王 麗

(江蘇省海安高級中學 南通 226600)

1 教材分析

“探究酵母菌細胞呼吸的方式”是人教版高中生物學課程模塊中的課題。該實驗與教材知識緊密結合，而且注重探究。但教材實驗的設計也存在一些問題，比如如何判斷無氧裝置靜置一段時間后氧氣的去除程度，如何在一節(jié)課的時間內完成酵母菌細胞呼吸方式的探究，如何改進實驗裝置使得實驗更加嚴謹，這都是筆者要重點探究的問題。筆者引導學生對實驗進行改進，利用實驗室具備的水浴鍋、移液器、上嘴過濾瓶、分液漏斗、集氣瓶等實驗儀器完成該實驗，并重點對有氧和無氧裝置產生的實驗現(xiàn)象進行討論分析，充分將科學思維貫穿于學生的科學探究過程中，使實驗課上出一定的思維高度。

2 學情分析

學生已經學習了ATP是細胞的能量通貨的相關知識，明確ATP可以由細胞呼吸產生，這為本節(jié)課學習奠定了基礎。但本節(jié)課對實驗探究能力要求高，實驗過程中，教師應強化規(guī)范操作，引導學生對實驗設計進行調整和改進，小組合作完成實驗操作并分析實驗結果。

3 實驗器材與試劑

水浴鍋、血糖檢測儀、酒精檢測儀、上嘴過濾瓶、分液漏斗、集氣瓶、具支管、橡膠軟管、量筒、燒杯、培養(yǎng)皿、注射器、大針頭等。質量分數(shù)為5%的葡萄糖溶液、30%的H2O2溶液、MnO2、酸性重鉻酸鉀(K2Cr2O7)溶液、酵母菌活化液、澄清石灰水。

4 實驗裝置設計及意圖

實驗裝置在教材基礎上進行了改進：

(1) 考慮到教材用氣泵通氣需用質量分數(shù)為10%的NaOH溶液去除空氣中的CO2，操作繁瑣，筆者借助分液漏斗和集氣瓶這套裝置，利用MnO2催化H2O2制O2，既可以為酵母菌細胞呼吸提供充足O2，又省去除CO2的實驗裝置(圖1)。

圖1 有氧呼吸測試裝置

(2) 教材選用錐形瓶進行實驗，不方便取酵母菌培養(yǎng)液進行酒精檢測。筆者用上嘴過濾器替代錐形瓶，并于瓶塞上安裝10cm長的針頭(針頭上安裝軟管接注射器)用于添加溶液和取樣，而上嘴可作為天然排氣管口(圖2)。

圖2 無氧呼吸測試裝置

(3) 用裝有澄清石灰水的具支管代替教材中錐形瓶，用于檢測CO2產生情況，既節(jié)約了試劑的用量，也縮短了出現(xiàn)實驗結果的時間，且具支管也存在天然排氣口。

(4) 借助水浴鍋控制溫度在35℃，有助于反應在15min左右的時間內完成。

5 教學過程

5.1 新課導入 以江陰特產“黑杜酒”(簡介黑杜酒的由來)和“馬蹄酥”導入，引出與其相關的酵母菌。結合當?shù)厣畹膶嶋H，通過學生熟悉的材料，營造一種文化氛圍，激發(fā)學習興趣。

5.2 觀察現(xiàn)象，提出問題 請學生根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，提出想要探究的問題并作出合理假設。學生先在展板上寫，后簡要闡述：①酵母菌有氧和無氧條件是否都能產生CO2？(假設：酵母菌有氧和無氧條件都可以產生CO2)②有氧條件下酵母菌能否產生酒精？(假設：有氧條件下酵母菌不產生酒精)③如何檢測CO2和酒精？④黑杜酒的釀制什么季節(jié)為宜？讓學生學會正確的觀察并提問，便于后續(xù)實驗操作更具有方向性。

5.3 實驗設計 通過分析教材實驗裝置原理及缺陷，引到本節(jié)課裝置的選擇和組裝(利用打印好的裝置示意圖選擇性地在展板上粘貼并及時展示)及其優(yōu)勢的介紹。通過裝置的分析掌握該實驗的基本原理及裝置連接要點，為后續(xù)實驗操作奠定基礎。

5.4 實驗操作 分組完成實驗操作(組裝裝置、酵母活化、試劑添加、CO2檢測、發(fā)酵液酒精的酸性重鉻酸鉀檢測、酒駕儀檢測)。通過手機熱點鏈接，實時展示現(xiàn)場CO2檢測和酒精鑒定情況以及出現(xiàn)的一些異常情況。通過實驗操作過程以及對實驗結果的分析，讓學生感悟合作學習的重要性；體驗敢于質疑、尊重事實、如實記錄的科學精神和態(tài)度的重要性。

5.5 實驗結果及分析 具體如下：

5.5.1 有氧和無氧裝置中CO2的檢測結果及分析 實驗結果(圖略)顯示，有氧裝置和無氧裝置澄清石灰水均出現(xiàn)渾濁，但有氧裝置澄清石灰水出現(xiàn)渾濁時間較早，且渾濁程度較深。由此得出，酵母菌在有氧和無氧條件下均產生了CO2，且有氧呼吸產生的CO2比無氧呼吸多。小組討論分析出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能有：①酵母菌在氧氣充足時繁殖快，一段時間后有氧裝置中酵母菌數(shù)量多；②酵母菌在氧氣充足時代謝快，消耗葡萄糖較多。

展示興趣小組的學生用數(shù)碼顯微鏡和血糖檢測儀在有氧和無氧裝置澄清石灰渾濁程度出現(xiàn)差異時，對酵母菌數(shù)目進行觀察和計數(shù)的結果(表1)和對發(fā)酵液中葡萄糖進行的檢測結果(表2)。

表1 培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)目(單位：108個/mL)

表2 培養(yǎng)液中葡萄糖濃度(單位：mmol/L)

由表1可知酵母菌在有氧和無氧條件下其種群數(shù)量并沒有顯著差異，因此有氧裝置中酵母菌繁殖快不能解釋實驗結果。由表2分析可知，無氧裝置中培養(yǎng)液中葡萄糖濃度均較有氧裝置中濃度低，即相同的時間內，無氧呼吸消耗葡萄糖較多，那么，為何無氧裝置產生的CO2反而少呢？此時，教師引出細胞呼吸概念以及有氧和無氧呼吸反應式，引導學生分析有氧呼吸的本質是有機物徹底氧化分解釋放大量能量，產生大量CO2；而酵母菌無氧呼吸有機物分解不徹底，部分碳儲存在酒精中(借此引入酒精的結果分析)。

實驗結果的分析過程中，教師通過這種充滿認知沖突、環(huán)環(huán)緊扣的預設，用科學思維將科學探究串聯(lián)成線，將科學素養(yǎng)的培養(yǎng)落實到位。

展示文獻數(shù)據(jù)(表3)。從表中可以看到，在實驗開始的4h內，裝置內的葡萄糖濃度還是很高的。因為葡萄糖是還原糖，其還原性比酒精還強。因此，有氧和無氧裝置均出現(xiàn)灰綠色并不能直接證明酒精的存在，消耗掉其中的葡萄糖大約需要5～6h。

表3 分時用斐林試劑檢測培養(yǎng)液中葡萄糖檢測結果[1]

(注：“+”表示有磚紅色沉淀，“—”表示無磚紅色沉淀)

為進一步證明培養(yǎng)液中是否有酒精存在，采用酒精檢測儀進行定量檢測(圖略)，結果發(fā)現(xiàn)，只有無氧裝置中培養(yǎng)液揮發(fā)的酒精導致檢測儀發(fā)光報警并顯示酒精量，而有氧裝置中未出現(xiàn)發(fā)光報警現(xiàn)象，且酒精顯示量為零。由此得出結論：酵母菌在氧氣充足條件下不產生酒精，而無氧裝置中產生酒精。

綜上所述，酵母菌在有氧和無氧條件下均可以進行細胞呼吸，在有氧和無氧條件下酵母菌均可以產生CO2，且有氧呼吸產生的CO2多，酵母菌無氧呼吸還產生酒精。

6 總結反思

本節(jié)課通過對教材實驗裝置的改進，引導學生設計實驗并對實驗結果進行了全面分析，體現(xiàn)了“科學思維、科學探究”的生物學學科核心素養(yǎng)教育。但是實驗中也存在些許問題，如不同的學生實驗過程難免出現(xiàn)各種不規(guī)范的操作，教師需要強調規(guī)范操作對實驗結果定量分析的重要性。

通過本節(jié)課學習，不僅要求學生掌握探究實驗的一般過程，更重要的是要讓學生懂得實驗過程中科學的思維習慣養(yǎng)成遠比實驗方法的掌握更重要。中學生物學實驗普遍存在“重驗證、輕探究”的現(xiàn)象，尤其對實驗的“異?！苯Y果常缺乏理性的分析和挖掘。然而，實驗是培養(yǎng)學生理性思維的重要途徑，只有建立在科學思維基礎上的科學探究才真實有效。

*前文受合肥翰思科學儀器公司關注*