‘探究抗生素對細菌的選擇作用”實驗創新

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

“探究抗生素對細菌的選擇作用”實驗是人教版普通高中教科書《生物學·必修2·遺傳與進化》（以下簡稱\"教材\"第6章第3節“探究·實踐\"欄目中的內容。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中與本節內容相關的具體內容要求是“探討細菌耐藥性的出現與抗生素濫用的關系，說明自然選擇促進生物更好地適應特定的生存環境\"]。在實際教學中絕大多數學校因菌株昂貴、耗時長、效果不明顯等問題，較少甚至從不開展本實驗。通過多次實驗摸索，筆者對本實驗在實驗菌株、實驗方法、實驗方案、課堂節奏等方面進行改進。改進后的實驗中，實驗耗材減少、實驗效果明顯、實驗進程縮短，能夠有效培養學生的科學思維和批判性思維。

1實驗菌株的選取

教材中選擇的實驗菌株是大腸桿菌或金黃色葡萄球菌，這些菌株價格昂貴，不易保存，也存在安全隱患。基于以上考慮，在摸索實驗條件、熟悉微生物培養及觀察抑菌圈的實驗過程中，教師可以采集鼻腔中的微生物開展實驗，鼻腔中的微生物具有易獲取、減少實驗成本提高實驗安全性的優點。教師利用人體存在的微生物作為實驗對象，更有助于學生理解抗生素濫用對人體的危害。但筆者在實驗過程中發現人體鼻腔中的微生物數量少、濃度小，需要擴大培養，存在偶然性等缺點。基于以上情況，筆者認為鼻腔中的微生物僅適合在預實驗階段使用，在正式實驗中，如果學生在微生物培養方面的知識及技能儲備不足，可以考慮使用大腸桿菌作為實驗菌株。

2實驗方法選擇

2.1培養基中加入TTC

按照教材中描述的流程進行實驗后，筆者發現抑菌圈的顏色對比不明顯（見圖1）。為了使得抑菌圈效果更直觀明顯，筆者在培養基中加入 1% 氯化三苯基四氮唑（TTC）溶液，使得培養大腸桿菌的培養基呈現紅色（見圖2）。放置藥敏片后，平板上出現透明抑菌圈，抑菌圈和周圍的紅色對比較明顯（見圖3）。

2.2自制抗生素溶液、平板打孔

實驗過程中，筆者發現藥敏片價格昂貴，然而預實驗階段，需要大量藥敏片。為降低實驗成本，筆者選擇從藥店購買頭孢、阿莫西林等膠囊代替藥敏片并自制抗生素溶液。

實驗時筆者用記號筆將平板劃分為四個區域，將大腸桿菌菌液涂布在平板中。將濾紙片蘸取無菌水，迅速取出放入1號區域；將濾紙片蘸取抗生素，迅速取出放入平板的2、3、4號區域。然而，在實驗過程中，濾紙上殘留的液體及操作失誤均會導致抑菌圈帶拉角（見圖4）。經過改進，筆者將濾紙片蘸取抗生素溶液后烘干，能夠有效減少拉角現象，但同時濾紙片容易折疊，也會出現實驗誤差。

基于以上情況，筆者初步改進實驗，將牛津杯置于平板上，再用移液器在牛津杯中滴入抗生素（見圖5），但牛津杯的存在也增加了實驗難度。

為此，筆者進一步改進實驗，采取打孔法。將平板4個區域用移液器槍頭打孔，并將抗生素滴人孔中，然而這一舉措會導致抗生素沒有載體吸附，在平板底部滲漏，進而使抑菌圈不規則（見圖6。筆者再次對實驗進行改進，將蘸取抗生素液體的濾紙片放入孔中，既可以解決抑菌圈拉角現象，也能解決濾紙片不好放置的問題（見圖7）。

3改進實驗方案，調整課堂節奏

3.1改進實驗方案

學生根據預習及預實驗，結合教師提供的實驗材料及試劑，制訂結果并展示實驗方案。以下是學生的設計方案及實驗結果（見圖8、圖9）。

3.2調整課堂節奏

教師挑選對實驗感興趣的學生組成研究性學習小組，在課前完成三代抑菌圈實驗，并在課堂上展示實驗結果。隨后，全體學生在課堂上參與實驗方案的設計、熟悉接種操作的具體步驟，教師對這些操作方法進行必要的指導。鑒于每一代抑菌圈實驗需要 小時的培養周期，而課堂時長有限，因此教師組織全體學生觀察了學習小組課前已完成的三代抑菌圈實驗結果。學生測量每一代抑菌圈的大小（見圖10），并深入分析了導致抑菌圈大小變化的原因。基于這些觀察和分析，學生構建了本節課的核心概念：適應是自然選擇的結果。課后，學生繼續對課堂上培養的實驗樣本進行培養觀察，以進一步加深對相關概念的理解。

4拓展研究，增加真菌組

教師提出問題：一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細菌，其對真菌是否有效？學生思考并設計開展實驗，發現在培養酵母菌的平板上放置頭孢等抗生素也能產生抑菌圈，說明頭孢對酵母菌等真菌也具有抑制作用。學生通過思考和實驗，培養自身的批判性思維。

5總結與反思

本文聚焦實驗“探究抗生素對細菌的選擇作用”的改進方案，在實驗材料、方法等方面進行創新，顯著降低了實驗難度和成本消耗，提高了實驗效果。筆者利用多種材料，引導學生設計實驗方案并進行探究，巧妙調整課堂節奏，使進行實驗操作和觀察結果在一節課內完成。由于學生還未學習微生物培養等知識，在實驗過程中，部分學生的動手能力較弱，個別實驗的操作不規范，這一現象提示教師在今后的教學中要加強對學生動手能力的培養。

參考文獻

[1中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[M.北京：人民教育出版社，2020.