探究酵母菌细胞呼吸方式的实验改进
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探究酵母菌细胞呼吸方式的实验改进
陆 奇 蒋选荣 万晓安 (江苏省扬州市新华中学 225009)
“探究酵母菌细胞呼吸方式”是普通高中实验教科书中的一个探究实验,学生通过探究活动的实施,可以明确细胞呼吸存在不同的方式,不同的细胞呼吸方式的条件、产物也不同。如何设计科学、简便、可行的实验方案和装置本身就是学生进行科学探究的内容,
学生在探究过程中,对教材参考资料中的实验设计、装置提出了不同的方案和改进措施。
笔者将学生改进后的实验方案、装置进行了归纳,小结如下。
1 图1 探究酵母菌细胞呼吸的装置图(自人教版改编)
A1有氧呼吸装置图B1无氧呼吸装置图C1增设的对照实验
本实验要通过探究实验比较不同条件下酵母菌细胞呼吸的产物。而在有氧条件和无氧条件下,酵母菌都会通过细胞呼吸产生CO2,只是有氧呼吸产生大量的CO2,无氧呼吸只产生少量的CO2。学生通过教材参考资料的实验设计,如图1中甲、乙两瓶中澄清石灰水中的混浊程度得以上结论,这一设计存在着不足。由于无氧呼吸装置图(图1-B)的乙瓶连通着空气,没有排除空气中CO2对澄清石灰水影响,所以乙瓶中出现混浊并不能说明无氧条件下酵母菌也能产生CO2。为了排除空气中CO2的干扰,得出无氧呼吸也能产生章操作的,即多为“验证式”学习。有的实验能不能改为学生自己设计、并按自己的设计方案进行实验,即变“验证性学习”为“探究性学习”呢?应该是可以的。比如,在“温度对酶活性的影响”实验中,可以采取以下几种做法:
一是学生自行设计实验方案,并按照自己设计的方案进行实验。学生在之前有探索酶的专一性和高效性的实验经历和基础,了解设计探究酶特性实验的基本方法,这样做是有可能性的。其意义在于,除设计思路必须正确外,用于指导实验操作的实验设计要求极为周密、严谨,某些细节稍有错误或不够具体,即不能完成实验、得出正确结论。这就要求学生认真、细致地思考,做出可行方案。而一旦无法完成实验,查找原因和改进方案的过程也是一个学习过程。可能遇到的问题是,学生的设计方案五花八门,其中有不少是做不成功的,需要教师花较多的时间去一一点评和指导。
二是学生自行设计实验方案,经教师审阅批改或
CO2的结论,必须增设如图(图1-C)的对照实验,此
对照实验中B’瓶中只加入了等量的葡萄糖培养液,而未接种酵母菌。改进后三种实验装置中的澄清石灰水的混浊度为:甲﹥乙﹥丙,由于乙瓶中混浊程度大于丙瓶,可以得出结论:无氧条件下酵母菌也能产生CO2。
2 可以使用油脂层使酵母菌进行无氧呼吸
图1-B中无氧呼吸装置中,B瓶中有残留的空气,教材的实验步骤中要求B瓶封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的乙瓶,目的是先让B瓶中的
对照课本修正后再进行实验。相对于前一种做法,这种做法能减小学生问题“离散”、教学时间有限的矛盾,并且有更多的学生能亲自获得正确的实验结果。
三是指导学生改动或增加某些实验环节。比如,指导学生完成补充实验:检验“沸水”处理的实验组中是否有淀粉存在;检验该实验组中是否发生了碘“升华”;检验该实验组中是否发生了复合物遇热分解。
四是让不同的学生以不同的方式完成实验。比如,将全班学生分成几个大组,分别为:按课本原方案进行实验、自行设计实验方案、按照教师所给方案进行补充实验。各组分别同时进行,最后全班共同观察实验结果、共同分析讨论,得出实验结论。
变“验证式”为“探究式”,不一定是整个实验方案、整个实验过程,可以是其中的某些环节,可以局部地增加探究成分,但是,让学生用探究的思维去学习,对学生的思维发展是具有积极意义的。
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酵母菌先进行有氧呼吸消耗掉B瓶中的氧气,保证B瓶中酵母菌进行无氧呼吸。
但是实际操作中,难以确定在何时B瓶中的氧气已经消耗完了,为了使无关变量一致,有氧呼吸装置图
(图1-A)中A瓶也应做相同的处理,但当A瓶静置
(必修一)第4章苏教版普通高中《分子与细胞》
第3节“影响酵母菌无氧呼吸的因素”中提供了一个装置图(如图2),其中A装置是无氧呼吸装置图,B装置是有氧呼吸装置图。用此套装置来探究酵母菌的细胞呼吸方式及其产物,A装置中是用油脂层来控制无氧条件,无需考虑试管上部分的空气,通过检测酒精的生成,A装置中酵母菌培养液能使酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色,说明A装置能为酵母菌提供较好的无氧条件。因此,创造无氧条,。置,,因此,此套实3
实验装置的改进
时,A瓶中部分酵母菌会进行无氧呼吸。
因此,图1-B中控制无氧条件的方法在实际操作
中有不足之处。
图2 (苏教版)
图3 改进后的酵母菌细胞呼吸的装置图
通过参考和分析人教版和苏教版两套教材,结合实验操作,我们将酵母菌细胞呼吸装置图进行了改进
(图3),改进后的装置实验效果良好。
~240mL溶液,改进后各试管只需要加入10mL左右的溶液即可;④玻璃导管间用乳胶管相连,便于装置的转移,甚至可以对有氧呼吸中的酵母菌培养液进行震荡处理。
4 装置改进后的实验效果
与人教版教材中的装置相比,改进的装置有如下优点:①利用油脂层创造无氧条件,排除了培养液上方空气对实验的影响;②考虑了空气中CO2的干扰,增加了对照实验;③缩小了实验装置的体积,节约试剂,适于分组实验。改进前的装置中三角瓶中需要加入200
学生利用改进后的装置进行探究实验,与改进前的装置相比,实验效果更好(表1)。
5 实验注意事项
改进后的装置
有氧呼吸无氧呼吸
+++
+++++
表1 装置改进前后的产物检测情况比较
产物检测
CO2的检测
改进前的装置(教材的参考装置)有氧呼吸无氧呼吸
+++++无对照实验,学生难以得出无氧呼
吸也产生少量CO的结论
++
对照
+
酒精的检测
注:“+”表示效果明显程度
通过实验实施,我们发现,要想取得实验成功,还要注意两个注意事项:①实验前必须进行装置的气密性检验,部分学生探究失败的原因就是装置的气密性不严,导致细胞呼吸产生的CO2不能全部通入澄清石
灰水中;②不同的酵母菌材料其活性不一样,实验前应做预实验以确定酵母菌的适宜用量。使用高活性酵母粉,如按人教版教材中的参考用量使用,装置中将产生过量泡沫,发生装置污染。