基于小球藻进行“微生物的实验室培养”教学*

王爱东 （北京师范大学珠海附属高级中学 广东珠海 519000）

1 实验在教材中所处的地位与作用

微生物是高中生物学中重要的学习对象。微生物在医疗、环保、工农业生产等诸多领域中均得到广泛应用，与人类的关系极为密切。人教版高中生物学选修1 专题1“传统发酵技术的应用”中就用到酵母菌、醋酸菌、毛霉和乳酸菌等微生物。要认识、 研究微生物先要从群体中分离出特殊的微生物，再进行培养，因此要使用消毒灭菌、微生物接种、分离、计数及菌种保存等技术。即使分子技术手段在微生物的相关研究中广泛应用，传统的微生物实验室培养技术仍然不可或缺。人教版选修1 专题2 课题1“微生物的实验室培养”一节中就开展了相关实验技能的教学。

2 本实验的教学现状及改进策略

许多学校在开设本专题教学时，均以讲授为主，或配以视频教学，学生动手实践的机会不多。首先，因本实验属于选修内容，高考中属于选考项，导致师生对其重视程度不够。其次，学生的实验素养和动手能力也是制约本实验教学的重要因素。

为便于学生学习本节内容，除了教材例举的经典菌种——大肠杆菌外，推荐利用小球藻（Chlorella vulgaris）开展本节课教学。原因如下：1）小球藻是一种单细胞藻类，属于绿藻门小球藻属，分布广泛，具有易获取、繁殖快等优点。2）小球藻含有叶绿素等光合色素，在平板上可形成绿色、点状藻落，肉眼容易辨认，便于实验结果的观察；且易与细菌、霉菌等杂菌菌落区分，有助于学生判断平板是否被污染。3）由于水体和土壤中均富含小球藻生长所需要的无机盐、维生素等营养物质，因此可以利用土壤浸提液或者池塘水过滤液代替BG11 培养基（小球藻培养基）［1］进行小球藻的培养。从而使实验操作进一步简化，也更易推广。

3 教学过程的实施

实验教学分2 个课时： 包括一次实验技能培训课和一次研究性学习。培养微生物的实验，操作本身所需时间不长，在课堂进行；操作前准备和操作后的培养、观察，在课后进行。目的是使学生了解有关培养基的基础知识，掌握无菌技术的操作，进行微生物的培养。

3.1 第1 课时：掌握实验基本技能

3.1.1 课前准备 首先，课前组织动手能力强的学生完成BG11、土壤浸提液和池塘水过滤液等固体培养基的配制，连同清洗干净并包装好培养皿等用品进行高压蒸汽灭菌。同时对实验过程进行拍照和录制短视频，以备在课堂展示。其次，课前组织学生将倒平板、 平板划线和稀释涂布平板等3 个实验操作录制成微课。第3，将班级学生分成若干小组，每组4 人。

3.1.2 课堂组织 通过多媒体展示培养基的配制和高压蒸汽灭菌，同时分析BG11 培养基的成分。将整节实验课的操作内容划分为倒平板、稀释涂布平板和平板划线3 个部分。课堂分3 步走：带着问题阅读教材→观看微课→以小组为单位动手操作。组内某位学生在操作时，组员观察、互助。操作顺序为：①每位学生独立倒2 个平板；②等待平板凝固时小组合作完成梯度稀释，每位组员选取不同浓度梯度藻液完成一次涂布平板，接种计量为4 d 藻液；③每人独立完成一次平板划线。所有过程强调无菌操作，即在酒精灯火焰旁边进行。通过平板划线和稀释涂布平板法接种小球藻后的平板，倒置、放在普通日光灯架下培养。

3.1.3 实验结果观察、展示、交流 小球藻可在1 周后形成藻落，3 周后可形成明显的藻落。利用土壤浸提液和池塘水过滤液配制的培养基也成功培养出小球藻藻落，其中用土壤浸提液培养的结果优于池塘水过滤液，但上述2 种培养基的培养效果比用BG11 培养基稍差。部分学生的平板上除了有小球藻藻落之外还有霉菌等杂菌菌落，这些菌落是如何产生的？如何得到纯的藻落？涂布平板之前为何要对藻液梯度稀释？比较不同浓度梯度藻液涂布平板上藻落差异等。

通过对实验结果对比、交流，分析各自实验结果差异和原因所在，学习和理解培养基、消毒灭菌等有关微生物的培养的基础知识，掌握培养基的制备、高压蒸汽灭菌和接种、分离、纯化微生物等基本操作技术，初步具备运用相关技术解决生产生活中有关微生物分离、培养等实际问题的能力。

3.2 第2 课时： 研究性学习阶段 学生初次接触微生物分离、纯化技术，在他们的认知中，微生物分离、纯化技术只是单纯的实验手段，还不能作为认知手段帮助他们解决实际问题。因此引导学生利用所学实验技能开展一次研究性学习。首先引导学生关注生活，从熟悉的校园环境入手，发现问题。珠海的春季和夏季雨量充沛，雨季时发现校园内部分树木的树干、墙角处、石凳上、石桥上及竹林砖铺路面都有一层绿色，利用显微镜初步观察，发现上面长有藻类，但是藻类的种类繁多，且黏在一起难以区分。因此需要对藻类分离、纯化培养。

实验目的：熟练掌握、运用无菌技术的操作，进行微生物培养。

实验步骤：1）采样：每班学生分成若干小组，每小组4 人，每组分发一个经过消毒的小矿泉水瓶，内含20 mL 无菌水和10 g 已灭菌的沙子。将采集的藻类样品装入矿泉水瓶，用力摇匀，将黏在一起的藻类分散开，待用。每3 个小组到同一生境不同样点采样，形成平行重复。

2）制备培养基：按照配方配制BG11 固体培养基，分装至锥形瓶、密封，灭菌。取出后冷却至50℃左右，倒平板。

3）接种：将预处理的藻种按照10 倍梯度进行系列稀释，每组成员分别从不同浓度梯度的藻液吸取4 d 加入平板，进行涂布。

4）培养：将涂布好的平板倒置，置于室温、日光灯架下（光照周期为14 h∶10 h），培养3 周。

5）显微观察：引导学生根据形状、大小、颜色等区分藻落，用镊子挑取代表性藻落，制成临时装片，置于显微镜下观察、 拍照，分类和鉴定参考《中国淡水藻类——系统、分类及生态》［2］。

实验结果及分析：根据鉴定，此次实验共分离出小球藻（Chlorella vulgaris）、集球藻（Palmellococcus miniatusChodat.）、集胞藻（Synechocystissp.）、鼓藻（Cosmariumsp.）、席藻（Phormidiumsp.）、颤藻（Oscillatoriasp.）、鱼腥藻（Anabeanasp.）等20 余种藻类，其中上述藻类多数属于绿藻门和蓝藻门。

本次学习的选题依托校园自然环境，着眼于学生的兴趣爱好，让学生养成关注身边事物的习惯，激发学生学科学、 用科学的兴趣。本轮学习从选题→文献查阅→设计实验→实验实施→结果分析等环节基本上由学生自主完成，教师负责引导和辅助，充分发挥学生的主观能动性和实验操作能力。

4 实验教学效果反馈和反思

以小球藻为实验材料开展相关教学，以及从环境中分离、 纯化藻类的灵感均来自教材所学内容，有助于引导学生对所学知识灵活运用。学生利用小球藻为实验材料，使微生物分离、 纯化、计数，以及无菌操作等技术更容易操作和达成，实验结果明显，一次性成功率达到90%以上。

教学中教师根据本地的地理环境特点，充分利用校园的藻类资源，开展研究性学习，契合了杜威“从做中学习，从经验中积累知识”的主张。生物学是一门实验科学，实验教学不应沿用教师讲、学生被动“受”的模式。实验教学不要只满足实验技能的纯粹掌握，重点应是对其灵活运用，研究性学习是一个很好的途径。研究性学习有助于学生深入理解科学探究的各个环节，并掌握科学探究的具体步骤。学习过程中提高了学生查找文献、设计实验能力，并熟练应用各种微生物实验技能。探究过程充分发挥学生的自主性、能动性和创造性。在学习知识、掌握技能的同时，也培养了学生的生物学核心素养。