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【小学科技微项目式学习实践研究】温度对玻璃罐微型生态系统物质变化的影响——酸奶发酵探究实验
一、实验设计背景与学科结合
本实验依据鄂教版小学科学《物质的变化》《生态系统》 核心知识点设计，摒弃专业发酵罐，采用家用普通玻璃罐作为唯一发酵容器，操作简易、材料易得、安全性高，适合小学生动手实操。
酸奶发酵过程中，牛奶的成分、状态、味道发生不可逆变化，属于化学变化，区别于融化、蒸发等物理变化，可直观帮助学生区分两种物质变化类型。
玻璃罐内形成微型封闭生态系统，乳酸菌作为核心微生物，在适宜环境中生长、繁殖、代谢，消耗牛奶中的营养物质，排出代谢产物，存在生物与环境的相互作用、生态平衡现象，贴合生态系统的组成与运作原理。
二、实验探究主题
探究不同发酵温度对玻璃罐自制酸奶发酵效果的影响，观察物质变化规律，理解微型生态系统的运作条件。
三、实验器材
（全部家用简易材料，无专业设备）
3个同款干净无异味耐高温玻璃罐（200-300ml，带密封盖，替代专业发酵罐）
纯牛奶（无添加剂、无蔗糖）、原味无糖酸奶（含活性乳酸菌，作为菌种）
电子温度计（家用）、开水、保温盒、冰箱、温水盆
实验记录表、签字笔
四、前期调查研究
（课前探究，贴合课本知识）
查阅课本可知，物质变化分为物理变化和化学变化。物理变化仅改变形状、状态、大小，没有新物质产生；化学变化会产生新物质，变化不可逆。初步猜想：牛奶变酸奶会产生新物质，属于化学变化。
小型封闭生态系统需要生物、非生物环境两大要素。本实验玻璃罐生态系统中，生物是乳酸菌（微生物），非生物环境是牛奶、温度、空气、水分，微生物的生存繁殖依赖适宜的环境条件。
1.酸奶发酵的核心菌种是活性乳酸菌，乳酸菌是微生物，适宜温和温度生存，高温会杀死菌种，低温会抑制菌种繁殖。
2.专业发酵罐的作用是恒温、无菌、密闭，普通玻璃罐密闭性良好，只要控制好温度、做好消毒，可完全替代发酵罐完成实验。
3.常规酸奶发酵适宜温度为35℃-42℃，温度过高、过低都会导致发酵失败。
发酵温度（低温、适宜温度、高温三组对比）
玻璃罐大小、牛奶用量、菌种用量、发酵时间、密封环境
酸奶凝固状态、口感、酸度、气味（物质变化效果）
五、详细实验制作方案
（无菌处理，避免杂菌干扰生态系统）1. 取3个玻璃罐，用沸水充分烫洗消毒，沥干水分，保证罐内无生水、无杂菌，防止杂菌破坏乳酸菌微型生态平衡。
2. 将玻璃罐自然放凉至室温，备用。
（统一标准，保证实验公平）1. 每个玻璃罐中倒入100ml常温纯牛奶。
2. 每个罐中加入10ml原味活性酸奶（菌种），用干净勺子轻轻搅拌均匀，使菌种与牛奶充分融合。
3. 三个玻璃罐全部拧紧盖子，完全密封，形成独立的封闭微型生态系统。
（三组对照实验） 设置三组不同温度环境，发酵时间统一为10小时：
1. 第一组：低温组（5℃左右）：将玻璃罐放入冰箱冷藏层恒温放置。
2. 第二组：适宜温度组（35℃左右）：常温避光保存。 3. 第三组：高温组（55℃左右）：将玻璃罐放置在温水盆里，稳定维持55℃。
10小时后，同时取出三个玻璃罐，静置冷却至室温，逐一观察、检测、记录实验现象。
六、实验观察与温度对比记录
（结合两大课本知识点）
状态（液态/半凝固/完全凝固）、颜色、气味、口感、是否产生新物质、变化是否可逆。
乳酸菌繁殖情况（通过酸奶成型判断）、环境温度对微生物生存的影响、生态系统稳定与否。
七、实验总结（课本知识点升华）
本次酸奶发酵是典型的不可逆化学变化。牛奶原本的蛋白质、乳糖在乳酸菌作用下，生成乳酸、凝固型乳蛋白等新物质，牛奶的状态、味道、性质彻底改变，无法变回原本的纯牛奶，区别于水结冰、玻璃破碎等可逆物理变化。温度会直接影响化学变化的速度和效果，适宜温度下化学反应充分，温度异常则反应缓慢或异常。
密封玻璃罐构成了微型人工封闭生态系统：非生物环境（牛奶、水分、温度、密闭空间）为生物（乳酸菌）提供生存、营养条件；乳酸菌作为生态系统中的分解者，利用牛奶营养代谢生长，完成生态循环。
生态系统的稳定依赖适宜的环境条件，温度是关键限制因素：温度适宜，生物正常繁殖代谢，生态平衡稳定；温度过低，生物生命活动停滞；温度过高，生物死亡，生态系统彻底失衡。
八、实验安全与注意事项
1.玻璃罐高温消毒、温水控温时，轻拿轻放，防止玻璃破裂烫伤。
2. 全程保证工具干净无菌，实验发酵后的酸奶仅用于观察，不可食用。
3. 三组实验必须保证时间、配比、密封状态一致，确保对照实验结果准确。
4. 温度调控尽量稳定，避免频繁波动，影响实验效果。 通过本次玻璃罐酸奶发酵实验收获很大。在动手操作中，学生可以直观认识物质的化学变化不可逆，区分了物理变化与化学变化。同时懂得了玻璃罐内是微型生态系统，温度会影响乳酸菌生长繁殖。通过温度对比实验，学会了对照探究方法，提升了观察和总结能力，深刻体会到科学实验严谨有趣。
文字|董锦希
排版|乾华高
终审|王绍琴 卞丽军