“探讨培养基中酿酒酵母种群动态变化”实验的创新_数学模型论文

“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验的创新,本文主要内容关键词为:培养液论文,酵母菌论文,种群论文,数量论文,动态论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

      浙科版高中《生物·必修2·遗传与进化》教材中的“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验是《普通高中生物课程标准(实验)》中建议的活动,该实验在血细胞计数板的使用、无菌操作、定量计数及数据处理等方面具有较高的教学价值。但在实际操作过程中,该实验存在实验周期长、计数难度大、实验数据难以绘制成教材中的曲线图,以及对教师熟练掌握整个实验操作过程和设备器材的要求较高等困难,因此,有些学校未开展过这一实验操作。面对众多难题,笔者采取开放式的教学模式,通过与学生分析讨论、共同解决遇到的困难,实现了实验过程的改进和实验技术的创新,让学生能够深入体验探究实验的过程。

      一、实验改进的措施

      1.教学模式的转变

      在生物实验教学过程中,应充分发挥学生在学习活动中的“主体”作用和教师的“主导”作用,通过教师及时诱导,提高学生的观察能力和思维能力,激发学生学习生物学的兴趣,培养学生的创新能力[1]。由于本实验周期长,实验操作难度大,难以在一节实验课内完成。因此,要突破传统课堂的束缚,选用开放性的教学模式。

      实验前器材和试剂的准备是由兴趣小组的学生完成视频录制,并在课堂上适时播放视频。课堂上引导学生设计实验,将实验的操作要点借助图片和视频直观呈现。实验实施阶段,就不再利用课堂时间,而是让学生利用课余时间完成计数,由学生自行分组,每天每组仅需2人,每次更换一人的轮换制方式实施实验。一方面学生不需要每天都要来做实验,减轻负担,另一方面学生可以轮换,采用老手带新手的方式,加快学生熟悉实验的过程及血细胞计数板的使用。在实验操作的过程中,由学生独立完成本小组实验数据的计数,教师仅在旁指导,遇到难题时共同探讨解决,以培养学生的自主性和独立性。

      这种开放式的教学模式,不拘泥于传统教学模式中的集中实验,抛弃了“填鸭式”教学方式造成的学生被动学习,使学生通过亲身实践和自主探究,充分发挥其学习的主动性,且能满足学生个性化发展的需求。

      2.计数方法的创新

      酵母菌体积小,数量较多时,计数难度增大。计数操作耗费时间太久,学生易疲劳,容易导致实验误差,是整个实验操作过程中的最大难题。面对难题,学生在不断的实践中,找到了利用“手机显微拍照”的方法来解决,即将视野调至需要计数的位置,利用手机的摄像头对准显微镜的目镜进行拍照,在手机上将照片放大后再进行计数。这样不仅降低了计数操作的难度,且速度加快,效果极佳,具有推广价值(下页图1)。

      利用生活中最常用的通讯工具,将简易快捷的拍照功能引入显微镜实验观察中,替换了科研单位所采用的复杂视频照相仪器,实现了操作的简便化,这些都是学生在自行探索过程中的自我生成。开放教学既带来了方法的创新、技术的革新,也带来了科学的发展。

      

      3.数学模型的构建

      课程标准对本实验的要求是:尝试建立数学模型解释种群的数量变化。以实验探究的方式让学生尝试建立数学模型有助于解决实际问题,揭示生命活动的规律[2]。教材在“种群增长方式”课前安排本实验的目的是通过探究活动达成学生对种群增长曲线的学习和理解。因此,用数学模型构建曲线,来揭示酵母菌种群增长的规律是本节教学的落脚点。在利用数据绘制曲线时,由于只有几天积累下的少量数据,如按此直接建立的数学模型将与教材上的增长曲线相差较大(图2甲)。在查阅资料和教师的指导下,学生利用SPSS软件中的曲线拟合功能,将酵母菌种群数量的数据与逻辑斯谛曲线拟合,得到拟合度较高的曲线(图2乙)。与统计软件相结合,就能够快速准确地建立酵母菌种群密度与时间之间的数学模型,而且可信度也得到提升。

      

      目前已经有许多数据处理软件,如常用的Excel、SPSS和Origin等,学生在获取实验数据后,完全可以利用电脑软件进行快速、精确的数据分析,更能让学生提前感受科学、技术结合的必要性。

      1.模式开放,主动实验

      教学模式的转变,不仅解决了该实验费时长的问题,更能促使学生学习方式的改变,引导学生主动参与实验探究的过程。学生在自己动手的过程中对实验探究产生了浓厚兴趣,参与度高,通过亲身体验,体会到了科学探究过程的艰辛,并最终通过自我摸索,改进了实验,创新性地使用了手机拍照将实验操作的难度大大降低。

      2.技术结合,创新实验

      本实验与现代科学技术相结合,采用手机显微拍照进行酵母菌的快速计数,利用SPSS数据处理软件进行数学模型的准确建立,与传统实验方法相比,实验操作变得更便捷,实验结果更直观。在建立数学模型的过程中,学生通过深入探索,构建了生物种群数量变化规律的数学模型,经历了从具体到抽象的思维转化过程。

      3.完善需求,拓展实验

      本实验内容多、操作难度大,然而学生在自己探索实验的过程中,不断地解决难题并反思改进,这是一个培养创新思维、提升实验能力的过程。本实验在学生的努力下还开发出了一些拓展实验:如比浊度的测定,实验的前期准备;选择不同的培养液、改变温度,探究环境因素对酵母菌种群数量的影响;辅加美兰染色,排除死亡酵母菌的影响,建立酵母菌种群数量变化曲线。这些拓展实验的实施大大满足了学生多样化和个性化发展的需求。

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