《优化生物实验教学 提升学生科学素养》
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[摘 要]通过实践“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验教学,总结出几点心得：教师利用先进技术辅助实验教学可使科学研究更容易、更直观;精心设计实验过程,可使学生体验科学探究过程,提升学生的科学素养,使学生懂得“只有坚持,不怕繁杂,面对庞大而枯燥的数据不退缩,才能发现生物学规律”;讨论实验中用到的方法和引入一些科学思想,紧随高考改革思路,可让理论与实践相结合,培养学生的实验能力,提升学生的科学素养.
[关键词]现代技术;实验设计;数据处理;消毒灭菌思想
[中图分类号]
G633.91
[文献标识码] A
[文章编号] 1674-6058（2020）17-0086-02
近年来,高考生物对实验的考查所占分值越来越大,要求学生必须具备实验能力和科学思维.因此,教师在教学时需重视实验,让学生去模拟实验,设计实验,能从实验中发现问题,解决问题,学会科学的研究方法,从而提升学生的科学素养.通过实践“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验教学,笔者总结了以下几点心得.
一、整合应用实验仪器与电脑软件
“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中需要用到的仪器比较多,教师的前期工作就是帮助学生选择实验仪器.浙教版教材是先测定菌液浑浊度与菌液密度之间的关系,再通过浑浊度间接反映菌液密度,但这种方法不能精确地测出酵母菌种群的数量,仅仅是估算,因此无法体现实验中的细微差距,而人教版教材则使用血球计数板直接测定菌液密度,最终的结果更直观,对学生来说更容易理解.教师多采用后者进行教学.教学中需要对实验仪器与电脑软件进行整合.如把血球计数板放在数码显微镜上,通过电脑软件将数据直接呈现;如果没有条件也可用手机拍摄光学显微镜下观察到的视野,若拍出来的图片较模糊,还可在尊重事实的情况下用修图软件进行修饰.实验中要处理的数据比较多,要定期测七天,还要探究不同的温度或不同浓度的营养物质对酵母菌种群数量的影响等,而且还要从这些数据中找出规律.如果由教师提供学案,让学生测数据、填数据,然后描点画图,这样会很费时.而利用Excel表格,只要把数据输入,然后生成曲线图,不管什么样的数据都可以快速生成,这样就可以很容易地比较出数据的异同了.方便易操作的现代技术会让实验教学事半功倍.
二、注重实验方法的创新
很多时候,教师在上实验课时,都是先给出实验原理、实验材料、实验步骤,然后让学生按部就班地进行实验,确保实验零失误.在这样的教学中,学生如同工厂流水线上的工人,只要做出来的“产品”合格就行了,对于“产品”的设计、用途、实质完全不闻不问.如此教学完全与科学素养的培养背道而驰.为此,在教学“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验时,笔者改变教学方法,用大量的事实引入实验原理,描述自然界中生物数量的变化规律,如小龙虾数量的变化、棉铃虫数量的变化、长江白鳍豚数量的变化等,再基于前面已经学习的“J”型和“S”型增长曲线,引发学生提出问题：在一定温度和特殊培养液中酵母菌数量如何变化?各个小组可在实验之前进行预测（即做出假设）,然后通过自己的方法加以验证.对于实验材料,若条件允许应多提供些,让学生有选择的余地.实验设计的原则是设置对照,控制变量.在这个实验中,只需重复计数,把节约的时间用在对实验过程中遇到的问题的分析和后期的数据处理.实验数据尽量让学生白己处理和分析,这样获得的实验结果才能令学生信服.但7天的实验数据怎样让学生在同一天呈现呢?可以让不同的实验小组测培养天数不一样的酵母菌（需在相同的培养条件下）,然后把各组的数据进行整合.若怕误差太大,则可让每组对同一个培养瓶做7天连续的测定,把所有的数据输入Excel生成图形,最后对不同的图形进行分析.不要丢弃任何一个实验结果,分析这些结果出现的可能原因,如有杂菌污染,或培养后期数量太多数不清,或误将计数板方格边缘的酵母菌也记在里面.学生对实验产生的问题和误差进行分析、思考后,对实验操作进行修正,在这个过程中学生的操作能力、思维能力、科研能力都得以提高,并对这个实验印象深刻.
三、坚持处理繁杂数据
生物学规律的得出,很多时候需要进行大量的实验,统计庞大的实验数据,如孟德尔的遗传规律就是计数了几十万颗豌豆才得出的;基因成千上万,进行分析和排除工作量也很大;等等.“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中通过抽样检测法,利用血球计数板和显微镜进行计数,每隔24小时进行取样,为了减少误差每次取样应计数多次,然后取平均值,再将求得的数据换算成每毫升中酵母菌的数量.若酵母菌密度过大,还需要将样品稀释后计数,对位于数格线上的菌体只计数上、右边线上的.如遇酵母菌出芽,视情况而定进行计数,芽体超过一半的可计为一个.所有数据汇总到表格,再通过曲线图来直观呈现.这是一个比较烦琐的过程,教师应鼓励学生耐心地完成所有数据的统计,并让他们明白只有大量数据的呈现,才能尽可能地减少误差,结果才更接近于事实的真相.高中生物实验教学中,教师需让学生体会统计学思想,学会处理数据,并且坚持这个过程.当学生从数据中找出规律并能顺利地解释一些生物学现象,他们会获得极大的成就感,从而对生物学习更感兴趣.
四、于微生物培养过程中引入消毒和灭菌思想
培养酵母菌的过程中,污染成为很严重的问题,尤其是用天然培养液（如土豆培养液、肉汤培养液等）进行培养,杂菌污染严重时可能影响到酵母菌的显微观察,如果通过浑浊度间接反映种群密度,这个浑浊度是酵母菌和污染菌共同产生的,就无法反映酵母菌的种群密度,所以对培养液进行无菌处理非常重要.在现代生物技术中很多时候都需要灭菌处理,不然可能会直接导致实验的失败,如植物组织培养技术,将脱离的组织或细胞培养成愈伤组织;还有动物细胞的培养、早期胚胎培养等都需要灭菌处理.那么,如何进行灭菌处理呢?消毒是指使用较为温和的物理或化学方法杀死物体表面或内部的部分微生物（不包括芽孢和孢子）.灭菌则是指用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物,包括芽孢和孢子.对于一些生物组织只能进行稍微地消毒处理,如用酒精或次氯酸钠等消毒,这样既能起到消毒作用又不会对组织细胞有较大的损害.而对酵母菌的培养液需进行煮沸灭菌处理,想要灭菌效果更好可用高压蒸汽灭菌锅,然后再放到无菌的环境中进行接种和培养,这样才能较准确地计数酵母菌的数量变化情况.近年来,微生物在生活和实践中的运用越来越广泛,包括制药、治理环境污染、检测毒性等,微生物培養不可或缺.高考也越来越重视这方面的考查,如2014年江苏高考就涉及了灭菌锅的使用,以及一些微生物学知识.消毒和灭菌是微生物培养和运用中非常重要的一环,因此教师在平时的实验中应渗透消毒和灭菌思想.
总之,开设好高中生物实验课,还需教师不断地摸索,争取利用各种资源,开拓学生思维,树立科学思想,构建严谨而高效的高中生物课堂,促使生物教学不仅能为高考服务,还能为培养科学人才服务.
[参考文献]
[l]赵奂.“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验研究[J].生物学通报,2011（5）：53-56.
[2]陈维.探究温度对酵母菌种群数量的影响[J].生物学通报,2008（ 12）：46-48.
（责任编辑 黄春香）
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