鵝頸瓶實驗驗證及改進探析

年玉娟

摘 要 敘述了對巴斯德“鵝頸瓶”實驗的驗證與改進，實驗現(xiàn)象證明了“鵝頸瓶”實驗的真實性與科學(xué)性，改進措施也具有較強的可行性。

關(guān)鍵詞 “鵝頸瓶”實驗 研究性實驗 驗證 改進

中圖分類號 G633.91 文獻標(biāo)志碼 B

1 研究背景

生物是一門實驗性很強的科學(xué)。實驗是培養(yǎng)和開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要方法與手段。一次成功的實驗可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，強化課堂教學(xué)效果，增強學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教材中提供了大量的實驗資源，供師生利用。其中，人教版生物教材第五單元第四章第二節(jié)“細(xì)菌”中，介紹了巴斯德的“鵝頸瓶”實驗，基本過程如下：

鵝頸瓶實驗是假設(shè)微生物的移動，需要依靠鞭毛或其它結(jié)構(gòu)，并且需要在液體介質(zhì)中才能移動。

巴斯德把肉湯灌進兩個燒瓶：第一個燒瓶是直頸燒瓶;而第二個燒瓶的瓶頸彎曲如鵝頸。然后把肉湯煮沸、冷卻。兩個瓶子都能與空氣相通。很快，第一個燒瓶里就出現(xiàn)了混濁，第二個燒瓶里卻沒有。他把第二個瓶子繼續(xù)放下去：直至三年后，鵝頸瓶里的肉湯仍然清澈透明，沒有變臭。由此巴斯德用實驗證據(jù)推翻了“自然發(fā)生說”，創(chuàng)立了“生生說”，認(rèn)為細(xì)菌是由原來存在的細(xì)菌產(chǎn)生的。

學(xué)生對這個實驗資料表現(xiàn)出濃厚的興趣，但是也有一些疑問：“空氣可以進入鵝頸瓶，空氣中有細(xì)菌，也可以進入，瓶子里的肉湯真的不會壞嗎？”“就算是細(xì)菌無法運動到鵝頸瓶中，但肉湯里會有細(xì)菌或芽孢的存在”（消滅芽孢所要求的高溫高壓121℃，103.4 kPa），肉湯本身的細(xì)菌沒能被完全消滅，冷卻后會大量繁殖。巴斯德的“鵝頸瓶”實驗真的會如史料所傳，一直沒有微生物的繁殖嗎？為了解決這些疑問，筆者開展了驗證實驗。

2 研究的基本思路

研究的基本思路為：驗證—改進—推廣。

3 驗證實驗

3.1 實驗準(zhǔn)備

制訂實驗計劃、設(shè)想實驗步驟、準(zhǔn)備實驗用品、確定實驗時間、進行組員分工。

3.2 確定驗證方案

為了保證實驗的科學(xué)性與合理性，此驗證實驗用了巴斯德鵝頸瓶實驗相同的實驗材料和方法，即將肉湯灌裝到同樣容量的直頸燒瓶和鵝頸瓶內(nèi)，形成對照實驗。實驗的變量是有無微生物進入瓶內(nèi)。煮沸兩燒瓶，保持15 min沸騰時間，然后靜置觀察，每天記錄現(xiàn)象并拍照。

3.3 驗證實驗現(xiàn)象與結(jié)論

3.3.1 實驗現(xiàn)象

60 d后觀察兩個瓶內(nèi)的肉湯：鵝頸瓶中的肉湯保持澄清，無明顯臭味，未出現(xiàn)菌落;直頸瓶中的肉湯混濁變色，有臭味，表面出現(xiàn)菌落。此現(xiàn)象與巴斯德的實驗現(xiàn)象吻合，解答了以下疑問：

（1） 微生物在沒有介質(zhì)的情況下不能向高處運動，無法通過鵝頸瓶的曲頸進入肉湯，在空氣與瓶相通時，瓶內(nèi)也能形成無菌環(huán)境。

（2） 煮沸時，大量的水蒸汽要通過狹窄的瓶頸噴出，這樣，瓶內(nèi)形成高壓高溫環(huán)境，從而達到消滅芽孢以徹底滅菌的效果。

3.3.2 實驗反思

巴斯德實驗的周期是3年，而目前的實驗周期是60 d，是否存在：短期內(nèi)無菌，長期仍有微生物繁殖的情況呢？

3.3.3 問題解決

（1） 將鵝頸瓶中的肉湯取出，做接種培養(yǎng)，如果培養(yǎng)基上沒有出現(xiàn)菌落，則可證明鵝頸瓶中的肉湯中確實沒有微生物。

（2） 改進此實驗，向?qū)W生展示實驗現(xiàn)象的同時，延續(xù)實驗時間，以增強實驗的說服力。

4 改進實驗

4.1 確定改進方案

初步確立的將肉湯取出進行接種培養(yǎng)的實驗被否決，原因是：肉湯取出時極有可能感染微生物導(dǎo)致實驗失敗;因此，采用更有效的方法：逆向思維——將瓊脂培養(yǎng)基裝入另外一組直頸瓶與鵝頸瓶，如果有微生物的生長繁殖，會以菌落的形式表現(xiàn)出來。

4.2 開展改進實驗

瓊脂是一種煮沸冷卻后凝為固態(tài)的物質(zhì)，瓊脂培養(yǎng)基除了瓊脂這一主要成分外，還添加了微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)：牛肉膏、蛋白胨、氯化鈉等，是研究微生物學(xué)常用的實驗藥品。本實驗選擇用瓊脂培養(yǎng)基代替肉湯，裝入直頸瓶與鵝頸瓶，同時加熱15 min后靜置培養(yǎng)。

4.3 實驗現(xiàn)象

經(jīng)過60 d的靜置。

直頸瓶中出現(xiàn)較多菌落，而鵝頸瓶中沒有菌落。這樣可以確定：煮沸過程對培養(yǎng)基進行有效滅菌;鵝頸阻擋外界的微生物的進入，使瓶內(nèi)形成了持續(xù)穩(wěn)定的無菌環(huán)境。

5 成果總結(jié)

（1） 本驗證實驗證明了巴斯德“鵝頸瓶”實驗的真實性，重現(xiàn)經(jīng)典實驗，也解決了師生在教與學(xué)中遇到的疑問;同時，為學(xué)生提供比教材更形象可信的視覺資料，為一線生物教師將此實驗帶入課堂提供了有價值的參考。

（2） 生物教學(xué)不僅要提高學(xué)生的知識與能力，還要對學(xué)生進行情感態(tài)度和價值觀的滲透，注重介紹科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同嚴(yán)謹(jǐn)、開放、重實踐、重依據(jù)的科學(xué)精神。體驗科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過程比僅僅資料介紹和教師講解更有說服力，也可讓學(xué)生切身感受科學(xué)精神和魅力。

6 改進措施可行性分析

實驗改進增強了實驗的便利性、可觀察性，有利于“鵝頸瓶”實驗的推廣。

6.1 高效低耗

用瓊脂培養(yǎng)基代替肉湯，濃度易于控制、避免浪費、同樣體積的肉湯與培養(yǎng)基相比，瓊脂培養(yǎng)基成本較低。

6.2 增加便利性

瓊脂培養(yǎng)基可以由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)，與肉湯的流動性相比，便于操作和保持瓶內(nèi)培養(yǎng)基的穩(wěn)定性，能達到延長觀察時間的目的。

6.3 提高直觀性

瓊脂培養(yǎng)基表面的菌落豐富清晰，呈現(xiàn)出比肉湯更明顯的實驗現(xiàn)象。

6.4 多方位服務(wù)

教師可將本實驗與第一節(jié)“細(xì)菌和真菌的分布”結(jié)合起來，達成多個教學(xué)目標(biāo)：說出細(xì)菌和真菌的分布特點;嘗試采用細(xì)菌和真菌培養(yǎng)的一般方法，進行“檢測不同環(huán)境中的細(xì)菌和真菌”的探究活動?！谤Z頸瓶”實驗現(xiàn)象可呈現(xiàn)出菌落的形態(tài)顏色，幫助學(xué)生比較得出細(xì)菌、真菌菌落的區(qū)別，同時促成學(xué)生認(rèn)識到：細(xì)菌和真菌個體微小，廣泛分布于空氣中。

第二節(jié)的“檢測不同環(huán)境中的細(xì)菌和真菌”探究活動的前期準(zhǔn)備步驟有：配制培養(yǎng)基、高溫滅菌并冷卻、接種、觀察。由于所需實驗周期較長，故學(xué)校很少開展此探究活動，如果將“鵝頸瓶”實驗引入課堂，不管以演示實驗還是教學(xué)實驗，都是探究活動的升級版本。這樣結(jié)合實驗可減少實驗時間與材料浪費，服務(wù)于兩節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，也體現(xiàn)了生物實驗教學(xué)的高效。