度.教师可以给出可能1现的2种情况,让学生根据各实验结果得出相应的结沦.例如,苕2组装置中22生物学通报2011年第46卷第3期石灰水都出现浑浊,说明酵母菌在有氧和无
11、氧条件下都能进行呼吸;若装置乙中石灰水浑浊,装置甲中不浑浊,说明酵母菌只能存无氧条件下进行呼吸.可能预测的结果要根据学生的情况和时问的安排来酌情进行.图3酒精的检测3.3结果分析小组交流实验结果,依据实验结果得出结论:酵母菌在有氧条件下产生大量的CO,在无氧条件下产生酒精和少量的CO:.以上实验结果说明假设是正确的.归纳酵母菌细胞呼吸的2种类型:有氧呼吸和无氧呼吸.学生提出实验过程中遇到的问题:为什么在实验过程中有的小组从B瓶中取出的培养液经鉴定也变成了灰绿色?如何改进?经讨论分析,可能是南于B瓶通气量时间太短.部分酵母菌进行了无氧呼吸所导致.改进措施是用通气泵持续地向B瓶内通气,同时培养液的
12、量可适当减少.4讨论和建议探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验,旨在通过酵母菌细胞呼吸方式的探究.使学生认识细胞呼吸的2种类型.同时,对有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成物有初步了解.为后面知识的学习奠定基础.但整个实验所需时间长,实验材料,用具和试剂多而且操作过程稍显复杂.依据生物学课程标准中倡导的注重与现实生活的联系这一理念.对实验进行了改进.所有学校可以根据自己的情况,都可以进行本实验.并且综合考虑必修和选修模块的内容,在进行了大量尝试的基础上,提出如下建议.4.1实验的生活化改进引入时可以让学生观察刚和好的面团和发好的面团(图4和冈5),通过比较二者的差异体会酵母菌在有氧条件下的呼吸方式.然后将
13、盛有酵母菌和葡萄糖溶液的锥形瓶套上气球,观察一段时间后气球的形状,体会酵母菌在无氧条件下的呼吸方式(图6).图4发面前图5发面团图6简易无氧装黄在学生对酵母菌呼吸方式有一定直观认识的基础上.进行酵母菌细胞呼吸方式的探究的讨论,集中解决好2个问题:一是怎样控制有氧和无氧条件:二是怎样确定酵母菌在某种条件下进行了细胞呼吸.讨论后确定方案:取250g面粉,用30左右的适量温水溶解1.5g安琪干酵母,揉成光滑的面团.分成2等分.取2个洁净的食品袋,放入面团,排净一个袋内空气,扎紧袋口;另一个袋保持通气,使面团尽量摊薄.将2个食品袋同时放入25cjC的环境中保持lh.之后观察袋内物质变化,密封袋内鼓气,
14、而团变大,现蜂窝状空隙,抽取袋内气体通入石灰水中,石灰水变浑浊;扒开面团,有明显的酒精味.说明酵母菌在无氧条件下进行呼吸作用并产生CO,和酒精.另一个袋2011年第46卷第3朗乍物学通报23内除了面变大,出现蜂窝状空隙外,面团明显较密封袋内的柔软,说明酵母菌在有氧条件下进行了呼吸作用并产生气体和液体(教师引导分析气体和液体为CO,和水)4.2课前活化酵母菌,减少实验时间进行预实验时.间断而连续地对2套呼吸装置通气后,将实验装置2535环境中培养810h,确实能看到明l的实验现象,但耗时太长,不易在燥上达到教学目标.解决方案是将酵母菌提前活化好,课上20i-llin左右就能看到C瓶和E瓶中白灰水
15、变混浊.并检测到D瓶中有酒精产生,效果明显且节约了时J4.3用通气泵控制自变量氧气的量最初实验时,发现有氧呼吸组用橡皮球让空气通过3个锥形瓶比较炸.容易引起液体倒吸,进入的空气量也少用橡皮球间歇性地通气后,在B瓶和D瓶中都闻到了酒味,2瓶中的溶液与酸性重铬酸钾反应均呈灰绿色,分析原凶可能是B瓶通气量不足.部分酵母菌进行了无氧呼吸所致.采用为水族箱增氧的通气泵后,通气量大,通气效果好,保证了气体通入B瓶时酵母菌跟氧气的充分接触.活化的酵母菌持续通气20rain后,立即进行酒精的鉴定,发现有氧呼吸的产物中无酒精4.4对选修1生物技术实践的建议综合考虑必修和选修模块的内容,找fl必修模块和选修模块的
16、契合点,从实验内容上进行了重新的安排,可以在学习必修相关内容时开设选修相关实验,将选修实验插入到必修内容中来.学生在进行了探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验后,对酵母菌细胞的有氧呼吸和无氧呼吸方式会理解得更深,对其产物更清楚,可以结合讨论生产中细胞呼吸原理的利用,进行选修1传统发酵技术的应用专题中的实验按照教学进度,细胞呼吸内容的学习在10月底,之后利用细胞的无氧呼吸原理,进行制作果酒果醋的实验,葡萄等水果价格便宜且制作酒的效果更好(图7和图8).再进行制作泡茱并检测亚硝酸盐的含量实验(同9和图l0),利用有氧呼吸原理进行腐乳的制作实验.,经过2年的实践,发现效果很好.因为选修1的所有实验很难集中在1个学期统一开设,将其分散3在必修课相关内容的教学过程中,可以合理安排实验室.避免了实验的扎堆,收到更好的效果.图7制作葡萄酒图8葡萄酒图9制作泡菜图1O泡菜主要参考文献赵亚;.ATP的主要来源一细胞呼吸(一jf.教学设汁实验设计Lj技术,2007,(1):2425.王蕾.细胞呼吸的教学组织.生物学通报,2009,44(9):】l13方金艳.对探究酵母菌细胞呼吸的方式实验的改进.牛物学教学,20lO.35(3):48.fEmai1:douxm2810sohu.con1)