以“酵母菌代謝”為主題的生物學(xué)科節(jié)系列實(shí)驗(yàn)開(kāi)展

吳開(kāi)其 張晉

摘要：借生物學(xué)科節(jié)開(kāi)展以“酵母菌代謝”為主題的系列實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、過(guò)程操作、成果展示的統(tǒng)一確立、監(jiān)督和設(shè)計(jì)，以此促進(jìn)活動(dòng)與體驗(yàn)、遷移與應(yīng)用、探究與創(chuàng)新、價(jià)值與評(píng)價(jià)等高階真實(shí)學(xué)習(xí)行為的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：酵母菌，主題系列實(shí)驗(yàn)，學(xué)科節(jié)

中圖分類(lèi)號(hào)Q-331文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)還多停留在為幫助學(xué)生理解生物學(xué)概念這樣的“重知識(shí)，輕實(shí)踐”取向，實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、實(shí)踐性與整體性被削弱，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前還難以將知識(shí)、技能以及其他素養(yǎng)融為一體。鑒于實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間安排、資源配置的困難以及當(dāng)前新課改對(duì)科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的重視的矛盾，教師可嘗試通過(guò)學(xué)科節(jié)的方式讓學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題而開(kāi)展系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生全身心參與實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展，通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)歷經(jīng)有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。

1 確立以“酵母菌代謝”為主題的三個(gè)層面實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 涉及必修課程的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

該層次實(shí)驗(yàn)重在“活動(dòng)與體驗(yàn)”，目的通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作的基本原則。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)選題有：探究酵母菌呼吸作用;以酵母菌研究種群數(shù)量變化;探究pH、溫度對(duì)酵母菌中酶活[生的影響。

1.2 基于選擇性必修課程的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

該層次實(shí)驗(yàn)重在“遷移與應(yīng)用”和“價(jià)值與評(píng)價(jià)”，是在掌握生物學(xué)基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原則基礎(chǔ)上，根據(jù)需要將實(shí)驗(yàn)應(yīng)用與生活實(shí)踐，并對(duì)實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。相應(yīng)選題有：用平板劃線(xiàn)法和稀釋涂布平板法接種酵母菌并觀察菌落;果酒制作;果醋制作;由制果酒需要制作果汁;酵母細(xì)胞的固定化;由果酒制作引申出的傳統(tǒng)發(fā)酵工程中腐乳制作與泡菜制作。

1.3 延伸到學(xué)校課程的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

該層次實(shí)驗(yàn)重在“創(chuàng)新與探究”，結(jié)合學(xué)校課程實(shí)施創(chuàng)造性地展現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的鄉(xiāng)土風(fēng)情，也可進(jìn)一步深入科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)。相應(yīng)的選題有：酒曲的制作;酒糟的蒸餾;比較不同種類(lèi)粳米釀制米酒的效果;探究酒精濃度對(duì)酵母菌代謝的影響;探究不同濃度的糖對(duì)酵母代謝的影響;探究添加不同種類(lèi)的糖對(duì)果酒風(fēng)味的影響：比較固定化酵母與一般酵母的釀酒效果。

2系列實(shí)驗(yàn)的組織

2.1 明確學(xué)科節(jié)系列實(shí)驗(yàn)展示效果

在大致內(nèi)容確定的基礎(chǔ)上，教師幫助學(xué)生對(duì)系列實(shí)驗(yàn)展示的規(guī)格形成一個(gè)預(yù)期，包括場(chǎng)地布置、活動(dòng)畫(huà)面、目前學(xué)校能提供的條件，甚至以具體的圖片或模板方式呈現(xiàn)預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)成果。其中為指導(dǎo)某些創(chuàng)新性探究實(shí)驗(yàn)開(kāi)展可將一些簡(jiǎn)單的課題結(jié)題報(bào)告和PPT模板給學(xué)生展示。教師以美好的結(jié)果激發(fā)學(xué)生參與完成活動(dòng)的興趣與斗志，帶領(lǐng)學(xué)生全身心地將實(shí)驗(yàn)當(dāng)做成自己的任務(wù)去完成。

2.2 任務(wù)選擇與人員安排

教師要根據(jù)年級(jí)學(xué)段不同、班級(jí)學(xué)情不同、各小組興趣不同等，安排不同選題。同時(shí)，鼓勵(lì)各活動(dòng)單位（小組）圍繞主題在相應(yīng)層面的內(nèi)容中創(chuàng)造性地確立自己任務(wù)。例如，某高一的班級(jí)提出在進(jìn)行“探究酵母菌呼吸方式”實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，利用面粉作為發(fā)酵底物并蒸制饅頭共同學(xué)品鑒。又如，高年級(jí)學(xué)生在“果酒”制作的基礎(chǔ)上提出“對(duì)果酒中甲醛含量的檢測(cè)”。也有小組就“探究酒精濃度對(duì)酵母菌代謝的影響”提出“篩選耐酒精的酵母菌”實(shí)驗(yàn)。對(duì)人員安排方面，根據(jù)小組選題難度，在學(xué)科節(jié)開(kāi)展期間，教師要對(duì)延伸到學(xué)校課程的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)配備相應(yīng)的研究生或?qū)嵙?xí)生進(jìn)行指導(dǎo)。

2.3 形成可操作的小組共識(shí)性任務(wù)

小組是否明確具體任務(wù)，怎樣對(duì)任務(wù)有明確的落實(shí)方案，關(guān)鍵讓小組確立用什么材料做什么事情。鑒于大多實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照，各小組所確定的方案可以表格形式呈現(xiàn)（表1），便于督促各組形成可具操作的實(shí)驗(yàn)方案以及匯總準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。此外，實(shí)驗(yàn)小組需要提供詳細(xì)實(shí)驗(yàn)安排表（表2），將事件、人員、時(shí)間統(tǒng)籌起來(lái)，以便教師或?qū)嶒?yàn)員統(tǒng)一監(jiān)督和管理。

2.4 體現(xiàn)主題式系列實(shí)驗(yàn)的整體性

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要合作使用，如“探究酒精濃度對(duì)酵母代謝影響”實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組采用一開(kāi)始不加酒精進(jìn)行發(fā)酵，可以與“探究酵母菌呼吸方式”的實(shí)驗(yàn)就相同時(shí)間CO₂產(chǎn)生體積進(jìn)行對(duì)比，提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可信度。也有學(xué)生提出通過(guò)“以酵母菌研究種群數(shù)量變化”的實(shí)驗(yàn)小組幫助測(cè)定不同酒精濃度下一段時(shí)間后酵母菌數(shù)量來(lái)說(shuō)明酒精濃度對(duì)酵母代謝的影響。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料合作使用，如制作的酒曲可以為“比較不同種類(lèi)粳米釀制米酒的效果”實(shí)驗(yàn)所用，制作的固定化酵母可以為“比較固定化酵母與一般酵母的釀酒效果”實(shí)驗(yàn)所用。教師在安排實(shí)驗(yàn)室時(shí)，也就把類(lèi)似實(shí)驗(yàn)或者相關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)安排在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。

3 以生物“學(xué)科節(jié)”的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示與評(píng)價(jià)

3.1 “操作”區(qū)：示范并指導(dǎo)觀摩同學(xué)操作體驗(yàn)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

例如，“探究酵母菌呼吸方式”實(shí)驗(yàn)中，教師現(xiàn)場(chǎng)演示并指導(dǎo)參觀學(xué)習(xí)的其他同學(xué)完成“通過(guò)用裝有澄清石灰水的枕頭抽吸瓶中空氣觀察澄清石灰水顏色變化”“滴加溴麝香草酚藍(lán)水溶液觀察顏色變化”“用傳感器定量檢測(cè)瓶中CO₂”“用重鉻酸鉀檢測(cè)酒精”等實(shí)驗(yàn)。又如，“探究酵母菌種群數(shù)量變化”實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)觀摩學(xué)生利用血球計(jì)數(shù)板板計(jì)數(shù)。再如，“現(xiàn)場(chǎng)用恒溫水域鍋維持酵母菌代謝環(huán)境溫度”和“借助pH傳感器和酸堿移液管調(diào)整pH”以此演示“探究pH、溫度對(duì)酵母菌中酶活性的影響”。

3.2 “品鑒”區(qū)：融入藝術(shù)特色進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)展示

教師在展示科學(xué)成果時(shí)，配上高雅的藝術(shù)，追求品味，涵蓋美育。紅酒、鮮花、音樂(lè)、彈奏、禮儀、社交組成一幅酵母菌發(fā)酵成果展的美麗畫(huà)卷。同時(shí)，配上酵母菌真核細(xì)胞的掛圖、紅葡萄酒和白葡萄酒圖片、紅酒制作流程圖，以及制作所用的各種葡萄、蘋(píng)果、酵母等實(shí)物展示。此外，由“酵母菌代謝”引申出的其他傳統(tǒng)發(fā)酵工程也可同時(shí)展示，如酸奶、檸檬、酒杯、薄荷葉、巧克力、餅干、果醬配合出的誘人畫(huà)面，同時(shí)每個(gè)瓶子都取上相應(yīng)名字更帶文化氣息。教師也可吸引大量觀摩學(xué)習(xí)的同學(xué)通過(guò)答題獲得資格進(jìn)行品鑒。

3.3 “答辯”區(qū)：以“小課題”的方式展示創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)成果

“小課堂”展示需要教師一對(duì)一指導(dǎo)，學(xué)科節(jié)期間，教師可以邀請(qǐng)一些研究生或?qū)嵙?xí)生分工并指導(dǎo)各研究課題的開(kāi)展。這種做法雖然難度大，但有利于興趣組素養(yǎng)提升，也可建立起高校與中學(xué)之間關(guān)系，有利于各自資源的綜合利用。在答辯中，觀摩學(xué)生也可就相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果等進(jìn)行質(zhì)疑和提問(wèn)，以此帶領(lǐng)更多熱愛(ài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，熱衷于科學(xué)探究的同學(xué)走進(jìn)未來(lái)科學(xué)研究之路。此外，在“答辯”區(qū)中也可邀請(qǐng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行講解，融入選修課程中“食品安全與檢疫”模塊的開(kāi)設(shè)，第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)入學(xué)校，給學(xué)生講解我國(guó)的食品安全保障體系和政策，配合彩圖、幻燈片等以課題的形式給學(xué)生匯報(bào)講解相應(yīng)“酒水”類(lèi)食品安全檢測(cè)的原理和基本操作步驟，同時(shí)讓學(xué)生了解這個(gè)職業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

主題式系列實(shí)驗(yàn)?zāi)荏w現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的整體性，在提供輕松開(kāi)放的學(xué)科節(jié)機(jī)會(huì)基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)的層次化安排能促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠在這樣特別的教學(xué)活動(dòng)中模擬性地參與人類(lèi)社會(huì)歷史實(shí)踐，形成有助于未來(lái)發(fā)展的核心素養(yǎng)，如“觀察DNA在細(xì)胞中的分布”“DNA模型構(gòu)建”“DNA粗提取”“DNA純化與鑒定”“PCR”等形成以DNA為主題的系列實(shí)驗(yàn);又如“腐乳制作”“泡菜制作”“米酒制作”“酸奶制作”“豆豉制作”等形成的以“傳統(tǒng)發(fā)酵”為主題的系列實(shí)驗(yàn);沿海地區(qū)還可以“海洋生物”為主題開(kāi)展“海洋生物類(lèi)群”“某海洋生物發(fā)育過(guò)程”“某海洋生物地理分布”“某海洋生物生理解剖”“某海洋區(qū)域生態(tài)調(diào)查”“海洋生物的藝術(shù)價(jià)值”等相關(guān)的系列實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。