基于STEM理念的初中基礎型微生物實驗課程初探

王朝霞

摘 要：本文在STEM理念的基礎上主要對微生物實驗的基本概念、培養(yǎng)學生基本能力、培養(yǎng)學生實驗技術作簡要介紹。不僅培養(yǎng)了學生在學習過程中探究與實踐能力，提高學生的操作技能與學科知識，也為教學提供一種思路。

關鍵詞：初中;實驗課程;微生物

【中圖分類號】G【文獻標識碼】B【文章編號】1008-1216（2020）04B-0105-02

一、基本概念

通常情況下，活的細菌是微生物實驗研究對象，大部分是條件致病菌、病原菌或致病菌。所以在進行實驗時需要樹立無菌觀念，保證自身安全以后再進行實驗操作，為保障學生安全，大腸桿菌只作為初期教學實驗對象。此外，為了確保實驗結果的準確性，需要將環(huán)境中的雜菌進行排除，如在無菌條件下進行菌種接種、分離、培養(yǎng)基的分裝等操作。

沒有活的微生物的狀態(tài)即無菌?？梢圆捎脽o菌技術達到無菌狀態(tài)，其目的就是防止微生物污染。無菌技術需要特別關注以下幾點：

1.是需要使用無菌的操作臺、無菌的操作設備等，對工作臺進行過濾細菌、消毒措施。

2.是無菌環(huán)境。在進行實驗操作時大多數(shù)是在酒精燈無菌環(huán)境下開展。對于要求較高的實驗，需要配備專用工作臺。實驗室安全運轉的前提條件是無菌操作，為了避免污染事故與實驗室感染的情況發(fā)生，必須嚴格執(zhí)行、遵守無菌操作。

二、培養(yǎng)學生的基礎能力

以“培養(yǎng)基分裝技術”為例，每位學生在實驗開始前需要明確自身的任務，基于已學習的配置培養(yǎng)基的知識，進入無菌理念，利用高壓蒸汽進行滅菌操作。然后層層深入，通過提問的方式，讓學生深入學習無菌操作、無菌器具等知識，從而使學生學習并且認知無菌技術。另外，教師可先進行模擬實驗，再讓學生更直觀地學習需要注意的細節(jié)。在模擬實驗過程中，學生將錯誤的操作總結出來并且提出正確的操作方法以及尋找出其中的其他問題。在學生掌握了基本的操作要領過后，讓學生動手操作培養(yǎng)基分裝實驗，然后教師對學生的實驗作指導點評。在實驗操作結束后，學生對在實驗過程中所遇到的問題進行總結并分享實驗中獲得的心得。課堂教學時充分調動學生積極性，參與知識的應用過程中，逐漸讓學生掌握技能，秉承以學生為主的教學理念，課堂的主人是學生，教師則是學生學習過程中的引導者與組織者。

三、實驗操作與課題選擇

在眾多生物研究對象中，雞的生物學特征具有獨特性，其成為了研究的模式生物。有的學說提出恐龍的記憶基因存在于雞的脫氧核糖核酸中，這讓大多數(shù)學生產生了興趣。因為雞作為哺乳類與爬行類的中間物種，在學習生物遺傳學時，學生研究雞的胚胎發(fā)育是非常有必要的。此外，學生對生物的認知還可以通過胚胎可視化而所有提高。農田里的雞大多數(shù)學生都見過，但是卻很少有學生清楚雞蛋孵化。為了解決學生的這一疑惑，20名初一學生與2名教師開啟了“無殼雞蛋孵化”的課題。

（一）制備方法與實驗

研究材料是養(yǎng)殖場保種的40枚受精卵，自然受精、自由交配，具有致病菌少、成活率高、孵出率高的特點。在孵化兩天以后，是否受精可以通過有無血管和心跳判斷;實驗所需要用到的培養(yǎng)容器是透明注塑杯且口徑帶蓋加厚，杯蓋、杯身規(guī)格如圖1所示。使用電烙鐵在瓶口80毫米處烙出一個通氣孔，直徑在1.5厘米左右，用脫脂棉堵上洞口，這樣氣體過濾器就制作成功;為了實現(xiàn)提供氧氣，將直徑為2毫米的塑料軟管插入脫脂棉的中央，如圖2所示。本實驗不采用普通保鮮膜，而是選擇具有高透氧性、耐高溫、無毒性等特點的TPX微孔膜。

此實驗在無菌環(huán)境進行，所以應該盡力防止細菌滋生，可以加入40毫升0.01%氯烴基二甲基苯甲胺水溶液，起到殺菌、凈潔的作用。為了讓胚胎在凹陷薄膜中能更好的適應，模具可以選擇雞蛋，向下拉扯薄膜的邊緣，將薄膜制作成凹陷的形狀。胚胎的發(fā)育受薄膜的影響，薄的薄膜會有利于胚胎的發(fā)育。另外，需要注意薄膜收縮的問題，因其具有彈性與塑性。在培養(yǎng)容器內放置凹陷薄膜，通氣過濾孔應該略低于薄膜頂端。將周圍多余部分剪去后，利用橡皮筋將容器口邊緣與薄膜固定緊。

雞蛋殼能為胚胎發(fā)育提供所需要的鈣質，為了保證生長發(fā)育正常，可以加入250～300毫克的乳酸鈣。37.8攝氏度為雞蛋孵化的最佳溫度，但是胚胎內會因為溫度較高而蒸發(fā)掉一部分水份，為了避免在發(fā)育過程中水份不足，可以加入2.5毫升的蒸餾水在薄膜的凹陷位置。此外，影響實驗的因素還包括了轉蛋、通風情況、濕度等。在薄膜凹陷處如何完整地放置去殼雞蛋，是本實驗中的難點。在雞蛋的赤道面上用已經消毒好的解剖針開一個小口，然后通過小口用彎頭手術剪開一道口子，大約5厘米，在薄膜凹陷處，掰開卵殼，使其落入。若是胚胎不完整，則無法繼續(xù)發(fā)育或者發(fā)育畸形。最后，將牙簽消毒以后，在膜內側扎10個左右通氣孔，如圖3所示。

（二）實驗結果與設想

實證性、設計性、協(xié)作性、情景性、體驗性、跨學科即為STEM教育理念的核心，在進行實驗的過程中，教師可以更加深入地了解STEM教育理念。培養(yǎng)學生的興趣是教師的首要任務，而興趣是學生最好的老師，學生的科學素養(yǎng)就可以進一步提升。目前，學生的認知過程因教育的結構性缺失而帶來阻礙，如不對稱性的知識獲取。在網絡飛速發(fā)展的環(huán)境下，許多知識已經不能引起學生的興趣，而在操作實驗的過程中，學生會表現(xiàn)出活躍和好奇，只有“實驗”是生命科學的催化劑與靈魂。另外，有許多書本上看不到的知識，在進行實驗的過程中卻可以獲得，比如胚胎發(fā)育，能夠讓學生更好地提高對功能與結構相適應的理解。STEM教育理念通過實驗課程而更加的豐富，將數(shù)學、工程、技術、科學各個“鍵”更緊密的聯(lián)系在一起，將學科和知識的應用完美融合在一起，而并非生搬硬套。

（三）課題選擇

為了能夠促進學生勇于探索和創(chuàng)新的能力，可以開發(fā)出更多適合中學生適合研究的課題。課題應該具有實用性、創(chuàng)新性、科學性。創(chuàng)新技術或該項發(fā)明能夠預見效果具有經濟效益，或具有推廣前景與應用意義即實用性。創(chuàng)新性包括了技術水平、先進程度、新穎程度，技術水平是指論文與課題的研究結論具有學術水平與科學價值;先進程度是指與以往的技術相比有較好的進步;新穎程度是指具有創(chuàng)意的課題;科學性包括了可靠的科學理論、正確的研究方法、合理的技術方案等。選擇適合中學生的選題，并且讓學生擊破各個問題開展實驗，安排實驗進度，設計實驗方案。

四、總結

本文基于STEM的教學理念，從微生物基本概念出發(fā)，開展教學實驗，培養(yǎng)學生基礎能力以及興趣愛好，養(yǎng)成學生善于探索和創(chuàng)新的能力。此外，應該選擇具備實用性、創(chuàng)新性、科學性的課題，指導學生進行實驗操作。

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