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  • “探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验教学构思
  • 作者:江苏东海高级中学 任守运 来源: 时间:2009-4-17 11:14:56 阅读次 【
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    在新课程人教版高中《生物》必修第一册教材中,有一个很重要的探究实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式。教材对该实验仅提供实验原理、参考案例和相关的参考资料,在教学调研中发现,好多教师对该实验教学仅存留在挖掘材料中相关生物学认识的层面上,有的根本就不组织学生做该实验,而只是带着学生读读教材而已。笔者在教学实践中,对该探究实验教学进行如下构思,希望等对当前高中新课程生物的实验教学有所补充。

    1  指导学生弄清探究实验所涉及的生物学原理

    1.1  材料选择所依据的原理

    要理解该实验为什么要选择探究酵母菌细胞的呼吸方式?教学中可引导学生联系酵母菌与人类生活的密切关系,如酿酒、发面等生物学原理,让学生回顾初中教材中有关酵母菌知识,如甄别酵母菌是原核生物还是真核生物、细胞的结构和代谢上的特点等,并归纳出酵母菌在有氧或无氧条件下都能生存的主要原因及其代谢类型。

    1.2  控制有氧和无氧条件的原理

    教材中将该探究实验装置直接呈现(如上图),教师要引导学生分析该实验中隐含有诸多生物学和化学方面的基础知识。比如该实验为对比实验,什么是对比实验?(设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素与实验对象的关系的实验。在本节课的探究活动中,需要设置有氧和无氧两种条件,探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式,这两个实验组的结果都是事先未知的,通过对比可以看出氧气条件下对细胞呼吸的影响。)该实验的自变量和因变量有哪些?(该实验的自变量为含氧量的变化,一组有氧,一组无氧;因变量是酵母菌在有氧或无氧条件下的产物。)A装置为探究酵母菌在什么条件下的呼吸方式(有氧条件)?B装置为探究酵母菌在什么条件下的呼吸方式(无氧条件)?A装置上接橡皮球或气泵的作用是什么(上空气间歇性地依次通过3个椎型瓶)?为什么将进入A瓶的空气先经过NaOH的锥型瓶(除去空气中的CO2,保证第三个锥型瓶中澄清石灰水变浑浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。)?为什么B瓶应封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥型瓶(防止瓶中氧气的干扰,确保通人石灰水中的CO2来自酵母菌无氧呼吸)?

    1.3  检测酵母菌呼吸产物所依据的原理

    教师要指导学生自主归纳该实验资料中用于检测实验结果的化学药品。如CO2的检测可以用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液。CO2使澄清的石灰水变浑浊,或是溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。酒精的检测可使用重铬酸钾溶液,但必须强调在酸性的条件下,重铬酸钾才能与酒精反应,变成灰绿色。单独的重铬酸钾溶液是不能与酒精反应的。

    2  理请思路,引导学生设计探究实验

    2.1  实验假设

    教材中要求学生自己根据已有的知识和生活经验,对该实验作出一些探究性的假设。教师可让学生列举一些现实生活的相关事例,如请同学描绘酿酒的全过程、或教师用多媒体展示传统或工业酿酒的全过程,让学生知晓酵母菌的一些生活条件,如用酵母菌进行酿酒过程中,为什么先通空气后密封?这样做的目的是什么?引导学生在有氧和无氧条件下进行实验假设。假设可能有多种,但根据教材中的实验装置,可从酵母菌生存是否需要氧气条件或在有无氧气环境中酵母菌呼吸产物是什么等方面切入,比如假设一:酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸,假设二:酵母菌在有氧条件下的呼吸产生是二氧化碳和水,在无氧条件下的呼吸产物是酒精和二氧化碳等。

    2.2  设计实验方案并实施实验

    教师可指导学生认真观察实验装置和教材中的参考资料进行归纳:酵母菌培养液、椎型瓶数只、橡皮球、玻璃导管数根、澄清石灰(或溴麝香草酚蓝水溶液)、水、质量分数为10%的NaOH溶液、重铬酸钾溶液、浓硫酸(体积分数为95-97%)等实验材料、用品和试剂。。

    有了实验用具,教师可让学生参考教材中实验装置,分小组合作讨论如何完成这一实验装置,因为教材中的这两组实验装置是最终实验装置,如何将其拆散从来,这是小组讨论的焦点所在。教师可有目的的将该实验制作成多媒体课件,让学生小组讨论、辩识。比如可将教材中的实验装置进行分解和重组(如下图),归纳实验方案,并按以下步骤实施实验。

    2.2.1  取材、分组、编号:实验组别和锥型瓶(500ml)分组标号。

        要清楚装置一的用途是探究酵母菌在无氧条件下的呼吸作用,装置二的用途是探究酵母菌在有氧条件下的呼吸作用。

    2.2.2  相同处理和不同处理:各瓶中依次加入特定的溶液。

    要注意锥型瓶中依次加入特定的溶液之后再将封口塞封上,注意A瓶封口塞上只有一个导气孔。

    2.2.3  装置连接

    注意各锥型瓶中,通入空气的玻璃管是插在锥型瓶液体中的,而出锥型瓶的玻璃管管口是露出在液面上方的。

    2.2.4  实验现象与观察

    可将两套装置放在25-350C温度条件下培养8-10小时,直接观察澄清石灰水是否变浑浊;或溴麝香草酚蓝水溶液是否由蓝变绿再变黄。若为进一步确定酵母菌无氧呼吸的产物,可以再用重铬酸钾溶液在酸性条件下检测培养瓶中有无酒精产生。教师要让学生讨论检测酒精的具体操作,并归纳具体的做法:从A、D两瓶中各取2mL酵母菌培养液的滤液,分别注入2支干净的试管中,试管标号分别为甲、乙。向甲、乙两试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液,并轻轻振荡.使其混合均匀,并观察甲、乙试管中溶液的颜色变化。

    3  探究结论的分析与预测

    对探究实验结果或结论的预测是训练学生发散思维和严谨科学态度的必要手段之一。教师可通过具体的探究内容、实验假设和实验现象,引导学生通过对实验现象的分析,对探究结论作出合理的预测。学生可通过小组讨论,分析实现现象可能出现的各种情况,并根据各实验结果得出相应的结论。比如本节课是探究酵母菌细胞的呼吸方式,根据上面的实验流程,可通过实验现象进行分析预测以下四种情况:若两组装置中石灰水都出现浑浊,说明酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸;若两组装置中石灰水都不出现浑浊,说明酵母菌在有氧和无氧条件下都不能进行呼吸;若装置一中石灰水浑浊,装置二中不浑浊,说明酵母菌只能在无氧条件下进行呼吸;若装置一中石灰水不浑浊,装置二中浑浊,说明酵母菌只能在有氧条件下进行呼吸。教师还可在本实验基础上进行拓展,若该实验为探究酵母菌细胞的呼吸产物的实验,实验装置不变,现象与结论的预测又是如何等等。

    4  突出探究实验教学构思的意义

    新课程教材中很多探究实验设计都是这样,没有具体的实验操作流程,其主要的目是让学生自己设计探究实验流程,并在设计探究实验过程中的掌握相关的知识,体会科学探究的严谨,培养自己的自主探究和实验设计能力。这一出发点是科学的,但由于以往教材中的实验都是以的现成案例呈现给师生,师生在实验活动中只要按教材设计好的实验程序走,最后出现教材中所描述的实验现象就算成功了,而这一实验思想一直左右着大多数的师生。笔者力求通过对该探究实验教学构思的呈述,提醒一些师生要重新审视新课程教材中有关探究实验的编写意图,努力实现获取知识、提升实验探究能力双达标。

    江苏省教研系统教学论文评比诚信承诺书

    评比类别

    □教学论文 √  □教学案例(设计)  □课堂教学  其它:

    题目内容

    研究性学习与高中生物实验相结合的实践与思考

    教师姓名

    任守运

    性别

    出生年月

    1967年

    职称

    中高

    单位全称

    江苏省东海高级中学

    单位地址

    江苏省东海高级中学

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    单位意见

    单位负责人签字:               (盖公章)

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