“發(fā)現(xiàn)身邊的微生物”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

趙 竹（北京師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)華夏女子中學(xué) 北京 100032）

微生物在生物圈中占有重要地位，與人類生產(chǎn)和生活的關(guān)系密切。《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》［1］在“生物的多樣性”主題中，要求學(xué)生能描述真菌、細(xì)菌的主要特征及其與人類的生活關(guān)系，并建議開展“觀察酵母菌和霉菌”等實(shí)驗(yàn)活動；在“生物技術(shù)”主題中，要求學(xué)生掌握細(xì)菌、真菌等類群的重要概念。學(xué)生對微生物、細(xì)菌和真菌等術(shù)語早已耳聞目睹，甚至知道形態(tài)差別顯著的酵母菌和蘑菇屬于微生物不同的類群。但學(xué)生對微生物知識知之甚少，仍有許多疑問亟待解決。北師大版《生物學(xué)（八上）》［2］在有關(guān)章節(jié)中，提出的“發(fā)現(xiàn)身邊的微生物”建議活動，很適合學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)解決一些問題，但因?qū)嶒?yàn)設(shè)備條件所限，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜，以及教材對微生物個體的形態(tài)結(jié)構(gòu)描述得多、而對不同微生物菌落的識別方法介紹得少等原因，教師對選擇和開展這項(xiàng)探究實(shí)驗(yàn)活動尚有困難。筆者在初中開展的生物學(xué)研究性學(xué)習(xí)活動中，帶領(lǐng)興趣小組學(xué)生開展“發(fā)現(xiàn)身邊的微生物”等實(shí)驗(yàn)探究活動，取得較好的教學(xué)效果。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

由于學(xué)生是初學(xué)微生物學(xué)知識，筆者遵循從已知到未知、從感性到理性、從理性到實(shí)踐的認(rèn)知規(guī)律，將“發(fā)現(xiàn)身邊的微生物”的探究實(shí)驗(yàn)活動分3 個階段完成（表1）。

表1 “發(fā)現(xiàn)身邊的微生物”探究實(shí)驗(yàn)的活動安排

2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施與結(jié)果觀察

2.1 制作對照組菌落樣本

2.1.1 對照組菌落樣本制作方法 許多細(xì)菌和真菌是病原微生物，為保證安全，筆者選擇大腸桿菌（或乳酸菌）、酵母菌和霉菌作為實(shí)驗(yàn)材料。制作大腸桿菌、酵母菌和霉菌菌落樣本的操作步驟包括：純種菌液稀釋、平板涂布接種、培養(yǎng)與觀察記錄等。學(xué)生接種和培養(yǎng)平板菌落樣本，并以此為標(biāo)準(zhǔn)對照鑒別與區(qū)分實(shí)驗(yàn)組菌落樣本。要求培養(yǎng)基平板上無雜菌污染，菌落分布稀疏、不重疊，形態(tài)特征明顯而易于鑒別。

為獲得預(yù)期實(shí)驗(yàn)效果，事先在接種室的超凈工作臺或簡易接種臺上，對學(xué)生進(jìn)行無菌操作技術(shù)訓(xùn)練。采用稀釋涂布法，獲得大腸桿菌和酵母菌的單一菌落平板。在研究性學(xué)習(xí)活動時，各個小組成員要在規(guī)定時間內(nèi)依次完成下列工作：1）在超凈工作臺的無菌區(qū)，將1 滴大腸桿菌濃菌液滴入離心管中，加入2 mL 無菌水充分搖勻，再將少許稀釋菌液倒在培養(yǎng)基平板上，涂布成均勻的薄層；2）用無菌水稀釋酵母菌液，用涂布法將酵母菌稀釋液接種到培養(yǎng)基平板上；3）將接種針在酒精燈火焰上灼燒滅菌，挑取少許青霉的孢子（或菌絲），用劃線法接種至培養(yǎng)基平板上；4）將接種的培養(yǎng)基平板分別作好標(biāo)記，倒置于培養(yǎng)箱進(jìn)行菌落培養(yǎng)，每天定時觀察并記錄菌落形成狀況。

2.1.2 初識3 類微生物的菌落特征 實(shí)踐表明，菌落的顏色、大小、透明度、邊緣等特征比較明顯，學(xué)生通過觀察與比較，能初步認(rèn)識細(xì)菌、酵母菌與霉菌之間的菌落差異（圖1，本文附圖見封四），3 種微生物類群的菌落差別歸納為表2［3］。

表2 3 類微生物菌落特征的比較

科學(xué)概念是對一類事物共同的、本質(zhì)特征的概括，筆者借助學(xué)生制作的不同菌落的平板，使其真正理解各類微生物的典型菌落形態(tài)及特征；通過多媒體，向?qū)W生展示多樣的微生物群落圖片，豐富學(xué)生對不同微生物菌落的感性認(rèn)識，進(jìn)而通過表格形式進(jìn)行比較，幫助學(xué)生將對微生物菌落的感性認(rèn)識上升為理性認(rèn)識，為進(jìn)一步對實(shí)驗(yàn)組樣本的鑒別奠定必要的知識基礎(chǔ)。

2.2 制作實(shí)驗(yàn)組菌落樣本

2.2.1 分組采樣 人類賴以生存的空氣中，有很多來自揚(yáng)塵、水滴和動物皮膚脫落物攜帶的微生物，動物口腔內(nèi)的微生物則通過咳嗽、噴嚏等方式進(jìn)入空氣，這些微生物可附著在空氣中的氣溶膠粒表面，并借風(fēng)力到處傳播，再附著在各種物體表面，因此，人們的生活環(huán)境中確實(shí)存在著多種多樣的微生物。

通過菌樣采集（接種）、菌落培養(yǎng)和菌落鑒定等實(shí)驗(yàn)法，探索問題解決的答案。身邊微生物的接種活動是實(shí)驗(yàn)探究過程的關(guān)鍵，需要每個學(xué)習(xí)小組在課余或課外時間完成。為此，筆者發(fā)給每組6套經(jīng)滅菌處理的普通培養(yǎng)基（SM）平板（平皿），由小組成員討論決定菌樣采集時間、地點(diǎn)、來源和接種方法，各自對實(shí)驗(yàn)組樣本的培養(yǎng)結(jié)果作出“有沒有、多與少”的預(yù)測。接種后，要妥善保管并盡早送到實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)箱里，與對照組菌樣放在一起培養(yǎng)，定時觀察和記錄。4 個小組8 名成員采集的12 個實(shí)驗(yàn)組菌樣情況見表3。

表3 小組成員采集的身邊的微生物實(shí)驗(yàn)組菌樣

2.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 在適宜的溫度等條件下，微生物在培養(yǎng)基上迅速繁殖而形成菌落，不同微生物生長和繁殖的溫度條件有所不同。由于培養(yǎng)箱數(shù)量少，只能將所有已接種的培養(yǎng)基平板置于同一個培養(yǎng)箱內(nèi)，條件設(shè)置為28℃培養(yǎng)24 h 和37℃培養(yǎng)24 h。各小組采集的身邊的微生物實(shí)驗(yàn)組菌樣如圖2。教師叮囑學(xué)生避免到可能存在病原微生物的場所采集菌樣。

分析數(shù)據(jù)并得出結(jié)論的環(huán)節(jié)，是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維和技能訓(xùn)練的有利時機(jī)。教師先讓各小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)測與數(shù)據(jù)之間的差異，提出“意外”問題并開展討論，通過組間交流取得共識。問題包括：在不同條件下，微生物有哪些種類？不同類群微生物的數(shù)量如何？微生物的類群分布是否均勻？原因是什么？什么環(huán)境或物品更“干凈”些？結(jié)果與預(yù)期是否一致？人的口腔中至少有500 多種細(xì)菌，數(shù)目多達(dá)2 000 億個，為什么人不生病？微生物都有害嗎？長時間未清潔的冰箱低溫儲藏室（4℃）為什么也存在種類頗豐的微生物？實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期不符的原因是什么？學(xué)生對上述問題基本能作出合理解釋，例如，學(xué)生通過制作不同種類的微生物平板，可宏觀區(qū)分酵母菌、細(xì)菌和真菌的群落，初步鑒別和判定實(shí)驗(yàn)組微生物的種類及相對數(shù)量的多少；霉菌孢子數(shù)量多、質(zhì)量輕，適于空氣傳播，因此操場、樹蔭下霉菌數(shù)量偏多；人的雙手接觸帶菌物品或液體機(jī)會較多，體表和體溫為細(xì)菌繁殖提供適宜條件。由于主觀認(rèn)知的偏差，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)樣本中菌落數(shù)量的多少會有分歧，但并不影響微生物類群的鑒別。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理解釋，意味著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是真實(shí)可信的。因此，通過數(shù)據(jù)分析而得出的結(jié)論：“人們身邊存在著多種微生物”具有可靠性。

作為實(shí)驗(yàn)教師，為了協(xié)助任課教師順利開展微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在學(xué)校的大力支持下，充分開發(fā)和利用校本資源，組織興趣小組開展微生物探究性學(xué)習(xí)活動，選取大腸桿菌、酵母菌、白毛霉和青霉等菌種，讓學(xué)生親自制作液體或固體培養(yǎng)基，接種和培養(yǎng)這些對身體無害的微生物，顯微觀察細(xì)菌和真菌細(xì)胞，識別細(xì)菌、酵母菌和霉菌的菌落，實(shí)驗(yàn)探究日常用品和環(huán)境中的微生物類群，并嘗試接種和栽培蘑菇等。興趣小組安排“發(fā)現(xiàn)身邊的微生物”的活動時間先于班級實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展提供必要的實(shí)驗(yàn)資源保障，而且為實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施培訓(xùn)一批實(shí)驗(yàn)小助手。

得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，讓學(xué)生思考“發(fā)現(xiàn)身邊的微生物”實(shí)驗(yàn)探究活動的意義。學(xué)生議論紛紛，最終統(tǒng)一到衛(wèi)生與健康的關(guān)系上，尤其認(rèn)識到維護(hù)公共場所衛(wèi)生，增進(jìn)公民身體健康，是每個公民應(yīng)盡的責(zé)任。