‘探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用”實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用”實(shí)驗(yàn)是人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》（以下簡稱\"教材\"第6章第3節(jié)“探究·實(shí)踐\"欄目中的內(nèi)容。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中與本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的具體內(nèi)容要求是“探討細(xì)菌耐藥性的出現(xiàn)與抗生素濫用的關(guān)系，說明自然選擇促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境\"]。在實(shí)際教學(xué)中絕大多數(shù)學(xué)校因菌株昂貴、耗時(shí)長、效果不明顯等問題，較少甚至從不開展本實(shí)驗(yàn)。通過多次實(shí)驗(yàn)摸索，筆者對(duì)本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)菌株、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)方案、課堂節(jié)奏等方面進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)耗材減少、實(shí)驗(yàn)效果明顯、實(shí)驗(yàn)進(jìn)程縮短，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和批判性思維。

1實(shí)驗(yàn)菌株的選取

教材中選擇的實(shí)驗(yàn)菌株是大腸桿菌或金黃色葡萄球菌，這些菌株價(jià)格昂貴，不易保存，也存在安全隱患。基于以上考慮，在摸索實(shí)驗(yàn)條件、熟悉微生物培養(yǎng)及觀察抑菌圈的實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以采集鼻腔中的微生物開展實(shí)驗(yàn)，鼻腔中的微生物具有易獲取、減少實(shí)驗(yàn)成本提高實(shí)驗(yàn)安全性的優(yōu)點(diǎn)。教師利用人體存在的微生物作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，更有助于學(xué)生理解抗生素濫用對(duì)人體的危害。但筆者在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)人體鼻腔中的微生物數(shù)量少、濃度小，需要擴(kuò)大培養(yǎng)，存在偶然性等缺點(diǎn)。基于以上情況，筆者認(rèn)為鼻腔中的微生物僅適合在預(yù)實(shí)驗(yàn)階段使用，在正式實(shí)驗(yàn)中，如果學(xué)生在微生物培養(yǎng)方面的知識(shí)及技能儲(chǔ)備不足，可以考慮使用大腸桿菌作為實(shí)驗(yàn)菌株。

2實(shí)驗(yàn)方法選擇

2.1培養(yǎng)基中加入TTC

按照教材中描述的流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，筆者發(fā)現(xiàn)抑菌圈的顏色對(duì)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(yǎng)基中加入 1% 氯化三苯基四氮唑（TTC）溶液，使得培養(yǎng)大腸桿菌的培養(yǎng)基呈現(xiàn)紅色（見圖2）。放置藥敏片后，平板上出現(xiàn)透明抑菌圈，抑菌圈和周圍的紅色對(duì)比較明顯（見圖3）。

2.2自制抗生素溶液、平板打孔

實(shí)驗(yàn)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)藥敏片價(jià)格昂貴，然而預(yù)實(shí)驗(yàn)階段，需要大量藥敏片。為降低實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)筆者用記號(hào)筆將平板劃分為四個(gè)區(qū)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(hào)區(qū)域；將濾紙片蘸取抗生素，迅速取出放入平板的2、3、4號(hào)區(qū)域。然而，在實(shí)驗(yàn)過程中，濾紙上殘留的液體及操作失誤均會(huì)導(dǎo)致抑菌圈帶拉角（見圖4）。經(jīng)過改進(jìn)，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(xiàn)象，但同時(shí)濾紙片容易折疊，也會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差。

基于以上情況，筆者初步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)難度。

為此，筆者進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，采取打孔法。將平板4個(gè)區(qū)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(huì)導(dǎo)致抗生素沒有載體吸附，在平板底部滲漏，進(jìn)而使抑菌圈不規(guī)則（見圖6。筆者再次對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，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(xiàn)象，也能解決濾紙片不好放置的問題（見圖7）。

3改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，調(diào)整課堂節(jié)奏

3.1改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案

學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)及預(yù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合教師提供的實(shí)驗(yàn)材料及試劑，制訂結(jié)果并展示實(shí)驗(yàn)方案。以下是學(xué)生的設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖8、圖9）。

3.2調(diào)整課堂節(jié)奏

教師挑選對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生組成研究性學(xué)習(xí)小組，在課前完成三代抑菌圈實(shí)驗(yàn)，并在課堂上展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后，全體學(xué)生在課堂上參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、熟悉接種操作的具體步驟，教師對(duì)這些操作方法進(jìn)行必要的指導(dǎo)。鑒于每一代抑菌圈實(shí)驗(yàn)需要 小時(shí)的培養(yǎng)周期，而課堂時(shí)長有限，因此教師組織全體學(xué)生觀察了學(xué)習(xí)小組課前已完成的三代抑菌圈實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生測(cè)量每一代抑菌圈的大小（見圖10），并深入分析了導(dǎo)致抑菌圈大小變化的原因。基于這些觀察和分析，學(xué)生構(gòu)建了本節(jié)課的核心概念：適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果。課后，學(xué)生繼續(xù)對(duì)課堂上培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行培養(yǎng)觀察，以進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)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(huì)殺死細(xì)菌，其對(duì)真菌是否有效？學(xué)生思考并設(shè)計(jì)開展實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)酵母菌的平板上放置頭孢等抗生素也能產(chǎn)生抑菌圈，說明頭孢對(duì)酵母菌等真菌也具有抑制作用。學(xué)生通過思考和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)自身的批判性思維。

5總結(jié)與反思

本文聚焦實(shí)驗(yàn)“探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用”的改進(jìn)方案，在實(shí)驗(yàn)材料、方法等方面進(jìn)行創(chuàng)新，顯著降低了實(shí)驗(yàn)難度和成本消耗，提高了實(shí)驗(yàn)效果。筆者利用多種材料，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行探究，巧妙調(diào)整課堂節(jié)奏，使進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和觀察結(jié)果在一節(jié)課內(nèi)完成。由于學(xué)生還未學(xué)習(xí)微生物培養(yǎng)等知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，部分學(xué)生的動(dòng)手能力較弱，個(gè)別實(shí)驗(yàn)的操作不規(guī)范，這一現(xiàn)象提示教師在今后的教學(xué)中要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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