摘要:在高中生物教材中,不管是必修还是选修,多次出现酵母菌的身影,成为各级各类考试的常客。本文旨在高三复习中基于生物学科核心素养,结合思维导图,理清有关酵母菌知识的考点和内在联系,帮助学生更好的理解相关问题,提升解题能力。
关键词:思维导图 酵母菌 高三复习
思维导图,英国学者东尼·博赞提出的一种用于帮助记忆、表达发散性思维的可视化工具,它有点类似于生物模型中的概念图模型,把主题关键词与线条、图像等建立记忆链接,并由此向外扩展形成另外一个主题,再依次向外发散,就好比人体大脑中的神经元,通过突触与其他神经元互相连接,呈现出放射性立体结构,从而在一定程度上提高了人的思维能力和理解记忆能力。
1.教材分析
在考试说明中“酵母菌”主要涉及2个b级考点和2个c级考点,近几年各地高考题中酵母菌屡次被考查到,考查重难点主要是酵母菌新陈代谢类型以及在实际生产生活中的应用。与前者相关的实验包括酵母菌呼吸方式以及种群数量变化,后者则主要与制作果酒果醋、固定化技术有关。在高三复习课中利用思维导图以酵母菌为关键词建立内在联系,进行纵、横向整合,帮助学生建立完整的知识网络体系,提高复习课的效率。
2.酵母菌的背景介绍
酵母菌在生物分类中属于真菌,单细胞,真核生物,有以核膜为界限的细胞核,主要通过出芽方式繁殖。从代谢类型来看,酵母菌属于异养生物,兼性厌氧型,即有氧条件下进行有氧呼吸,产物为H2O和CO2;若无氧气时进行无氧呼吸,最终产物为酒精和CO2。大多数酵母菌喜富含糖类的环境,其菌落特征与细菌比较相似,表现为菌落表面湿润、粘稠、光滑,颜色来说乳白色居多,少数红色,偶尔出现黑色。此外,酵母菌还常常作为基因工程中导入基因表达载体的受体细胞。
3.教学过程
教师提供《舌尖上的中国》有关米酒制作的视频片段,提出问题:片中的美食与哪种微生物密切相关?你还知道我们周围的哪些食物与此生物有关?通过播放视频比较直观引出主题,通过系列问题串的形式提出问题,引起学生们学习的兴趣。结合学生的回答,教师利用课件展示“酵母菌专题”粗略思维导图框架。
3.1酵母菌细胞结构
酵母菌是单细胞真菌,与乳酸菌(细菌)相比有真正的细胞核和众多的细胞器;与植物细胞相比,虽然最外层都有细胞壁,但组成成分截然不同。教师可通过以下问题引导学生归纳并构建知识体系,利用课件展示“酵母菌的结构”思维导图。
(1)酿果酒、果醋和制作酸奶时运用的微生物分别是什么?这些微生物在细胞结构上的主要区别是什么?
(2)生产人的胰岛素,受体细胞选择酵母菌还是大肠杆菌?
(3)去除酵母菌的细胞壁,能否用纤维素酶?
3.2酵母菌在细胞代谢方面和发酵工程方面的应用
酵母菌在有氧和无氧条件下都能存活,它容易生长,不管是自然环境中,还是动植物体表体内到处可见酵母菌的踪迹。酵母菌在不同条件下细胞呼吸产物略有不同,据此可以通过比较鉴定产生的产物来研究酵母菌细胞呼吸的类型。教师设计如下问题:
(1)酵母菌有氧和无氧呼吸的过程、发生场所分别是怎样的?
(2)分别从原料、产物、能量和酶等方面比较酵母菌有氧和无氧呼吸的相同点及不同点。
(3)酵母菌细胞呼吸过程中产生的产物如CO2和酒精等,如何进行检测和鉴定?
(4)尝试利用身边简单可得的材料,设计完善实验装置,完成实验。
教师结合高考例题的讲解,可以使学生很好的掌握这部分内容。同时我们还发现,酵母菌无氧呼吸时可产生大量酒精,生活中我们就是利用这一点来进行果酒的制作。我们可以利用附着在水果皮上(葡萄皮)的野生型酵母菌尝试自制果酒果醋,在本知识点中同样可以提出以下问题并结合高考题进行复习:
(1)果酒制作的流程及其注意点分别是什么?
(2)制作果酒时往往先通入空气然后再密闭的原因是什么?
(3)如何来检测过程中是否有酒精的产生?
(4)果酒为什么会变酸?
教师要求学生分组讨论并请代表发言,教师可在过程中进行适当点拨补充,最后利用课件展示“酵母菌代谢”思维导图。
3.3酵母菌在种群数量变化方面的应用
制作果酒时一般先通入空气,然后再密闭,前者酵母菌进行有氧呼吸且生长较快,增加数量;而后在密闭状态下进行无氧呼吸,产生酒精。酵母菌在液体培养基(培养液)中可大量增殖,这时教师就可顺势引出“培养液中酵母菌的种群数量变化”的相关复习,主要和学生强调总结以下问题:
(1)构建酵母菌种群增长模型,探究培养液中酵母菌数量如何变化?符合何种曲线?
(2)实验中对酵母菌计数需借助何种仪器?是否需要对照实验?是否需要重复实验?若视野中酵母菌数量过多,应采取何种措施?若酵母菌压在小方格界限上应如何计数?
(3)设计实验,探究营养物质、有害代谢产物、pH等对酵母菌种群数量变化的影响。
(4)显微镜下观察到血球计数室中酵母菌分布,如何换算成1mL培养液中酵母菌数量?
(5)血球计数板使用结束后清洗有哪些注意事项?
教师结合高考题引导学生归纳,并展示思维导图。
3.4酵母菌在微生物培养应用方面的应用
微生物培养专题在近几年的高考中频频出现,每一次都着重考查学生实验动手能力的培养。对于这部分内容,学生需要对书本基础的知识点熟练掌握,这样应对考试时才能以不变应万变。自然界中酵母菌种类繁多,分布广泛,大多以腐生为主,最适宜pH为4.5~6,常见于含糖量高的环境中。酵母菌的代谢活动会受到培养液pH的变化的影响,从而筛选出适合作白酒发酵生产用的菌种。另外,甲醇酵母—毕赤酵母,能利用当前化工产业的大宗副产物—甲醇作为碳源进行培养,通过基因工程生产更多饲料蛋白和药物等,实现酵母细胞工厂化。据此可以设计以下问题进行复习:
(1)如何分离出特殊目的菌株并对其扩大培养?
(2)在微生物培养过程中培养基如何制备?稀释涂布平板法和平板划线法的操作步骤需注意哪些事项?
微生物培养这块内容比较抽象,感觉离我们生活比较遥远,学生对这块内容的掌握也往往是一知半解,机械性的记忆偏多。在一轮复习中,教师在强化基本知识复习的同时,要善于对知识点进行归纳联系,让学生学会举一反三,触类旁通。学生对相关问题做出回答后,教师展示“微生物培养”思维导图。
3.5酵母菌在固定化细胞方面的应用
固定化细胞技术发展于固定化酶技术基础上,是用于获得细胞的酶和代谢产物的一种方法,与固定化酶相比,能催化一系列生化反应,可以连续发酵,提高细胞成活率,生产成本更低,操作更为简单。
固定化酵母细胞常采用海藻酸钠作为载体包埋固定酵母菌,研究发现,固定化酵母细胞与游离状态下的酵母菌相比,能提高发酵过程中菌体的重复使用率,降低经济成本。可设计下列问题:
(1)固定化技术的方法有哪些?各自适合对象是什么?
(2)固定化酵母细胞的流程及其注意点。
(3)如何对制备好的酵母细胞进行评价。
4.总结提升
教师在黑板上以简化思维导图形式构建酵母菌为核心的相关知识图解,突出本专题主干知识,帮助学生构建知识框架,找出内在联系,加强认知重组,促进理解记忆。
5.教学反思
长期以来,酵母菌被公认为生物界的明星微生物,不仅是因为它在教材知识点内容中出现的频繁,更是在新出现的考试题型中很多以它为材料,不断扩充着我们的见闻与眼界。传统的酵母菌专题复习中可能还是一个个实验知识点复习,本文善于以酵母菌为核心关键词,从它的结构出发,通过一系列的问题串,以思维导图的形式将几个考点穿插在一起,启发学生思维,既可复习相关知识点,又能对内容深度挖掘,课堂教学以学生为主,教师引导学生完成知识体系构建,提高学生综合分析利用知识的能力,达到提高课堂复习效率的效果。
参考文献:
1.例析思维导图与问题串相结合的复习教学——以“细胞膜—系统的边界”一节复习为例.申定健.中学生物学.2018(9)
2.思维导图在传感器技术教学中的应用
3.以“小球藻”为载体,构建高三专题复习设计.曹燕波、丁婷.中学生物学.2017(3)
4.“酵母菌种群数量大小的动态变化”探究教学设计.朱秀丽.生物学通报.2011(3)