“分解纤维素的微生物的分离实验”教学设计

崔旭东 （北京市第一〇一中学 北京 100091）

“分解纤维素的微生物的分离”教学内容属选修1生物技术实践模块。课程标准要求学生在自学相关知识的基础上，由教师提供实验条件及必要的参考资料，指导学生设计和进行实验。这对学生信息获取能力和探究能力的培养有着积极的推动作用。北京市高考主要是对学生生物学素养的考查，科学探究是其中之一，非选择题部分均直接考查实验或以实验为背景的知识。加强实验教学对学生的未来发展和生物学核心素养的提高都极为必要。而基于对课程标准要求和生物学核心素养整体认识的实验教学设计是实现这一要求的前提。

1 教材分析

“分解纤维素的微生物的分离”是人教版选修1专题2中课题3的内容，是在介绍了无菌操作、培养基配制，实践了尿素分解菌分离的基础之上对相关知识和能力的进一步强化，在本模块中起着巩固和提高的作用。本节课内容主要有两大部分，一部分是纤维素与纤维素酶，另一部分是纤维素分解菌的分离，其中纤维素酶的作用、选择培养、刚果红染色法原理及过程是本节课特有的内容，需要学生理解和掌握。本节课题难度较大，探究性也较强，适合设计成学生参与的探究性学习课程。

2 学情分析

通过前2节课的学习，学生已对无菌操作、灭菌原理、梯度稀释、划线涂布有了一定了解，对分离目标生物的原则和过程有了初步认识，并对分离目标生物产生了初步兴趣。在此基础上，引导学生尽可能多地自主开展实践，有利于学生加深对知识的理解和运用，提高解决问题的能力。

3 教学目标

1）知识目标：简述纤维素酶的种类和作用；描述分离分解纤维素的微生物的实验过程；理解分离分解纤维素的微生物的实验操作原理。

2）能力目标：运用无菌操作等微生物培养技术，从土壤中分离分解纤维素的微生物；通过小组合作，获取信息，设计科学实验，解决实验过程中的问题，分析实验结果。

3）情感态度与价值观目标：认同取样环境的选择、严谨的实验设计、处理方法等在生物探究实验中的重要作用；认同纤维素分解菌在自然界中的作用及潜在的可利用价值。

4 教学重、难点

从土壤中分离分解纤维素的微生物。

5 教学设计思路

依据激发学生进行探究性学习的原则，“分解纤维素的微生物的分离”需用2课时完成，本教学设计为第1课时。在本节课的设计中先由教师向学生展示自己的实验结果，激起学生对纤维素和纤维素酶的兴趣。在此基础上提出从使卷烟纸消失的土壤中原位分离纤维素分解微生物的问题，和学生一起完成分离的步骤及注意事项，使学生对整个实验有完整而清晰的认识。课后,学生结合课堂内容及上节课的经验，按事先分好的小组进行实验流程和细节的讨论，并实施实验，教师适时给予指导。若干天后的第2课时，各个小组进行实验结果展示、问题讨论，教师参与讨论并点评。通过教师引导，学生亲身参与实践，加强科学探究、理性思维等素养的培养。

6 教学流程

6.1 发生在土与纸之间的秘密——设谜导入，提出问题

教师展示：卷烟纸消失实验的设计及结果。

表1 卷烟纸消失实验设计表

图1 卷烟纸消失实验结果

依据呈现的实验结果，教师提问：

1）B1、B2中的卷烟纸去哪里了？给大家3 min进行讨论。学生：思考、按小组相互讨论，进行各种猜测。教师：根据学生的讨论情况，追加提示性的提问：纸的主要成分是什么？土壤中有什么？

通过思考和讨论，以及教师的引导，学生认识到纸张的主要组成成分是纤维素，纤维素是由葡萄糖分子聚合而成的，土壤中的某些微生物分解了卷烟纸。

2）土壤中的某些微生物为什么能分解纤维素？学生：思考并按小组相互讨论。

教师根据学生的讨论情况依次展示纤维素、纤维素酶的结构图，以及纤维素被纤维素酶分解的过程。

6.2 分解纤维素的微生物的原位分离——解决问题

教师提问：大家推测是土壤中的微生物分解了卷烟纸，能否将这些微生物从让卷烟纸消失的土壤中分离出来？如何分离？

学生：以从土壤中分离分解尿素的微生物为基础，思考并分组讨论从B1、B2土样中分离分解纤维素的微生物的方法和过程。

教师讲解：要从卷烟纸消失的原位分离分解纤维素的微生物，首先要做的是取样。

6.2.1 土壤取样

教师提问：通过卷烟纸消失实验已经知道B1、B2土样中有分解纤维素的微生物，如何取样才能提高分离成功的概率？

学生分小组讨论并回答教师提出的问题。认识到原位分离，可以在卷烟纸消失的相应部位表层多点取样，再混匀备用。

6.2.2 选择培养

教师讲解：取完土样后是否像从土壤中分离尿素分解菌那样制备土壤悬液进行梯度稀释？如果土样中的相关微生物较少，如何采取措施保证分离成功？

学生分组讨论，认识到土壤中分解纤维素的微生物可能不像分解尿素的微生物那样多，为确保分离成功，可以取部分土样，转移到含有大量纤维素的培养基中进行培养——即选择培养，然后再进行梯度稀释和平板涂布。

教师提问：请大家思考，表1的卷烟纸消失实验是不是选择培养？选择培养基有哪些特点？如何证明选择培养是否必要？

学生分小组讨论并回答教师提出的问题。认识到卷烟纸消失实验是一种特殊的选择培养，本实验的选择培养基以纤维素粉为主要碳源。可以设计实验探究从卷烟纸消失部位原位分离分解纤维素的微生物是否有必要进行选择培养。

6.2.3 梯度稀释

教师引导学生说出梯度稀释的过程、注意事项。

6.2.4 平板涂布

教师提问：稀释之后便是平板涂布，请思考以下问题：每个梯度至少涂布几个平板？温度设为30℃的依据是什么？对照如何设置？鉴别培养的特点是什么？如何进行鉴别？

学生分小组讨论，并形成本组意见。教师使学生理解鉴别培养基是固体的,以纤维素为主要碳源。从文献可知刚果红可以与纤维素分子结合形成红色复合物，当纤维素被纤维素酶分解后，这一复合物就无法形成，培养基中就会出现以分解纤维素的微生物为中心的透明圆圈，以此鉴别。设置的温度有利于微生物的繁殖和纤维素酶发挥作用。每个稀释度至少需3个平板，对照以等量的无菌水代替。

教师提问：刚果红染色有2种方法，一种是先进行分解纤维素的微生物的培养，然后再加入刚果红进行颜色反应。另一种是在倒平板前即加入刚果红，混匀，倒平板，再进行接种培养。请分析2种方法的优、缺点？你会选择哪一种方法？

学生分小组讨论并回答教师提出的问题。认识到2种方法各有利弊。前者可鉴别，不可纯化，后者可鉴别，也可纯化，应根据自己的实验目的选择合适的方法。

6.2.5 挑选菌落

教师讲解：培养一段时间后，挑选产生明显透明圈的菌落，一般即为分解纤维素的菌落。

提问：在实验过程中如何判断制作的培养基是否合格?选择培养基是否筛选出菌落？

学生讨论并总结得出，对照的培养基在培养过程中没有菌落生长则说明培养基制作合格。如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能获得了分解纤维素的微生物。

6.3 师生小结，承上启下

师生共同总结：围绕卷烟纸消失这一现象，发现问题、分析问题，以从原位分离分解纤维素的微生物为目的，进行实验设计，分步完成分离过程。通过讨论明白：土壤取样要注意哪些事项，选择培养是为了什么目的，染色需要注意哪些事项等。

教师布置任务：本节课已经知道了分离分解纤维素的微生物的整个过程和相应的思考方式。学生能否证明分解卷烟纸的微生物来自土壤而非空气中？能否设计最严格的原位分离实验，得到分解纤维素的微生物？任何理论都需要实践的检验，请学生课后以组为单位，设计并执行本组探究实验，3周后进行结果展示（第2课时）。

7 总结

整个教学设计以实践探究的思想激发学生进行思考和行动（除本实验的设计之外，还引导学生自己设计实验验证选择培养的必要性；微生物的来源；严格的原位分离），通过对教师自己所做实验的共同分析和精心设置的系列问题，将抽象的知识具体化、实践化，化解学习的难度。同时，渗透实验教学的对照思想、重复原则、严谨态度，以提高学生的科学探究和理性思维能力，对学生的长远发展产生积极影响。

致谢：在土壤取样过程中得到了周斌老师的大力协助，在刚果红染色步骤中得到了安军老师的悉心指导，在此表示感谢！

［1］顾方媛，陈朝银,石家骥，等.纤维素酶的研究进展与发展趋势.微生物学杂志，2008，28(1):83.

［2］史玉英,沈其荣,娄无忌，等.纤维素分解菌群的分离和筛选.南京农业大学学报,1996，19(3):59.

（E-mail:dongribaihualin@139.com）