基于小球藻進行“微生物的實驗室培養”教學*

王愛東 （北京師范大學珠海附屬高級中學 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中重要的學習對象。微生物在醫療、環保、工農業生產等諸多領域中均得到廣泛應用，與人類的關系極為密切。人教版高中生物學選修1 專題1“傳統發酵技術的應用”中就用到酵母菌、醋酸菌、毛霉和乳酸菌等微生物。要認識、 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，因此要使用消毒滅菌、微生物接種、分離、計數及菌種保存等技術。即使分子技術手段在微生物的相關研究中廣泛應用，傳統的微生物實驗室培養技術仍然不可或缺。人教版選修1 專題2 課題1“微生物的實驗室培養”一節中就開展了相關實驗技能的教學。

2 本實驗的教學現狀及改進策略

許多學校在開設本專題教學時，均以講授為主，或配以視頻教學，學生動手實踐的機會不多。首先，因本實驗屬于選修內容，高考中屬于選考項，導致師生對其重視程度不夠。其次，學生的實驗素養和動手能力也是制約本實驗教學的重要因素。

為便于學生學習本節內容，除了教材例舉的經典菌種——大腸桿菌外，推薦利用小球藻（Chlorella vulgaris）開展本節課教學。原因如下：1）小球藻是一種單細胞藻類，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，便于實驗結果的觀察；且易與細菌、霉菌等雜菌菌落區分，有助于學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、維生素等營養物質，因此可以利用土壤浸提液或者池塘水過濾液代替BG11 培養基（小球藻培養基）［1］進行小球藻的培養。從而使實驗操作進一步簡化，也更易推廣。

3 教學過程的實施

實驗教學分2 個課時： 包括一次實驗技能培訓課和一次研究性學習。培養微生物的實驗，操作本身所需時間不長，在課堂進行；操作前準備和操作后的培養、觀察，在課后進行。目的是使學生了解有關培養基的基礎知識，掌握無菌技術的操作，進行微生物的培養。

3.1 第1 課時：掌握實驗基本技能

3.1.1 課前準備 首先，課前組織動手能力強的學生完成BG11、土壤浸提液和池塘水過濾液等固體培養基的配制，連同清洗干凈并包裝好培養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基的配制和高壓蒸汽滅菌，同時分析BG11 培養基的成分。將整節實驗課的操作內容劃分為倒平板、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。組內某位學生在操作時，組員觀察、互助。操作順序為：①每位學生獨立倒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。

3.1.3 實驗結果觀察、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基也成功培養出小球藻藻落，其中用土壤浸提液培養的結果優于池塘水過濾液，但上述2 種培養基的培養效果比用BG11 培養基稍差。部分學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。

通過對實驗結果對比、交流，分析各自實驗結果差異和原因所在，學習和理解培養基、消毒滅菌等有關微生物的培養的基礎知識，掌握培養基的制備、高壓蒸汽滅菌和接種、分離、純化微生物等基本操作技術，初步具備運用相關技術解決生產生活中有關微生物分離、培養等實際問題的能力。

3.2 第2 課時： 研究性學習階段 學生初次接觸微生物分離、純化技術，在他們的認知中，微生物分離、純化技術只是單純的實驗手段，還不能作為認知手段幫助他們解決實際問題。因此引導學生利用所學實驗技能開展一次研究性學習。首先引導學生關注生活，從熟悉的校園環境入手，發現問題。珠海的春季和夏季雨量充沛，雨季時發現校園內部分樹木的樹干、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，發現上面長有藻類，但是藻類的種類繁多，且黏在一起難以區分。因此需要對藻類分離、純化培養。

實驗目的：熟練掌握、運用無菌技術的操作，進行微生物培養。

實驗步驟：1）采樣：每班學生分成若干小組，每小組4 人，每組分發一個經過消毒的小礦泉水瓶，內含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。

2）制備培養基：按照配方配制BG11 固體培養基，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：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3 周。

5）顯微觀察：引導學生根據形狀、大小、顏色等區分藻落，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、分類及生態》［2］。

實驗結果及分析：根據鑒定，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，其中上述藻類多數屬于綠藻門和藍藻門。

本次學習的選題依托校園自然環境，著眼于學生的興趣愛好，讓學生養成關注身邊事物的習慣，激發學生學科學、 用科學的興趣。本輪學習從選題→文獻查閱→設計實驗→實驗實施→結果分析等環節基本上由學生自主完成，教師負責引導和輔助，充分發揮學生的主觀能動性和實驗操作能力。

4 實驗教學效果反饋和反思

以小球藻為實驗材料開展相關教學，以及從環境中分離、 純化藻類的靈感均來自教材所學內容，有助于引導學生對所學知識靈活運用。學生利用小球藻為實驗材料，使微生物分離、 純化、計數，以及無菌操作等技術更容易操作和達成，實驗結果明顯，一次性成功率達到90%以上。

教學中教師根據本地的地理環境特點，充分利用校園的藻類資源，開展研究性學習，契合了杜威“從做中學習，從經驗中積累知識”的主張。生物學是一門實驗科學，實驗教學不應沿用教師講、學生被動“受”的模式。實驗教學不要只滿足實驗技能的純粹掌握，重點應是對其靈活運用，研究性學習是一個很好的途徑。研究性學習有助于學生深入理解科學探究的各個環節，并掌握科學探究的具體步驟。學習過程中提高了學生查找文獻、設計實驗能力，并熟練應用各種微生物實驗技能。探究過程充分發揮學生的自主性、能動性和創造性。在學習知識、掌握技能的同時，也培養了學生的生物學核心素養。