“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验改进*

徐宛钰 黄想安

（1 郑州中学 河南郑州 450001 2 郑州市第五十八中学 河南郑州 450001）

“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”是《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中唯一通过实验构建数学模型的实验［1］。本实验旨在使学生研究一个真实的种群，理解生物种群数量的变化；通过显微镜观察，设计实施实验，提升收集、整理、分析数据的能力，并尝试建立数学模型。

“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”通常采用的实验方法是取少量干酵母，放入土豆培养液或葡萄糖溶液中进行培养，每天定时取样计数1 次，连续7 d 绘制出酵母菌种群数量变化曲线，构建数学模型并进行初步分析。在通常的教学中要完成这个实验，学生需要每天定时到实验室进行取样计数，约30 min，连续耗时8 d，给教学带来一定困难。多数教师可能会选择只让学生在课堂上做第7 天的实验，之前的实验由教师完成，学生难以参与完整的实验过程，不利于知识的获得。针对以上不足，本文就实验方案进行了改进，可使学生在1 课时内完成取样、计数、构建模型的任务，极大缩短了实验时间，且能让学生参与整个实验过程，提升了学习效率和学习效果。

1 教师准备

1.1 实验材料、试剂及设备 干酵母菌、质量分数为2%葡萄糖溶液、亚甲基蓝染色液、显微镜、血细胞计数板、血细胞盖玻片、200 μL 移液器及吸头、恒温培养箱、冰箱、有旋盖的试管、试管架等。

1.2 实验前期准备 1）灭菌；2）培养8 d 所需要的菌液：课前7 d 开始，每天分别向相同2 瓶已灭菌的培养液中接种等量菌种，写上接种时间，甲瓶置于26℃环境中，乙瓶置于4℃冰箱中，形成以温度为变量的对照实验，连续7 d。

1.3 标记 当天课前进行接种，记为D0，培养1 h 后进行实验。之前接种进行培养的菌液依次记为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7（第1 天培养的菌液为D7）。

2 课堂实验教学改进

2.1 学生分组与分工 全班学生（以48 人计算）分为甲、乙2 个大组，每个大组有8 个小组，每个小组成员3 人，2 人观察，1 人统计数据，取2 人计数的平均数，保证了数据的准确性。每个小组只负责某一天对应菌液的取样、制片和计数。8 个小组完成8 天的取样和计数工作（表1）。

2.2 取样与镜检计数 先将试管中的菌液振荡摇匀，在清洁干燥的血球计数板上盖上盖玻片，用移液器吸取酵母菌液在盖玻片边缘滴一小滴，让菌液沿缝隙自行进入计数室（毛细作用）。滴加亚甲基蓝染液，用吸水纸吸去多余的液体。静置5 min。将血球计数板置于显微镜载物台上，先用低倍镜找到计数室所在位置，然后换成高倍镜进行观察。如果菌液密度过大（每个小方格超过10 个菌体）则需要将样品稀释后计数；如果密度过小（每个中方格少于10 个菌体），则需要计整个大方格中所有的菌体数。建议用中间的25 个中方格进行计数。每个计数室选左上、右上、左下、右下4 个角和中央的中方格中的菌体进行计数，数据填写于表1中，1 个小组学生得到2 组数据取平均值［2］。计数时注意，位于格线上的菌体只计数上边线和左边线上的。如果遇酵母出芽，芽体大小达到母细胞的1／2 时，即作2 个菌体计数。

表1 实验分工与数据整理表

3 统计数据，构建数学模型

3.1 计算菌液密度 统计位置不同有2 种计算方法。方法1：菌液密度（个／mL）=（左上+右上+左下+右下+中间）÷80×400×104×稀释倍数=（左上+右上+左下+右下+中间）×5×104×稀释倍数；如果以4 个大的中方格进行计算，只需统计左上、右上、左下、右下4 个中方格的数据即可计算出菌液密度。方法2：菌液密度=（左上+右上+左下+右下）÷100×400×104×稀释倍数=（左上+右上+左下+右下）×4×104×稀释倍数。本实验由于酵母菌较小，建议采用第1 种方法计算。据计数室厚度为0.1 mm，因此除以体积。

3.2 建立数学模型 每个小组计算出平均数据后，教师立即用Excel 表格录入2 个大组的8 个数据，现场在教学机上转换成折线图（图1），显示在多媒体上。

3.3 分析种群增长曲线 由图1可知，甲组酵母菌种群增长为“J”型曲线，说明在2%的葡萄糖溶液中，26℃培养温度下，酵母菌生长良好。通过曲线图可以看出，在适宜的温度下，甲组酵母菌的生长速度从D0 到D2 较快，D3 之后生长速度减慢，D4 和D5 生长速度恢复，D6 之后酵母菌生长速度非常快。而乙组酵母菌种群增长为“S”型曲线，种群在4℃温度下，经过一定时间的增长后，在第4天达到最大值，然后数量减少，第7 天又上升的状态。与马会放［3］的研究相比，本实验结果说明，在4℃温度下，酵母菌并没有处于停止生长的状态，而是生长速度相对较慢。由图2的对数图，可以看出酵母菌数量整体呈现上升的趋势。

4 实验改进的优点

4.1 改进后的实验方案，易于在实际课堂中操作原实验要求每天都计数，时间上不允许。改进后实验任务分配给不同的小组，每个小组有2 个人同时计数，取2 个人计数的平均值。既节约了时间，也提升了效率。2 个大组又形成以温度为变量的对照实验。课堂上人人参与实验，为本节高效的实验课打下基础。与教材中提供的探究方案对比，本方案的优点更加突出，并能规避原方案的不足。

4.2 统计方法的规范化使得过程、结果和可重复性更科学可靠 血球计数板的计数是本实验的难点。由于1 个计数室中含16 格中方格的大方格有4 个，而且酵母菌较小，为了避免学生计算出错，直接要求学生选择25 格的中方格进行计数，用5点法进行统计。选用方案1 计算菌液密度。对于压线和出芽的酵母菌也做了相应的规定，增加了实验数据的准确性和可重复性，减小了实验误差。

4.3 分析实验数据构建数学模型，帮助学生解决实际问题 通过实验数据的收集，分析数据，利用Excel 表格构建数学模型曲线，让数学公式可视化（图1）。在课堂上当堂可见，对于学生分析实验数据和解决生活中的实际问题大有益处，从而理解生物的种群数量增长是有多种形式的，影响种群数量的因素也是多方面的。这种思维方式对学生形成生物学学科核心素养中的科学思维很有帮助。感兴趣的学生还可在课后观察并记录某种生物种群数量的变化，以及影响其变化的因素。

5 小结

本实验能在一节课内高效完成，需要提前分工，确定每个小组每个人的任务。实验方案改进后，把8 d 统计的工作放在一节课内进行，需要教师在课前做好细致的准备工作。课代表协助教师收集各小组的最终数据，统计后完成数据建模。实际课堂中，学生的动手能力有强弱，态度也有差别，数据可能没有教师实验时精准。本实验让2 个人计数，取平均值，有效地减少了人为因素引起的实验误差。通过改进后的实验方案，使学生在课堂上能完整体验酵母菌种群数量在8 d 中的变化情况。学会用血球计数板计数，计算种群密度，并用实验数据构建数学模型，有利于科学探究能力的提升。在同一班级组进行不同温度的对照实验，可以观察不同温度下酵母菌液种群增长量的不同。这些改进措施使本实验得以在一节课内成功地实施。