基于思维建模的实验教学设计与实践——以“探究影响酵母菌种群数量变化的因素”为例

以高中生物学“探究影响酵母菌种群数量变化的因素”实验为例,构建基于思维建模的实验教学设计与实践,需要教师在综合利用多种数字化实验设备的基础上,开放性、多角度、科学地探究温度、溶解氧、营养条件、代谢产物等因素对酵母菌种群数量的影响,以期借此缩短实验周期,提高探究效率,进而培养学生的思维建模能力。

利用表现性评价促进学生掌握控制变量法——以“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验教学为例

教学“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验时,尝试利用表现性评价促进学生掌握控制变量法。在简单设计评价任务的基础上重点设计评价标准：（1）自变量的理解和操作是否准确;（2）因变量的理解和测量是否准确;（3）无关变量的控制是否严格。由此,设计关于控制变量的表现性评价诊断量表和发展量表,分别在实验中和实验后使用。通过反思,认识到：开展表现性评价需要做好“通”“小”“实”“久”四个方面。

玛咖芒果复合酒发酵动力学模型的建立

以玛咖和芒果为原料,榨汁后添加酵母菌进行发酵,酿制玛咖芒果复合酒。通过测定玛咖芒果复合酒中酵母菌的数量、酒精含量、总糖含量的变化,应用Logistic方程分别建立酵母菌数量、酒精含量和总糖含量变化的发酵动力学模型,并对该模型进行了模拟。结果表明,玛咖芒果复合酒酒液清澈透亮,具有醇香和果香气味,酵母菌数量、酒精含量随发酵时间呈上升趋势,总糖含量随发酵时间呈下降趋势,动力学模型的预测值与实验值的拟合度分别为0.947、0.978、0.998,能较好地反映玛咖芒果复合酒发酵过程的动力学特性。

传统绍兴黄酒酿造过程中酵母菌的动态监测

以绍兴黄酒大型生产企业加饭酒为样本,采用平板分离技术和26S r DNA D1/D2序列分析技术,对发酵醪液内酵母菌数量变化和种类组成进行动态监测。结果发现,在陶缸内进行前酵时醪液内酵母菌数量表现出"急升-稳定"的变化规律,在陶坛内进行后酵时醪液内酵母菌数量遵循"缓升-缓降"的发展特征;总的来看,头耙之后直至发酵结束的近90 d的生产周期中,醪液内酵母菌数量时有波动,生活酵母缓慢减少的总趋势未曾明显改变。绍兴加饭酒发酵醪液中存在的酵母菌均被鉴定为酿酒酵母。基于Clustal X软件进行实验菌株与模式菌株之间26S rDNA D1/D2序列的比对,醪液内酵母菌种类单一却并不单纯,加饭酒的传统生产工艺并不是纯种酿酒酵母的发酵过程,至少有3个株系酿酒酵母参与生产,其中第Ⅱ类株系可能在酿酒时发挥更加重要的作用。加饭酒是绍兴黄酒市场常见的大宗产品,跟踪整个绍兴加饭酒酿造周期,探讨发酵醪液内酵母菌变化规律,所得研究结果在传统绍兴黄酒酿造的酵母菌研究方面具有代表性;对参与黄酒生产的酵母菌进行分离鉴定并收集菌种资源,可以为最终揭示传统绍兴黄酒的酿造机理奠定基础。

“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验的创新

“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”在实际操作过程中存在较多困难，通过转变教学模式，创新计数方法和构建数学模型等方式，充分发挥学生的“主体”作用，激发学生的创新能力，降低实验难度，增加实验的可操作性。

那个身体能酿酒的人,被便便治好了

还记得我们在5月号杂志上提到的一种被称作“自动酿酒综合征”的疾病吗?由于体内光滑念珠菌的酵母菌数量异于常人,患者只要摄入碳水化合物,便容易在体内产生酒精,让他觉得“喝高了”。这种疾病容易对患者的肝脏造成极大损伤,严重时甚至危及生命。医生们开始尝试一种新的治疗办法——粪便菌群移植,通过引入正常的微生物群落来重置患者失调的肠道菌群。

从“种群数量的变化”看育人价值

高中生物学“种群数量的变化”一节内容包括种群数量的增长、波动和下降,以及探究酵母菌种群数量变化等。在准备这节课时,恰逢本地(大连)休渔期结束,于是笔者对本地休渔政策进行了采访。海产品销售人员说:“实行休渔政策之后,海产品的品种和数量有了很大的提升。”补渔网的渔民说:“现在对渔网网眼大小是有严格要求的。”