榆树市第一高级中学任成兰.docx
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榆树市第一高级中学任成兰
榆树市第一高级中学任成兰
“探究——培养液中酵母菌种群数量的变化”活动的可行方案
(一)1、教学目标的确定:
课程标准关于本节的具体内容标准为“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”,并提出了相应的活动建议“探究培养液中酵母种群数量的动态变化”。
该条内容标准有两层涵义:
其一、“尝试建立数学模型”属模仿性技能目标,旨在通过原形示范(细菌的数量增长)和具体指导,学生能完成建立数学模型;其二、“解释种群的数量变动”属理解水平的知识目标,旨在把握数学模型(抽象)与种群的数量变动(具体)之间的内在逻辑联系。
2、重点和难点:
指导学生通过对培养液中酵母菌种群数量连续7天的观察后所收集的数据的分析总结,探究变化规律,建构数学模型,绘制变化曲线,并尝试解释种群数量变化的原因。
高中学生对数学模型的概念并不陌生,学生已对运用数学解决生物学中的问题有了一定的认识,例如对遗传规律、DNA的复制等的认识。
本节是在学生已有知识的基础上,重新建构新的知识──建构揭示生物学规律的数学模型。
(二)板书设计:
主要时期
成 因
特 点
特 征
应 用
Ⅰ.调整期
适应新环境
不立即繁殖
代谢活跃,体积增长较快
创设条件,缩短或延长调整期时间
II.指数期(对数期)
条件适宜
繁殖速度最快。
呈指数增长
代谢旺盛,形态、生理比较稳定
生产用菌种、科研材料
III.稳定期
代谢产物大量积累,生存环境恶劣
活菌数量达到最高值(K值)
增殖速度下降,死亡加剧
改善和控制条件延长稳定期
Ⅳ.衰亡期
营养物质消耗殆尽,有害代谢废物积累加剧,生长环境进一步恶化。
新增细胞数小于死亡细胞数
细胞出现多种形态,甚至畸形。
(三)课前准备
影响酵母菌数量的环境因素是多方面的,因此开放性较大,数据收集繁杂而耗时,许多问题的预测、分析和解决等学生难以把握,因此,我把本实验的设计、开展放在课前,具体包括:
(1)教师做好实验目的和意义的动员,鼓励学生积极参与,团结协助,把它作为一项课题来完成。
布置学生课前认真阅读教材实验内容,理解实验的方法和探究思路,努力发掘其中隐含的问题,积极查找资料,为进行探究实验做好充分准备;各小组利用下午的活动课组织至少一次集体研讨会。
(2)分组与分工:
我将学生按学科能力的好中弱均分为8组,各组尽量平衡,各组自行分工,并由实验员统一安排实验过程。
(3)让学生课前通过上网查找和小组集中研讨,重点解决本实验的两项较复杂的技术——①无菌马铃薯培养液的配制:
下载并理解含图片的培养液制作操作过程(配制、灭菌、接种、培养),课前由各小组在实验员指导下制作完成。
②酵母菌的取样和计数:
要求找出血球计数板的图片及使用说明,理解如何使用和换算为10mL培养液中的酵母菌数量。
(4)利用本校优势,8月6日组织学生参观访问冰峰啤酒厂,了解微生物啤酒生产的有关知识和技能。
(5)各小组在老师的启发下,自行确定本实验的自变量(温度、pH、营养),共同设计出较科学可行的实验草案,8月9日交老师审阅、指导修正。
(6)完成实验操作过程。
在实验员和教师的指导下分小组在学校实验室完成,包括培养液的配制、灭菌、接种、培养、数据收集等。
(7)数据汇总、印发:
各小组把收集的实验数据整理成表格汇总到老师处进行排版、油印,上课前发给每个同学进行初步的分析。
(四)教师引领分析
展示:
让学生利用教师的电脑投影出他在参观访问冰峰啤酒厂时拍摄到的生产车间情景。
回忆酒的发酵原理,讲出酵母菌两种呼吸的化学反应式,讨论影响酵母菌生活的因素。
创设情景,引领分析
投影图片:
冰峰啤酒厂
尝试解释种群数量变化的原因,建构数学模型
I.调整期
讨论:
曲线图表明在培养初期,酵母菌的数量变化特点是什么,原因是什么?
教师引导学生想象接种初期,酵母菌对新的环境有一个调整和适应的过程,包括营养、pH、渗透压、温度等的变化,呈现出不立即繁殖的特点。
这个时期的长短与菌种、培养条件等因素有关,称为调整期。
分析:
调整期的内因是什么?
请用细胞代谢的知识来解释。
启发:
第二阶段酵母菌发生怎样的变化,这需要调整期做好哪些准备?
生:
细胞代谢活跃,体积增长较快,大量合成细胞增殖所需的物质和能量。
实践应用:
结合生产生活,明确微生物的调整期有哪些应用?
生:
在啤酒生产中,设法创设有利条件缩短酵母菌的调整期以加快发酵。
学生补充:
从营养、pH、渗透压、温度等方面抑制有害微生物的繁殖。
II.指数期(对数期)
分析讨论:
教师让学生分析讨论曲线图的第二阶段。
师:
酵母菌经过调整期后,其数量有什么变化特点?
生:
迅速增加,由1个、2个、4个……
师:
怎样表达其第t代的数量(Nt)?
生:
Nt=2t
学生更正:
不对,应该是N02t
师:
对。
这个时期称为指数期(对数期)。
讨论:
酵母菌数量呈指数递增,需要哪些条件?
教师启发下,与学生一起概括为:
理想环境(空间、营养充裕,温度、pH适宜等)。
师:
把调整期和指数期(对数期)合起来的曲线像什么形状?
生:
“J”型。
实践应用:
结合生产生活,明确微生物的指数期有哪些应用?
生:
在啤酒生产中,设法创设有利条件缩短酵母菌的指数期以加快发酵。
III.稳定期
分析讨论:
教师让学生分析讨论曲线图的第三阶段。
师:
酵母菌数量经过一段时间的指数期(对数期)变化后,发生什么变化?
生:
增加速度减慢,达到最大值后稳定一段时间。
师:
对。
这个最大值称为环境容纳量(K值)。
师:
增加速度减慢的原因是什么?
教师启发下,与学生一起概括为:
环境变得恶劣(空间和营养不足,种内斗争加剧;CO2等代谢产物增加、pH改变等),导致增殖速度下降,死亡加剧。
师:
把调整期、指数期和稳定期合起来的曲线像什么形状?
生:
“S”型。
实践应用:
结合生产生活,明确微生物的稳定期有哪些应用?
生:
在啤酒生产中,设法创设有利条件维持酵母菌数量的最大值以加快发酵。
讨论:
有哪些措施?
生:
适时补充营养、调节pH、调节发酵温度、排出代谢废物等。
IV.衰亡期
分析讨论:
教师让学生分析讨论曲线图的第四阶段。
师:
酵母菌数量经过一段时间的稳定期后,发生什么变化,原因是什么?
教师启发下,与学生一起概括为:
酵母菌数量不断减少,显微镜下看见细胞出现多种形态,甚至畸形。
原因是营养物质消耗殆尽,生长环境进一步恶化,有害代谢废物积累加剧,导致增殖速度下降,死亡加剧,新增细胞数小于死亡细胞数。
4.不同pH下,酵母菌种群数量的变化及解释
学生活动:
教师让学生把全班以pH为自变量的第2、第5和第8小组的表格数据用曲线图绘出来,再通过对三个小组的曲线图的比较概括出结论。
师:
“可以得出哪些结论?
”
生:
随时间的变化同样依次经过稳定期、指数期、稳定期和衰亡期四个阶段。
学生补充:
酵母菌的适宜pH为4.0~5.0左右。
5.营养对酵母菌种群数量的影响
学生活动:
教师让学生把全班以营养为自变量的第4和第6小组的表格数据用曲线图绘出来,再通过对两个小组的曲线图的比较概括出结论。
师:
“可以得出哪些结论?
”
生:
蒸馏水培养下,酵母菌的数量不断减少。
说明酵母菌的生活需要从培养液中获取营养。
6.得出结论
(1)本节课的数学模型有表格数据、公式、曲线图。
(2)①酵母菌在适宜条件下培养,种群数量依次经过稳定期、指数期、稳定期和衰亡期四个阶段,曲线先呈“J”型后呈“S”型。
②酵母菌生活的适宜温度是28℃左右。
③酵母菌的适宜pH为4.0~5.0左右。
④酵母菌的生活需要从培养液中获取营养。
7.知识归纳与应用
(1)比较微生物培养过程中种群各阶段增长率的变化:
0→>0→0→<0,最大在K/2点,实践应用:
在养鱼、养鸡时维持在K/2。
(2)让学生列表比较微生物培养过程中种群各阶段的变化特点、原因及其实践应用。
8.深化(任选一题)
1.假如你是酒厂的技术厂长,结合本节课谈谈你的发酵技术做法。
2.鼓励有兴趣的同学利用课余结合生产生活实际确定探究课题,开展有关种群数量变化的类似探究实验。
如在自然界中,既有需要减少其数量的对人类有害的生物,如鼠、蝗虫、入侵的水葫芦等以及某地的人口变化,也有需要增加其数量的生物如大熊猫、鲸等保护动物和羊、牛等种养的生物,为更好的改变他们的数量,就要弄清楚找出其种群数量变化规律和影响他们的种群数量变化的因素。
3.收集当前酒厂生产销售的有关资料,为酒厂的发展尽一份力。
(五)本人在教学实施中的创新点:
我设置以下三个情景,让学生们将所学知识应用于生产实践,激发学生们对生物学的兴趣,也能深化本课主题。
1.假如你是酒厂的技术厂长,结合本节课谈谈你的发酵技术做法。
2.鼓励有兴趣的同学利用课余结合生产生活实际确定探究课题,开展有关种群数量变化的类似探究实验。
如在自然界中,既有需要减少其数量的对人类有害的生物,如鼠、蝗虫、入侵的水葫芦等以及某地的人口变化,也有需要增加其数量的生物如大熊猫、鲸等保护动物和羊、牛等种养的生物,为更好的改变他们的数量,就要弄清楚找出其种群数量变化规律和影响他们的种群数量变化的因素。
3.收集当前酒厂生产销售的有关资料,为冰峰啤酒厂的发展尽一份力。
(六)教学反思
紧密联系现代社会的生产生活实际,让学生“自主、合作、探究”学习是高中生物新课改的主旋律。
教师要尽量联系现代社会的生产生活实际创设条件和氛围,让学生通过自主努力,积极参与类似于科学研究的学习活动,逐步形成善于质疑、乐于探究、勤于动手、努力求知的积极态度和情感,发展乐于与人合作的团队精神,形成严谨求实的科学态度,培养学生发现问题、收集分析信息和解决问题的能力,最终实现知识、技能和情感的学习目标。
教师是教学活动的设计者,要改变旧的课堂教学方式,变“授之以鱼”为“授之以渔”,放手和激励学生主动学习,团结协作,积极参与研讨分析和评价,充分体现学生作为探究学习的参与者,在发现和解决问题的过程中提升自己。
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