酵母细胞的固定化.doc

“酵母细胞的固定化”实验的改进教学设计 1教学指导理论：随着新一轮基础教育课程改革的不断深入，生物探究成为贯穿整个高中生物新课程的重要内容。在生物课程标准（实验）中明确提出“倡导探究性学习，力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，重在培养创新精神和实践能力。”因此，生物探究是高中生物课程引入的一种新的学习方式，有助于学生初步了解生物科学概念和结论产生的过程，是学生认识生命世界、学习生物课程的有效方法之一。2. 教学背景分析：酵母细胞固定化实验是人民教育出版社高中生物选修1生物技术实践模块中的课题。本课题重在培养学生设计实验，动手操作，收集证据等科学操作的能力。教师在指导学生实验时要鼓励学生大胆创新，改进教材中实验操作，在“做”中“学”。 (1) 教学目标（一）知识与技能1、识记固定化技术的常用方法2、理解固定化酵母细胞的制备过程（二）过程与方法1、固定化细胞技术2、制备固定化酵母细胞的过程（三）情感、态度与价值观通过固定化技术的发展过程，培养科学探究精神，同时领会研究的科学方法(2) 学情分析：高二学生的基础知识比较扎实，学习的自觉性和主动性较高，对生物课程的学习，他们也有着浓厚的兴趣，抽象思维能力和综合思维能力较强。在本课题中，学生将动手制备固定化酵母细胞，体会固定化技术的操作过程。这样可以培养学生的动手操作能力和团队合作精神。(3) 教学模式：启发式教学、自主探究式学习和合作学习模式相结合(4) 课程资源：实验视频、实验所用的材料用具(5)教学难点突破方法，教学创新的价值在教学中，我先利用课题背景提供的素材，联系生产实践和学生已有的认识，引导学生认识到：科学知识既来源于科学实验，也来源于生产生活实践，知识的学习应该与生产实践相联系；人们在生产实践中所发现的问题能够促进科学技术的发展。传统的实验课程序按照“学生预习教师简要讲解或示范学生操作教师讲评”进行生物实验课的教学，由于很多学生对实验重要性认识不够，没有预习，教师讲解、示范时不认真听和观察，因而不知如何操作，这样当然也就达不到实验目的，实验效果差，久而久之，实验室就成了部分学生休息、玩耍的场所。在本课题的教学中我所用的教学程序是，先给学生播放该实验的录像，再讲解教材中的实验内容，这样不仅起到了督促预习的作用，还明确了那些是正确的操作，那些是错误的操作，从而在操作中减少了错误，提高了实验的成功率。酵母细胞固定化实验是中学教师和学生从来都没有接触过的一个全新的实验课题。所以我在学生实验前就操作了几次，从实践中发现，保证实验成功要注意的方面。我通过多次实践发现，本课题流程清晰，实验仪器、材料、药品等课前准备时间短，便于学生重复实验。但如果完全照搬照抄教材的操作步骤，实验结果并不理想。所以我对该实验进行的一定的改进和创新，最终实验效果很好。改进情况如下：实验原理的补充：海藻酸钠是应用最广泛的水溶性海藻酸盐。海藻酸钠遇到钙离子可迅速发生离子交换生成凝胶。利用这种性质。将海藻酸钠溶液滴人含有钙离子的水溶液中可产生海藻酸钙胶球。本实验便是将酵母细胞与海藻酸钠溶液混匀后。通过注射器或相似的滴注器将上述混合液滴入CaCl2溶液中Ca2+从外部扩散进入海藻酸钠与细胞混合液珠内，使海藻酸钠转变为不溶于水的海藻酸钙凝胶，由此将酵母细胞包埋在其中。本课题教材中并未提及这一原理教师用书中也没有补充，教师不查资料就无法解释给学生。学生不知道实验原理，就不能理解实验各步骤的目的，比如实验最后一步为什么要将海藻酸钠与酵母细胞混合液滴到配制的CaCl2溶液中等。这样学生就难以掌握实验步骤。不利于学生自主实验的进行。本课题使用包埋法来固定细胞，即将微生物细胞均匀地埋在不溶于水的多孔性载体中。实验选用海藻酸钠作载体包埋酵母细胞。（一）制备固定化酵母细胞1、酵母细胞的活化教材介绍的方法活化酵母细胞需1小时左右，时间比较长，必须在课前由教师或学生准备好。能不能缩短活化所需时间甚至不活化就对酵母细胞进行固定呢？基于这一问题我对这一步骤进行了改进：根据酶的活性受温度影响的知识，想到酵母细胞的活化是否也受温度影响并有一个最适温度，在该温度下酵母细胞活化的时间最短，又根据酵母细胞的异化类型是兼性厌氧型，那么是在有氧条件还是在无氧的条件下活化快呢？经过优化组合不断实验，将配制的多杯酵母细胞混合液放在不同条件下活化，结果表明：在2830有氧环境中活化所需时间最短。另外，我对固定前的酵母细胞是否需要活化进行了探究实验：将两组酵母细胞（其中一组进行活化，另一组未经活化）制备成固定化酵母细胞分别转移到装有150ml质量分数为10%的葡萄糖溶液的锥形瓶中，密封后置于适宜环境中发酵24h，观察记录固定化酵母细胞的发酵情况。探究结果表明：酵母细胞在固定化前是否活化对酵母菌发酵的影响没有明显的差异，即在本实验中固定前的酵母细胞可以不进行活化。2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液（与教材相同）称取无水CaCl20.83g放入200ml的烧杯中，加入150ml蒸馏水，使其充分溶解，待用。3、配制海藻酸钠溶液3.1教材中溶解海藻酸钠用的是小火或者间断加热的方法，使用该方法的缺点是耗时长，操作繁琐，温度上升很快，学生很难控制火候，易出现焦糊的现象。联想到可溶性还原糖实验用的水浴加热的方法。具体改进过程为：将海藻酸钠加入烧杯后，放入80的水浴锅中，用玻璃棒连续搅拌至海藻酸钠完全溶解。结果表明：水浴加热的方法能在短时间内将海藻酸钠完全溶解，比小火间断加热的方法快了许多，由于受热均匀就不会出现焦糊的现象了。3.2水分的控制是配置海藻酸钠溶液的关键，将来凝胶珠的形状就与这步有关。教材中指出称取0.7g海藻酸钠放入50ml小烧杯中，加入10ml水，加热搅拌，最后定容至10ml。如按照教材的实验要求，在搅拌过程中没及时添加蒸馏水，造成海藻酸钠浓度过高，很难形成圆形的凝胶珠，结果呈蝌蚪状。如按照以下程序操作进行，效果很好，凝胶珠是圆形的。 同样的原因，在使用注射器制作凝胶珠的过程中，后期出现了带尾巴的凝胶珠，是因为海藻酸钠溶液暴露在空气中时间越长，水分蒸发的越多，造成海藻酸钠浓度过高，形成蝌蚪状的凝胶珠。解决的办法是：根据小烧杯中剩余海藻酸钠的量，添加适宜的蒸馏水并搅拌后， 再吸到注射器针管中。4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合（与教材相同） 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温（用手试，不烫手），加入以活化的酵母细胞，充分搅拌至混合均匀，再转移至注射器中。5、固定化酵母细胞器材的改进。由于学校实验室没有足够的注射器供实验使用，我们只得寻找代替品，开始想用胶头滴管，使用方法与注射器相同，但实践后发现胶头滴管使用以后里面粘了很多的混合液，很难清洁。后来就直接用玻璃棒蘸取混合液让其自然滴下（如图所示），效果同样很理想，只是速度稍慢一点。（二）用固定化酵母细胞发酵1、凝胶珠的冲洗 可以用捞金鱼的网兜，经消毒后，将浸泡在CaCl2溶液中的凝胶珠用小鱼网过滤后，直接用蒸馏水冲洗很方便。2、按教材发酵所用的容器是锥形瓶，如果由同学们带回教室或者寝室有打碎锥形瓶的危险，让学生回实验室观察又奔波费时。所以让学生自带饮料瓶或者玻璃罐，然后将发酵液带回去培养，既达到了实验的目的，又增强了同学们的环保意识。(6) 课后反思：通过对酵母细胞固定化实验的改进的探究，倡导了新课程标准的理念，培养了学生各方面的能力，特别是批判思维的能力，分析和解决问题的能力