《探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化》實驗教學設計

1、探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化實驗教學設計一、實驗設計思路本節(jié)課突出對學生科學素質的培養(yǎng)，精心設計課堂教學，將科學研究的過程（發(fā)現(xiàn)問題提出假設設計實驗實驗驗證得出結論）作為本節(jié)課的教學主線，以求向學生介紹科學研究的一般過程和方法。通過分析問題探究數(shù)學規(guī)律構建數(shù)學模型解決實際問題的方法，讓學生體驗由具體到抽象的思維轉化過程，了解系統(tǒng)分析的思想和方法，提高對生命系統(tǒng)與環(huán)境關系的認識。二、實驗內容分析“酵母菌種群數(shù)量大小的動態(tài)變化” 在普通高中生物課程標準和考試大綱對實驗內容考查的要求中屬C級要求,因此在教學過程中不僅要求學生理解實驗的基礎知識,掌握基本操作技能,熟悉探究活動的一般過程，還要具備

2、初步探究的能力,包括確認變量、作出假設和預期、設計可行性方案、處理和解釋數(shù)據(jù)、根據(jù)數(shù)據(jù)作出合理的判斷等，而且要通過本次實驗探究結果作出分析，還應引導學生構建數(shù)學模型，培養(yǎng)學生透過客觀現(xiàn)象揭示本質的能力和抽象問題具體化的能力。三、實驗目標(一)、知識與技能：1、明確探究實驗的基本方法步驟，說明構建種群增長模型的方法；2、掌握血球計數(shù)板的使用方法和計數(shù)方法；3、掌握培養(yǎng)酵母菌的一般方法；4、用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化；(二)、過程與方法：通過根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制曲線培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)分析處理能力和數(shù)學模型的構建能力；(三)、情感態(tài)度與價值觀：1、通過小組之間的分工合作,培養(yǎng)協(xié)作精神；2、了解系統(tǒng)分析的思想

3、和方法，逐步形成整體性思維的習慣，樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，為形成環(huán)境保護意識奠定基礎。四、教學重點及解決策略(一)教學重點：指導學生通過對培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量連續(xù)8天的觀察后所收集的數(shù)據(jù)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。(二)解決策略本節(jié)課的關鍵問題在于課堂上難以通過實驗探究種群增長方式，因此在認真研讀教材的基礎上，改進教材中的“探究酵母菌種群數(shù)量動態(tài)變化”的實驗。首先通過課前實驗小組同學連續(xù)8天對酵母菌種群的觀察計數(shù)，然后在課堂中進行數(shù)據(jù)處理、結果分析使全體學生了解了酵母菌的培養(yǎng)計數(shù)方法，在此基礎上最終得出種群的“S”型增長曲線，并在獲

4、得的“S”型增長曲線基礎上分析種群“S”型增長的特點及原因，從而解決本節(jié)課的重點。五、教學難點及突破辦法（一）教學難點建構數(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。（二）難點突破對于高中生而言，由于數(shù)學知識還不夠健全，所以建立數(shù)學模型，以及運用數(shù)學模型進行實例分析有較大難度。教師可以根據(jù)學生已有的函數(shù)知識，通過分析問題探究數(shù)學規(guī)律構建數(shù)學模型解決實際問題的方法，讓學生體驗由具體到抽象的思維轉化過程，從而突破難點。六、實驗準備探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量動態(tài)變化的活動，在探究過程中涉及多項實驗操作技能，包括用血細胞計數(shù)板進行酵母菌細胞計數(shù)、嘗試依據(jù)測量數(shù)據(jù)建立種群數(shù)量變化的數(shù)學模型，并

5、且數(shù)據(jù)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，因此在活動進行之前必須做好充分的準備。（一）學生準備：1了解酵母菌：酵母菌是一種兼性厭氧型單細胞真核生物，酵母菌能在pH 值為37.5 的范圍內生長，生長的最適宜溫度在2030之間，在營養(yǎng)條件好的環(huán)境下進行出芽生殖，環(huán)境惡劣的條件下進行有性生殖。由于酵母菌的生長周期短，增殖速度快，因而是研究種群數(shù)量的增長規(guī)律以及種群內部和外部因素對種群個體數(shù)量影響的良好實驗材料。2讓學生課前通過上網(wǎng)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：無菌馬鈴薯培養(yǎng)液的配制：下載并理解含圖片的培養(yǎng)液制作過程（配制、滅菌、接種、培養(yǎng)），課前由各小組

6、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，理解如何使用和換算為10mL培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量。（二）教師準備：1、分組：學生按學科能力的強中弱均分為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。2、材料：酵母菌貯用培養(yǎng)液，無菌葡萄糖溶液，無菌水。3、用具：血細胞計數(shù)板，蓋玻片，有螺旋蓋的試管，滴管，移液管，試管架，記號筆，直尺，坐標紙，顯微鏡。七、流程圖利用課件結合生活中如何防治鼠害、如何指導漁業(yè)捕撈可持續(xù)發(fā)展等問題引入新課引導學生利用所學的知識，發(fā)現(xiàn)問題酵母菌種群數(shù)量是怎樣隨時間變化的？學生利用教師提供的材料，及所學知識提出合理的假設根據(jù)實

7、驗數(shù)據(jù)，建立數(shù)學模型，繪制種群增長曲線，并驗證根據(jù)所繪制曲線，分析種群增長曲線的特點及形成原因利用多媒體課件引導學生進行課后小結，理論升華指導學生實際生活生產實踐八、教學過程程序教學活動設計意圖教師行為學生行為 創(chuàng)設情境，引入新課分別出示老鼠圖片及大黃魚圖片提出問題：1、我們都知道“老鼠過街、人人喊打”。在有些地方，它們的確達到了成災的地步，怎樣控制這些有害生物呢？2、上世紀八十年代以前人們食用大黃魚主要靠天然采捕，但是由于多年的酷魚濫捕，大黃魚的自然資源幾近瀕臨枯竭，一時間大黃魚的價格一躍而上到幾百元/斤。如何才能實現(xiàn)大黃魚高產的同時又保持其種群的可持續(xù)發(fā)展呢？引出課題：種群數(shù)量的變化。觀看

8、，思考回答 造成視覺沖擊，激發(fā)學生的探究熱情，主動思考探究實驗的設計過程提出問題作出假設設計實驗講述：要研究種群的數(shù)量的變化，就應該選一定生物種群為研究對象。自然種群受眾多環(huán)境因素的影響，增長方式的特點比較復雜，我們需要構建一個實驗種群使問題得以簡化，那么什么材料適合于構建實驗種群呢？師生互動總結：應該選取具有實驗安全性的、容易獲得的、個體小且繁殖快的生物構建實驗種群。例如，草履蟲，酵母菌等單細胞生物。展示：酵母菌圖片復習：酵母菌繁殖方式及代謝類型提問：如果我們利用培養(yǎng)液培養(yǎng)酵母菌，大家會有哪些疑問呢？（展示問題：酵母菌種群的增長方式是怎樣的？） 活動：學生分組討論酵母菌種群可能的增長方式并交

9、流提問：1、若要觀察酵母菌種群的數(shù)量變化，怎樣進行酵母菌的記數(shù)？（介紹血細胞計數(shù)板的用法。）2、如何培養(yǎng)酵母菌種群？實驗小組成員代表介紹“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實驗的基本方法和步驟。視頻展示實驗小組的實驗過程。（1、配制培養(yǎng)基；2、滅菌；3、接種 4、取樣；5、計數(shù)及統(tǒng)計）思考   學生根據(jù)假設討論歸納出多種增長方式  思考，討論，回答 觀看了解實驗的基本方法與步驟     鍛煉學生的表達能力，對實驗小組成員的辛勤付出給予肯定，激發(fā)學生學習生物學的興趣構建酵母菌數(shù)量變化曲線出示實

10、驗數(shù)據(jù)提問：1、通過這些數(shù)據(jù)我們能不能看出酵母菌種群是如何增長的呢？2、如何表示才能更直觀呢？3、如何合理利用這些數(shù)據(jù)構建酵母菌數(shù)量變化曲線才能盡可能減小誤差？（師生互動歸納出：采用8組數(shù)據(jù)平均值計數(shù)才能減小誤差。）指導學生選取8組數(shù)據(jù)中的某一組及8組數(shù)據(jù)平均值構建曲線圖。巡視，對學生繪制的曲線及時肯定，用投影加以展示。 思考，回答（數(shù)據(jù)不太直觀；構建曲線）  獨立完成曲線的構建 觀看使學生了解生物學統(tǒng)計的基本方法，加深學生對種群計數(shù)中大樣本和小樣本對實驗結果的不同影響的理解種群增長曲線的特點及原因分析 引導學生得出酵母菌種群的增長方式為“S”

11、型增長。分析其特點：其增長呈現(xiàn)為先加速后減速的特點，受到環(huán)境容納量（K值：長時期內環(huán)境所能維持的種群最大數(shù)量）的限制，不能無限增長。提問：情況是不是這樣呢？讓我們通過計算種群的增長速率并構建曲線加以驗證。投影展示師生共同總結“S”型增長的特點：（板書）<K/2加速增長=K/2增長最快>K/2增長減慢=K增長速率為0活動：討論一定體積培養(yǎng)液中的酵母菌種群為什么會呈現(xiàn)這樣的增長方式呢？（師生互動得出：一開始，酵母菌的營養(yǎng)和生存空間充足，加速增長。隨著酵母菌數(shù)量增加，營養(yǎng)和空間相對有限，種內斗爭加劇，導致酵母菌種群的增長速率下降。當種群的出生率和死亡率相等時，酵母菌種群的增長就會停止，穩(wěn)

12、定在K值。）提問：自然種群是否也呈現(xiàn)這樣的增長呢？展示“綿羊種群被引入澳大利亞斯塔馬尼亞島”的圖片。講述：一定自然條件下種群的增長也表現(xiàn)出類似的增長方式。師生互動得出：影響種群增長的因素主要有食物有限，空間有限，種內斗爭，氣候不適、天敵捕食、寄生蟲、傳染病等?？梢姟癝”型增長的條件是：資源有限、空間有限及受到其它生物的制約（板書）。  思考并回答  構建曲線 觀看      思考，討論，回答    思考思考，討論   

13、;      培養(yǎng)學生的識圖能力及歸納總結的能力              S型增長的實際應用講述：我們研究了一定條件下種群動態(tài)變化曲線，能不能用來解決剛才提出的問題，你認為我們如何滅鼠才能取得較好的效果呢?如何指導漁業(yè)捕撈才能實現(xiàn)大黃魚的可持續(xù)發(fā)展？（總結：對于滅鼠，一方要面減少種群的數(shù)量，更主要的是降低其環(huán)境容納量；要實現(xiàn)大黃魚種群的可持續(xù)發(fā)展，應提高其環(huán)境容納量，同時應在K/2或K/2K時收

14、獲，盡可能使種群數(shù)量保持在K/2，使其維持最大的增長速率。） 思考，討論   認同生物學知識在實踐中的應用價值。  小結本節(jié)課我們通過實驗構建了種群增長的“S”型曲線，那么種群數(shù)量除“S”增長外，還有沒有其他增長方式？下一節(jié)課我們繼續(xù)探討。 留下懸念，激發(fā)興趣九、板書設計：第二節(jié) 種群數(shù)量的變化一、“S”型增長1、K值：環(huán)境容納量2、特點：<K/2加速增長=K/2增長最快>K/2增長減慢=K增長速率為03、產生條件：資源有限、空間有限及受到其它生物制約十、教學反思本節(jié)課教學設計體現(xiàn)了探究性教學的要求，由于種群的培養(yǎng)、計數(shù)需

15、要較長的時間，因此，通過實驗來探究種群的增長方式，在一節(jié)課的時間內是不可能完成的。因而，一般的教學方法是分析已有的曲線圖，得出種群增長方式的規(guī)律和特點。本人與實驗小組的同學一起，合理利用教材中的實驗方案并對其進行改進以適應本校學生的特點，并完成了部分前期工作，解決了這一問題，使全體學生能在一節(jié)課的時間內，了解酵母菌的培養(yǎng)計數(shù)方法，在實驗小組獲得的寶貴實驗數(shù)據(jù)的基礎上構建種群增長方式的曲線圖，獲得種群增長的“S”型曲線并在此基礎上分析獲得了“S”型增長的特點。另外建立數(shù)學模型，是本模塊的重點知識和技能訓練，是學生必須要掌握的方法，但是，高中學生對于數(shù)學模塊的建立還比較陌生，怎么樣讓比較復雜的內容簡單化？教師在設計