利用生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行校本課程開發(fā)
——以“發(fā)酵現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)反常情況探析為例

王昕芳

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師二團(tuán)中學(xué) 新疆阿克蘇 843009)

1 研究背景

2021年12月,筆者進(jìn)行了人教版《生物學(xué)·八年級·下冊》“發(fā)酵現(xiàn)象”的演示實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)較為順利地完成。兩天后,筆者發(fā)現(xiàn)放置在實(shí)驗(yàn)室中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)瓶中的氣球一個(gè)縮小,另一個(gè)竟然被回吸入瓶內(nèi)!這是一個(gè)較為反常的現(xiàn)象,根據(jù)發(fā)酵現(xiàn)象原理,實(shí)驗(yàn)瓶中的酵母菌分解葡萄糖生成二氧化碳,使瓶內(nèi)氣體壓力升高,導(dǎo)致罩在瓶口的氣球迅速膨脹鼓起,為什么實(shí)驗(yàn)結(jié)束的兩天后氣球會回縮入瓶內(nèi)呢?教師決定帶領(lǐng)學(xué)生,針對這一反?，F(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探析。

2 準(zhǔn)備階段

2.1 成立課題學(xué)習(xí)小組

首先,教師向八年級學(xué)生公布了此課題,在自愿報(bào)名的學(xué)生中進(jìn)行了篩選,確定了由五位學(xué)生組成的實(shí)驗(yàn)探究小組,并對小組成員進(jìn)行了分工。2021年12月,教師正式帶領(lǐng)學(xué)生展開了“發(fā)酵現(xiàn)象”反常情況課題實(shí)驗(yàn)研究探析。

2.2 制定學(xué)習(xí)方案

針對實(shí)驗(yàn)情況,師生積極討論,分工合作,達(dá)成共識,決定分別設(shè)置定性和定量兩種實(shí)驗(yàn)方式,多組對照,分階段進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果為契機(jī),進(jìn)行探究,形成校本課程。

2.3 制定研究性實(shí)驗(yàn)分析學(xué)習(xí)計(jì)劃

為確保實(shí)驗(yàn)有序進(jìn)行,教師與學(xué)生共同合作,制定了研究性實(shí)驗(yàn)分析學(xué)習(xí)計(jì)劃,見表1。

表1 研究性實(shí)驗(yàn)分析學(xué)習(xí)計(jì)劃

3 實(shí)施階段

3.1 征集相關(guān)信息及思路

針對氣球回縮現(xiàn)象,師生先后請教了本校的物理教師、化學(xué)教師,以及對此現(xiàn)象感興趣的教師,并宣傳發(fā)動中學(xué)部的更多學(xué)生,征集對此現(xiàn)象的合理解釋及建議。學(xué)生對這些收集來的資料、解釋和建議進(jìn)行整合,結(jié)合實(shí)驗(yàn)小組在網(wǎng)上及圖書室查閱的相關(guān)資料,形成了下文的幾種觀點(diǎn)。

3.1.1 基本情況

“發(fā)酵現(xiàn)象”的原理是酵母菌分解葡萄糖生成二氧化碳,使實(shí)驗(yàn)瓶內(nèi)的氣體壓力升高,進(jìn)而出現(xiàn)氣球膨脹現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)兩天后,卻出現(xiàn)了反應(yīng)液較少的實(shí)驗(yàn)瓶上方本來膨脹的氣球不但縮小,而且回縮到瓶內(nèi)的現(xiàn)象。如果是氣球漏氣,那么膨脹的氣球會塌下,氣球回縮只能說明原來的氣體消失或轉(zhuǎn)移,那么生成的二氧化碳到哪里去了?氣球回吸入瓶,瓶內(nèi)的那一部分氣體到哪里去了?實(shí)驗(yàn)瓶內(nèi)減少的是什么氣體?二氧化碳?氮?dú)?還是氧氣?相比之下,另一個(gè)反應(yīng)液較多的實(shí)驗(yàn)瓶上方的氣球只是縮小,而沒有出現(xiàn)回縮現(xiàn)象。

3.1.2 教師觀點(diǎn)與學(xué)生設(shè)想

針對氣球回吸,物理教師認(rèn)為:實(shí)驗(yàn)瓶上方膨脹的氣球回縮,只能說明瓶內(nèi)氣壓變低,密閉瓶內(nèi)氣壓變低的原因應(yīng)是氣體量的減少?；瘜W(xué)教師從大氣成分出發(fā),進(jìn)行了補(bǔ)充:大氣的成分中包含78%的氮?dú)夂?1%的氧氣,酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生了大量的二氧化碳,二氧化碳可溶于水,但不至于使氣球回縮如此嚴(yán)重,而氮?dú)馍扇苡谒陌睔獾目赡苄院苄?因?yàn)樯砂睔獾膶?shí)驗(yàn)條件很高?；诖?學(xué)生提出設(shè)想:罩氣球時(shí),瓶內(nèi)氣體溫度較高,加之發(fā)酵現(xiàn)象產(chǎn)生了熱量及二氧化碳,使瓶內(nèi)氣壓升高,故氣球很快膨脹,后來,發(fā)酵停止,溫度下降,二氧化碳溶解于水中,導(dǎo)致氣壓下降,故氣球回縮。

3.1.3 網(wǎng)上資料

通過查閱網(wǎng)上資料,學(xué)生進(jìn)一步整理了幾種可能的解釋:①培養(yǎng)液中可能存在雜菌,如自養(yǎng)菌,當(dāng)酵母菌進(jìn)入衰亡期后,其種間競爭優(yōu)勢落后,自養(yǎng)菌大量繁殖,而自養(yǎng)菌的繁殖需要利用二氧化碳作為碳源,因此,自養(yǎng)菌會消耗大量二氧化碳,使密閉體系中的氣體壓力降低。②培養(yǎng)基中的氮源過于豐富,酵母菌可以利用氮源生成氨,氨溶于水,氣溫下降會導(dǎo)致其溶解度增大,當(dāng)瓶內(nèi)的水充足時(shí),大量氨氣溶于水,使密閉體系中的氣體壓力降低。③隨著營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和環(huán)境條件的惡化,酵母菌逐漸進(jìn)入衰退期,其數(shù)量急劇減少,而好氧型細(xì)菌大量繁殖,使實(shí)驗(yàn)瓶內(nèi)壓強(qiáng)減小,氣球被回吸入瓶內(nèi)。此外,也有可能是空氣中的某些自生固氮菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成了氨,但這并不是主要原因。

3.2 實(shí)驗(yàn)探究

學(xué)生以小組為單位,展開分組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)情況見表2。

表2 學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)情況

4 總結(jié)、交流、反思階段

“發(fā)酵現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)后出現(xiàn)的氣球回縮現(xiàn)象的進(jìn)一步探究,是目前資料中沒有查到的課題探究,因此,本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和探究具有一定的意義。

在探究過程中,教師嚴(yán)密思考,多方求證、認(rèn)真地帶領(lǐng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)多組、不同時(shí)間的實(shí)驗(yàn)方案。雖然目前該課題的最終結(jié)果沒有得到驗(yàn)證,但在仔細(xì)觀察和記錄的過程中,它訓(xùn)練了師生對信息資料的主動獲取和處理能力,順應(yīng)了當(dāng)前課改的要求,有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和主動學(xué)習(xí)獲取知識的能力。

課題于2021年12月提出,師生分階段、定性、定量地展開實(shí)驗(yàn)探究,實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長、牽涉知識廣,融合了多學(xué)科的知識探究,磨練了師生的耐心,培養(yǎng)了師生踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊庾R,提升了教師和學(xué)生的創(chuàng)新思維能力與動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。課題實(shí)現(xiàn)了生物學(xué)校本課程的有效開發(fā)。

本次小課題的開展,在七、八年級的學(xué)生中,形成了較大的影響力。師生參與的范圍廣,課題極大地調(diào)動了教師和學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的積極性,培養(yǎng)了師生群體合作交往溝通的能力。實(shí)驗(yàn)中一次次失敗的挫折與成功的歡欣,也讓師生真正感受到科學(xué)其實(shí)并不遙遠(yuǎn)。