高中生物“微生物培養(yǎng)”選修課的實(shí)施方案

陳慧

[摘 要]利用學(xué)校微生物實(shí)驗(yàn)室和超凈工作室的相關(guān)儀器設(shè)備，開(kāi)設(shè)“微生物培養(yǎng)”選修課，帶領(lǐng)高一學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)大腸桿菌的培養(yǎng)分離實(shí)驗(yàn)來(lái)體驗(yàn)微生物培養(yǎng)的操作，建立相關(guān)課程的初步方案。利用有限的儀器設(shè)備和經(jīng)費(fèi)，讓學(xué)生在課堂上充分參與了體驗(yàn)和實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果，建立了微生物培養(yǎng)的相關(guān)流程和操作規(guī)范，初步形成了較為完整的課程方案。

[關(guān)鍵詞]大腸桿菌;微生物培養(yǎng);選修課

[中圖分類(lèi)號(hào)] ? ?G633.91 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2020）32-0088-02

高中生物選修模塊一“微生物培養(yǎng)”體現(xiàn)了現(xiàn)代生物技術(shù)，是歷年考試的熱點(diǎn)。相關(guān)內(nèi)容基于微生物理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作，傳統(tǒng)教學(xué)通常采用理論講授的方法，教學(xué)效果并不理想。學(xué)生從理論上記憶實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)操作的易錯(cuò)點(diǎn)，是比較困難的，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和操作中出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因理解不到位，因此在考試中容易出錯(cuò)。通過(guò)動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，可以加深學(xué)生對(duì)相關(guān)原理的理解，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤原因有更多的直觀體驗(yàn)?；诖?，我校組建微生物實(shí)驗(yàn)室， 配備相關(guān)儀器設(shè)備，面向?qū)ι锢碚撝R(shí)和生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)感興趣的高一學(xué)生，開(kāi)設(shè)了“微生物培養(yǎng)”選修課，嘗試建立相關(guān)的課程方案。

一、課程目標(biāo)

“微生物培養(yǎng)”是高中生物選修模塊一中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，本課程通過(guò)設(shè)計(jì)大腸桿菌的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)微生物培養(yǎng)的直觀體驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)培養(yǎng)基配制、大腸桿菌純化等相關(guān)內(nèi)容的理解和掌握，為學(xué)生今后學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

二、 課程方案

1. 總體安排

面向?qū)W校全體高一學(xué)生開(kāi)設(shè)“微生物培養(yǎng)”選修課。學(xué)生通過(guò)上網(wǎng)進(jìn)行自主選課，由于超凈工作室空間有限，實(shí)驗(yàn)配套設(shè)施有限，故只招收20位學(xué)生。每周開(kāi)設(shè)1課時(shí)，總計(jì)10課時(shí)，地點(diǎn)選擇在生物實(shí)驗(yàn)室三。課程采用理論教學(xué)和實(shí)際操作相結(jié)合的教學(xué)形式。課堂上著重讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行微生物培養(yǎng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作。全班學(xué)生分為4個(gè)組，每個(gè)組5名學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)盡量讓每個(gè)學(xué)生都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

2.實(shí)驗(yàn)方案

對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行高壓蒸汽滅菌，配制固體、液體LB培養(yǎng)基，高壓蒸汽滅菌后在超凈工作臺(tái)進(jìn)行倒平板操作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的大腸桿菌菌種為DH5α，使用平板劃線分離的方法，將活性較低、儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)的大腸桿菌進(jìn)行活化和分離，對(duì)培養(yǎng)過(guò)夜后的大腸桿菌挑選單菌落進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，最后對(duì)搖菌過(guò)夜的大腸桿菌使用30%的甘油進(jìn)行菌種的冷凍保存。

3. 課時(shí)安排

本課程共設(shè)置10個(gè)課時(shí)：① 實(shí)驗(yàn)室儀器及超凈工作室的認(rèn)識(shí); ② 培養(yǎng)皿、離心管、移液器槍頭包裝及高壓蒸汽滅菌鍋的使用; ③ 固體、液體LB培養(yǎng)基的配制及滅菌; ④倒平板操作;⑤ ～ ⑥ 大腸桿菌的劃線分離; ⑦ ～ ⑧ 大腸桿菌的擴(kuò)大培養(yǎng);⑨ 對(duì)活化后的菌種進(jìn)行甘油管藏法保存; ⑩ 各小組總結(jié)匯報(bào)實(shí)驗(yàn)成果。

三、實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌DH5α、酵母提取物、胰蛋白胨、NaCl、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)工具：藥匙、稱量紙、250 mL錐形瓶、培養(yǎng)皿、接種環(huán)、50 mL離心管、酒精燈、1.5 mL離心管、移液器。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：超凈工作臺(tái)、電子天平、高壓蒸汽滅菌鍋。

四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析討論

1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1） 固體與液體培養(yǎng)基的配制

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中第一個(gè)重難點(diǎn)在于培養(yǎng)基的配制，由于高中課程一節(jié)課的時(shí)間為45分鐘，而培養(yǎng)基需要配制好就進(jìn)行滅菌，因而我們將培養(yǎng)基的制作分成兩節(jié)課完成。培養(yǎng)基配制及滅菌放在一節(jié)課完成，倒平板放在下一次課完成。滅過(guò)菌的培養(yǎng)基可放入4 ℃的冰箱內(nèi)進(jìn)行保存。下一次課前提前將固體培養(yǎng)基進(jìn)行加熱，待固體熔化后再進(jìn)行倒平板操作。LB培養(yǎng)基的配方如表1，固體培養(yǎng)基中須加入瓊脂粉，液體培養(yǎng)基中無(wú)須加入瓊脂粉，配制好的培養(yǎng)基放入高壓蒸汽滅菌鍋，121 ℃高壓滅菌20 min后4 ℃進(jìn)行保存。

（2） 大腸桿菌的劃線分離及結(jié)果分析

微生物接種純化的方法有很多，由于課時(shí)的限制，我們選擇了其中一種平板劃線操作，通過(guò)接種環(huán)在固體培養(yǎng)基表面進(jìn)行連續(xù)劃線操作，將聚集的菌種逐步稀釋分散到培養(yǎng)基表面。先由教師對(duì)平板劃線操作進(jìn)行示范，之后再由學(xué)生進(jìn)行操作。每位學(xué)生通過(guò)上節(jié)課的倒平板后，都至少有一塊配制成功的平板。看過(guò)示范后，大部分學(xué)生都看懂了平板的劃線分離法，但是到實(shí)際操作時(shí)，他們親身體驗(yàn)的感覺(jué)又是很不一樣的，如怎么托穩(wěn)培養(yǎng)皿，怎么劃線不會(huì)劃破培養(yǎng)基的表面。做完后的學(xué)生都很興奮，互相給后面的同學(xué)講解經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這樣的方式，學(xué)生自然而然就知道操作過(guò)程中需要注意些什么。

大部分學(xué)生完成得都比較好，過(guò)夜培養(yǎng)之后實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較理想，大腸桿菌的濃度隨著劃線分離出現(xiàn)了明顯的稀釋?zhuān)桨迳铣霈F(xiàn)了較為清晰且飽滿的大腸桿菌單菌落（如圖1A）。也有部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗，比如生長(zhǎng)出了其他雜菌（如圖1 B），或大腸桿菌沒(méi)有培養(yǎng)成功（如圖1 C），或是劃線之后只出現(xiàn)了一組劃線的大腸桿菌（如圖1 D）。

這些可能是由錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)操作或者無(wú)菌操作的技術(shù)不過(guò)關(guān)引起的。對(duì)于圖1C和圖1D出現(xiàn)的結(jié)果，學(xué)生進(jìn)行了重點(diǎn)分析討論，一致認(rèn)為出現(xiàn)圖1C的原因是接種環(huán)灼燒滅菌后未冷卻溫度過(guò)高導(dǎo)致的。而對(duì)于圖1D的結(jié)果，學(xué)生認(rèn)為有兩個(gè)原因：一是第一次劃線后灼燒接種環(huán)未冷卻，二是第二個(gè)區(qū)域劃線時(shí)接種環(huán)未接觸到第一個(gè)區(qū)域劃線的末端。通過(guò)實(shí)際的操作，學(xué)生對(duì)于自己的失敗原因的討論非常積極，很快就將結(jié)果總結(jié)了出來(lái)。

（3） 大腸桿菌的擴(kuò)大培養(yǎng)

在超凈工作臺(tái)上，將37 ℃過(guò)夜培養(yǎng)之后的大腸桿菌固體培養(yǎng)基取出，挑選顆粒飽滿、清晰的單菌落，用移液器槍頭將單菌落的大腸桿菌接種到10 mL的液體LB培養(yǎng)基中，在37 ℃的搖床上過(guò)夜培養(yǎng)，培養(yǎng)完成后放入4 ℃進(jìn)行保存。

（4）菌種的長(zhǎng)期保存

配制100 mL 30%的甘油，高壓蒸汽進(jìn)行滅菌。將500 mL大腸桿菌菌液用移液槍轉(zhuǎn)移到1.5 mL 的離心管中，以1∶1的比例跟30%的甘油混合均勻，做好標(biāo)記后，放入冷藏箱中保存。

2.學(xué)生的參與過(guò)程

整個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生的參與度很高，學(xué)習(xí)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理，認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)的操作，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行積極的思考與討論，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)討論能夠?qū)⒖赡艿脑蚨蓟卮鸪鰜?lái)，這比常規(guī)教學(xué)更能讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)融會(huì)貫通。有部分實(shí)驗(yàn)步驟的操作對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大，可先由教師進(jìn)行示范，再由學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，比如在平板上進(jìn)行劃線分離、對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還涉及很多培養(yǎng)過(guò)程，歷時(shí)較長(zhǎng)，由學(xué)生志愿者和教師在課后完成，比如劃線分離后大腸桿菌的培養(yǎng)以及大腸桿菌的擴(kuò)大培養(yǎng)，都需要過(guò)夜培養(yǎng)。

整個(gè)課程由于學(xué)校的大力支持，提供了很多儀器設(shè)備和課程經(jīng)費(fèi)，讓學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)充分參與了微生物培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)操作，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果和教學(xué)效果，建立了微生物培養(yǎng)的相關(guān)流程和實(shí)驗(yàn)操作步驟，初步形成了比較完整的課程方案，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)興趣濃厚，通過(guò)親身體驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)?shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)跟原理有更多的了解。通過(guò)無(wú)菌操作學(xué)生也初步感受到了生物實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)操作，體會(huì)到了無(wú)菌技術(shù)對(duì)于微生物實(shí)驗(yàn)的重要性。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還有很多需要改進(jìn)的地方，比如學(xué)生操作的課程時(shí)間短，很多實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)不及完成;超凈工作臺(tái)空間有限，一次只能兩個(gè)學(xué)生同時(shí)進(jìn)行操作，導(dǎo)致有些課時(shí)任務(wù)一節(jié)課無(wú)法完成;等等。這是學(xué)校首次開(kāi)設(shè)“微生物培養(yǎng)”選修課，隨著今后本課程的繼續(xù)開(kāi)展，實(shí)驗(yàn)過(guò)程和教學(xué)方案會(huì)得到進(jìn)一步的完善。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

（責(zé)任編輯 黃春香）