探究酵母菌的細(xì)胞呼吸

韓璐

一、教材分析

1.課標(biāo)要求：人教版高中生物必修一明確要求學(xué)生通過探究酵母菌的細(xì)胞呼吸真切地體會細(xì)胞物質(zhì)和能量的變化，感受生命的本質(zhì)，這也是達(dá)成必修一整體課程目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，因此課標(biāo)在活動建議中做出了具體要求。

2.教材對于本實驗的內(nèi)容做出了具體的描述，取材容易，但作為學(xué)生實驗來講，它耗時長，裝置連接復(fù)雜，有氧、無氧條件難以控制，所以學(xué)生很難利用一節(jié)課時間完成自主探究。

二、學(xué)情分析

1.學(xué)生在知識方面已有一定的基礎(chǔ)和鋪墊。2.實驗?zāi)芰Ψ矫?，缺乏獨立探究能力，所以本?jié)實驗采取小組合作、探究學(xué)習(xí)的模式，利用學(xué)生的差異，通過任務(wù)驅(qū)動來體驗、學(xué)習(xí)、自主獲得新知。

三、實驗教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)生通過課前發(fā)面實驗，提出問題并能夠假設(shè)出酵母菌細(xì)胞呼吸的方式及產(chǎn)物。2.學(xué)生通過閱讀課本，能準(zhǔn)確說出“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”的實驗原理。3.學(xué)生通過對實驗方案的討論、實施等環(huán)節(jié)，提高實驗操作、設(shè)計及探究的能力。

最終目標(biāo)就是實現(xiàn)核心素養(yǎng)的提升。

四、實驗教學(xué)過程

（一）提出問題

生活中蒸饅頭、釀酒都會用到酵母菌，酵母菌在當(dāng)中分別起了什么作用？

（二）作出假設(shè)

首先讓學(xué)生匯報發(fā)面實驗結(jié)果。結(jié)果顯示，有氧組面團體積增大，內(nèi)部充滿氣體，呈蜂窩狀，面團變濕。無氧組面團體積略增大，內(nèi)部也有氣體，似蜂窩狀，打開塑料袋有酒味。學(xué)生根據(jù)以上結(jié)果作出假設(shè)。

（三）設(shè)計實驗

1.組織學(xué)生設(shè)計實驗方案

設(shè)計要點：

（1）怎樣控制自變量（有氧、無氧條件的控制）？

（2）怎樣檢測因變量（CO2、酒精的檢測）？

要求：學(xué)生以小組為單位討論5min，設(shè)計并畫出實驗裝置圖。

2.評價并改進(jìn)實驗方案

絕大多數(shù)學(xué)生設(shè)計的方案與教材實驗方案類似。

引導(dǎo)學(xué)生討論實驗方案的不足，并嘗試改進(jìn)和創(chuàng)新實驗。

（1）控制自變量（有氧條件、無氧條件）方法的改進(jìn)。對于有氧條件，學(xué)生根據(jù)剛學(xué)過的酶的相關(guān)實驗聯(lián)想到，用FeCl3催化H2O2制造純氧：將H2O2放在分液漏斗中，通過控制活塞實現(xiàn)對裝置連續(xù)、勻速供氧。對于無氧條件，學(xué)生受化學(xué)實驗啟發(fā)，提出在酵母菌培養(yǎng)液表面鋪一層液態(tài)石蠟來隔絕空氣。

（2）檢測因變量方法的改進(jìn)。實驗中酒精的檢測過程，學(xué)生發(fā)現(xiàn)持續(xù)通氧的情況下依然檢測到重鉻酸鉀的顏色變化，可并沒有聞到酒味，通過查閱資料，酒精與重鉻酸鉀的濃硫酸溶液的反應(yīng)并不是特性反應(yīng)，其他含有還原性羥基的有機物，如葡萄糖。此外，文獻(xiàn)顯示，實驗用酵母菌在固定化生產(chǎn)過程中添加了山梨醇酐單硬脂酸酯（SMS），因SMS含有3個羥基，也能使酸性重鉻酸鉀變成灰綠色。針對上述情況做了驗證實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葡萄糖、酵母菌溶液均能使酸性重鉻酸鉀變成灰綠色，嚴(yán)重干擾了實驗。

因此更換為無添加劑的啤酒酵母;葡萄糖是還原糖，其醛基能被酸性重鉻酸鉀氧化，發(fā)生變色反應(yīng)，故改為非還原性的蔗糖。

緊接著又有學(xué)生提出有沒有其他方法可以定量檢測酒精？一位同學(xué)想到，可以用交警檢測酒駕所用的吹氣式數(shù)字酒精檢測儀。這種檢測儀內(nèi)有酒精傳感器，當(dāng)氣體從吹嘴進(jìn)入，10 s后LTD屏?xí)@示出氣體的酒精含量。為保證短時間內(nèi)有足夠的氣體進(jìn)入吹嘴，測試前需對酵母菌培養(yǎng)液加熱，加速酒精揮發(fā)。特別要注意的是，應(yīng)先讓酵母菌溶液在常溫下反應(yīng)15-20min，待CO2 檢測完成后，再加熱約1min，最后連接數(shù)字酒精檢測儀進(jìn)行檢測

又有同學(xué)提出澄清石灰水對二氧化碳量的檢測帶有很強的主觀性，利用實驗室配備的數(shù)字化探究儀器對二氧化碳的量進(jìn)行檢測，達(dá)到數(shù)據(jù)的可視化。對于密封性的改進(jìn)，學(xué)生想到了他們平時經(jīng)常玩的黏土，封住瓶口的縫隙，使有氧裝置實現(xiàn)了通氣的同時保證密封。

（3）無關(guān)變量的控制。教材原配方是“將10 g新鮮食用酵母溶于240 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的葡萄糖溶液中”，這個配方所需的培養(yǎng)時間較長。經(jīng)反復(fù)實驗，將配方改為“先將20g無添加劑的干酵母溶于300 mL 25 ℃左右溫水中活化約10 min，再取60mL上述活化液與15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的蔗糖溶液混合”。這一改良使二氧化碳的檢測只需十幾分鐘就能完成。

（四）進(jìn)行實驗

學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實驗。

（五）得出結(jié)論

1.酵母菌有氧呼吸產(chǎn)物有水和CO2;無氧呼吸產(chǎn)物有酒精和CO2 。2.相同時間內(nèi)有氧呼吸產(chǎn)生CO2比無氧呼吸多。

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反饋評價，組內(nèi)評價各小組成員的表現(xiàn)，總結(jié)本次合作過程中做的比較好的方面。利用電子白板組間交換共享數(shù)據(jù)，相互評價，進(jìn)行誤差分析，促進(jìn)共同提高，最后教師肯定同學(xué)們本次探究活動的表現(xiàn)，并提出進(jìn)一步可探究的問題。

（六）實驗再探究

從誤差分析中發(fā)現(xiàn)再探究的問題：酵母菌在低氧條件下的呼吸方式。利用傳感器可以同時觀測氧氣和二氧化碳的變化，需要試劑瓶可以同時放兩種探頭。同時接入將CO2傳感器和溶解氧傳感器，使電腦上同時顯現(xiàn)出氧氣和CO2的變化，記錄數(shù)據(jù)變化，和同學(xué)們分享共同分析，氧氣不是一直降為0，說明酵母菌可能不能利用低氧，在低氧環(huán)境中也進(jìn)行無氧呼吸。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，低氧時酵母菌就會開始進(jìn)行無氧呼吸。

五、教學(xué)反思

最深的感觸就是，我的大膽放手，給了學(xué)生更大的思維空間。從材料選擇，到裝置設(shè)計，再到結(jié)果分析、發(fā)現(xiàn)新的問題、再探究，都是學(xué)生自主完成，老師引導(dǎo)。學(xué)生利用理性思維完成了一項完整的科學(xué)探究活動，真正實現(xiàn)了科學(xué)素養(yǎng)的提升。