基于小球藻進行“微生物的實驗室培養(yǎng)”教學(xué)*

王愛東 （北京師范大學(xué)珠海附屬高級中學(xué) 廣東珠海 519000）

1 實驗在教材中所處的地位與作用

微生物是高中生物學(xué)中重要的學(xué)習(xí)對象。微生物在醫(yī)療、環(huán)保、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域中均得到廣泛應(yīng)用，與人類的關(guān)系極為密切。人教版高中生物學(xué)選修1 專題1“傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用”中就用到酵母菌、醋酸菌、毛霉和乳酸菌等微生物。要認(rèn)識、 研究微生物先要從群體中分離出特殊的微生物，再進行培養(yǎng)，因此要使用消毒滅菌、微生物接種、分離、計數(shù)及菌種保存等技術(shù)。即使分子技術(shù)手段在微生物的相關(guān)研究中廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的微生物實驗室培養(yǎng)技術(shù)仍然不可或缺。人教版選修1 專題2 課題1“微生物的實驗室培養(yǎng)”一節(jié)中就開展了相關(guān)實驗技能的教學(xué)。

2 本實驗的教學(xué)現(xiàn)狀及改進策略

許多學(xué)校在開設(shè)本專題教學(xué)時，均以講授為主，或配以視頻教學(xué)，學(xué)生動手實踐的機會不多。首先，因本實驗屬于選修內(nèi)容，高考中屬于選考項，導(dǎo)致師生對其重視程度不夠。其次，學(xué)生的實驗素養(yǎng)和動手能力也是制約本實驗教學(xué)的重要因素。

為便于學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，除了教材例舉的經(jīng)典菌種——大腸桿菌外，推薦利用小球藻（Chlorella vulgaris）開展本節(jié)課教學(xué)。原因如下：1）小球藻是一種單細(xì)胞藻類，屬于綠藻門小球藻屬，分布廣泛，具有易獲取、繁殖快等優(yōu)點。2）小球藻含有葉綠素等光合色素，在平板上可形成綠色、點狀藻落，肉眼容易辨認(rèn)，便于實驗結(jié)果的觀察；且易與細(xì)菌、霉菌等雜菌菌落區(qū)分，有助于學(xué)生判斷平板是否被污染。3）由于水體和土壤中均富含小球藻生長所需要的無機鹽、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，因此可以利用土壤浸提液或者池塘水過濾液代替BG11 培養(yǎng)基（小球藻培養(yǎng)基）［1］進行小球藻的培養(yǎng)。從而使實驗操作進一步簡化，也更易推廣。

3 教學(xué)過程的實施

實驗教學(xué)分2 個課時： 包括一次實驗技能培訓(xùn)課和一次研究性學(xué)習(xí)。培養(yǎng)微生物的實驗，操作本身所需時間不長，在課堂進行；操作前準(zhǔn)備和操作后的培養(yǎng)、觀察，在課后進行。目的是使學(xué)生了解有關(guān)培養(yǎng)基的基礎(chǔ)知識，掌握無菌技術(shù)的操作，進行微生物的培養(yǎng)。

3.1 第1 課時：掌握實驗基本技能

3.1.1 課前準(zhǔn)備 首先，課前組織動手能力強的學(xué)生完成BG11、土壤浸提液和池塘水過濾液等固體培養(yǎng)基的配制，連同清洗干凈并包裝好培養(yǎng)皿等用品進行高壓蒸汽滅菌。同時對實驗過程進行拍照和錄制短視頻，以備在課堂展示。其次，課前組織學(xué)生將倒平板、 平板劃線和稀釋涂布平板等3 個實驗操作錄制成微課。第3，將班級學(xué)生分成若干小組，每組4 人。

3.1.2 課堂組織 通過多媒體展示培養(yǎng)基的配制和高壓蒸汽滅菌，同時分析BG11 培養(yǎng)基的成分。將整節(jié)實驗課的操作內(nèi)容劃分為倒平板、稀釋涂布平板和平板劃線3 個部分。課堂分3 步走：帶著問題閱讀教材→觀看微課→以小組為單位動手操作。組內(nèi)某位學(xué)生在操作時，組員觀察、互助。操作順序為：①每位學(xué)生獨立倒2 個平板；②等待平板凝固時小組合作完成梯度稀釋，每位組員選取不同濃度梯度藻液完成一次涂布平板，接種計量為4 d 藻液；③每人獨立完成一次平板劃線。所有過程強調(diào)無菌操作，即在酒精燈火焰旁邊進行。通過平板劃線和稀釋涂布平板法接種小球藻后的平板，倒置、放在普通日光燈架下培養(yǎng)。

3.1.3 實驗結(jié)果觀察、展示、交流 小球藻可在1 周后形成藻落，3 周后可形成明顯的藻落。利用土壤浸提液和池塘水過濾液配制的培養(yǎng)基也成功培養(yǎng)出小球藻藻落，其中用土壤浸提液培養(yǎng)的結(jié)果優(yōu)于池塘水過濾液，但上述2 種培養(yǎng)基的培養(yǎng)效果比用BG11 培養(yǎng)基稍差。部分學(xué)生的平板上除了有小球藻藻落之外還有霉菌等雜菌菌落，這些菌落是如何產(chǎn)生的？如何得到純的藻落？涂布平板之前為何要對藻液梯度稀釋？比較不同濃度梯度藻液涂布平板上藻落差異等。

通過對實驗結(jié)果對比、交流，分析各自實驗結(jié)果差異和原因所在，學(xué)習(xí)和理解培養(yǎng)基、消毒滅菌等有關(guān)微生物的培養(yǎng)的基礎(chǔ)知識，掌握培養(yǎng)基的制備、高壓蒸汽滅菌和接種、分離、純化微生物等基本操作技術(shù)，初步具備運用相關(guān)技術(shù)解決生產(chǎn)生活中有關(guān)微生物分離、培養(yǎng)等實際問題的能力。

3.2 第2 課時： 研究性學(xué)習(xí)階段 學(xué)生初次接觸微生物分離、純化技術(shù)，在他們的認(rèn)知中，微生物分離、純化技術(shù)只是單純的實驗手段，還不能作為認(rèn)知手段幫助他們解決實際問題。因此引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)實驗技能開展一次研究性學(xué)習(xí)。首先引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，從熟悉的校園環(huán)境入手，發(fā)現(xiàn)問題。珠海的春季和夏季雨量充沛，雨季時發(fā)現(xiàn)校園內(nèi)部分樹木的樹干、墻角處、石凳上、石橋上及竹林磚鋪路面都有一層綠色，利用顯微鏡初步觀察，發(fā)現(xiàn)上面長有藻類，但是藻類的種類繁多，且黏在一起難以區(qū)分。因此需要對藻類分離、純化培養(yǎng)。

實驗?zāi)康模菏炀氄莆铡⑦\用無菌技術(shù)的操作，進行微生物培養(yǎng)。

實驗步驟：1）采樣：每班學(xué)生分成若干小組，每小組4 人，每組分發(fā)一個經(jīng)過消毒的小礦泉水瓶，內(nèi)含20 mL 無菌水和10 g 已滅菌的沙子。將采集的藻類樣品裝入礦泉水瓶，用力搖勻，將黏在一起的藻類分散開，待用。每3 個小組到同一生境不同樣點采樣，形成平行重復(fù)。

2）制備培養(yǎng)基：按照配方配制BG11 固體培養(yǎng)基，分裝至錐形瓶、密封，滅菌。取出后冷卻至50℃左右，倒平板。

3）接種：將預(yù)處理的藻種按照10 倍梯度進行系列稀釋，每組成員分別從不同濃度梯度的藻液吸取4 d 加入平板，進行涂布。

4）培養(yǎng)：將涂布好的平板倒置，置于室溫、日光燈架下（光照周期為14 h∶10 h），培養(yǎng)3 周。

5）顯微觀察：引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)形狀、大小、顏色等區(qū)分藻落，用鑷子挑取代表性藻落，制成臨時裝片，置于顯微鏡下觀察、 拍照，分類和鑒定參考《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》［2］。

實驗結(jié)果及分析：根據(jù)鑒定，此次實驗共分離出小球藻（Chlorella vulgaris）、集球藻（Palmellococcus miniatusChodat.）、集胞藻（Synechocystissp.）、鼓藻（Cosmariumsp.）、席藻（Phormidiumsp.）、顫藻（Oscillatoriasp.）、魚腥藻（Anabeanasp.）等20 余種藻類，其中上述藻類多數(shù)屬于綠藻門和藍藻門。

本次學(xué)習(xí)的選題依托校園自然環(huán)境，著眼于學(xué)生的興趣愛好，讓學(xué)生養(yǎng)成關(guān)注身邊事物的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生學(xué)科學(xué)、 用科學(xué)的興趣。本輪學(xué)習(xí)從選題→文獻查閱→設(shè)計實驗→實驗實施→結(jié)果分析等環(huán)節(jié)基本上由學(xué)生自主完成，教師負(fù)責(zé)引導(dǎo)和輔助，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和實驗操作能力。

4 實驗教學(xué)效果反饋和反思

以小球藻為實驗材料開展相關(guān)教學(xué)，以及從環(huán)境中分離、 純化藻類的靈感均來自教材所學(xué)內(nèi)容，有助于引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識靈活運用。學(xué)生利用小球藻為實驗材料，使微生物分離、 純化、計數(shù)，以及無菌操作等技術(shù)更容易操作和達成，實驗結(jié)果明顯，一次性成功率達到90%以上。

教學(xué)中教師根據(jù)本地的地理環(huán)境特點，充分利用校園的藻類資源，開展研究性學(xué)習(xí)，契合了杜威“從做中學(xué)習(xí)，從經(jīng)驗中積累知識”的主張。生物學(xué)是一門實驗科學(xué)，實驗教學(xué)不應(yīng)沿用教師講、學(xué)生被動“受”的模式。實驗教學(xué)不要只滿足實驗技能的純粹掌握，重點應(yīng)是對其靈活運用，研究性學(xué)習(xí)是一個很好的途徑。研究性學(xué)習(xí)有助于學(xué)生深入理解科學(xué)探究的各個環(huán)節(jié)，并掌握科學(xué)探究的具體步驟。學(xué)習(xí)過程中提高了學(xué)生查找文獻、設(shè)計實驗?zāi)芰Γ⑹炀殤?yīng)用各種微生物實驗技能。探究過程充分發(fā)揮學(xué)生的自主性、能動性和創(chuàng)造性。在學(xué)習(xí)知識、掌握技能的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。