小学科学校本教学课例——微生物的“秘密行动”

陈婉婷

(天津经济技术开发区国际学校 天津 300457)

2020年初，始新冠疫情突发，举国上下勠力同心对抗新冠病毒，出门佩戴口罩也成为了生活常态。在此特殊的时代背景下，孩子们对“病毒”这一概念产生了强烈的好奇心，科学教师要肩负起向学生科普病毒等微生物的相关知识，因此，STEAM课程——微生物的“秘密行动”应运而生。

一、教学目标

（一）科学概念目标

1.知道微生物的存在，了解微生物是如何产生的。

2.知道微生物是如何传播与繁殖的，了解流感爆发的途径。

3.了解常见微生物的分类和形态特征。

4.知道简单的消毒与灭菌方法，了解发酵酸奶和馒头的条件与方法。

（二）科学探究目标

1.能观察到生活中与微生物相关的现象，并提出问题。

2.学会使用显微镜，借助显微镜解决研究中的实际问题。

3.能设计并实施实验来验证观点，并对实验结果进行简单的分析与诠释。

4.通过探究实验找到发酵的最佳条件，并学会使用乳酸杆菌发酵酸奶，使用酵母菌发酵馒头。

（三）科学态度目标

1.初步形成对微观世界的正确认识，对微生物研究历史及相关科学家的故事产生浓厚兴趣。

2.善于从生活实际中发现问题，产生进一步探究的兴趣，养成实验探究的精神。

（四）科学技术与社会环境目标

1.知道微生物与人类的密切关系，了解微生物对人类生产和生活的影响。

2.树立良好的卫生习惯，勤洗手，公共场合佩戴口罩，注意饮食卫生。

二、课程内容

第一课（2课时）

1.核心问题：微生物是怎样产生与传播的？

2.情境创设：美味的食物掉在地上了，快速捡起来还能继续吃吗？

学生观点一：只要快速捡起来，把脏东西除掉，就可以继续品尝美食。

学生观点二：即便是快速捡起来，也不能继续吃，因为脏东西非常小，有的小到肉眼都看不到，无法确保全部去除干净，不干净的东西吃到肚子里会影响健康。

总结：有一群无处不在的微小生物，它们种类繁多，数量更是不计其数，对我们的生活产生了极大的影响，这就是微生物。

3.科学家的故事：巴斯德的鹅颈瓶实验[1]

法国微生物学家巴斯德进行了著名的鹅颈烧瓶实验。

实验步骤：将肉汤分别灌进普通烧瓶和鹅颈瓶里，煮沸、冷却。瓶口敞开，使外界的空气可以与肉汤表面接触，自然放置。

实验现象：过了三天，第一个烧瓶里就出现了微生物，而第二个烧瓶内的肉汤放置数年仍然清澈透明，没有变质和产生微生物。

实验结论：生物只能源于生物，非生命物质绝对不能随时自发地产生新生命。这一观点称为“生生论”，推翻了“自然发生论”。

4.实验一：微生物是怎样产生的？

材料：透明弯曲的细吸管，锥形瓶，气球，透明胶带，水，小喷瓶，色素，牛奶

任务：（1）学生根据教师提供的材料，小组合作设计并制作一个简易鹅颈瓶模型，并将牛奶封入瓶中。（2）用色素水模拟微生物，使用装有色素水的小喷瓶在瓶口处喷洒，挑战色素水能否进入鹅颈瓶内部，从而接触到牛奶。

现象：色素水只能到达第一道转弯处，无法接触到牛奶

结论：正是因为鹅颈瓶的特殊结构，导致微生物无法进入瓶内，使瓶内的食物得以长期保存。重现了巴斯德的鹅颈瓶实验，验证了“生生论”。

5.实验二：我们是如何帮助微生物传播的？

材料：涂有荧光粉的玩偶，一次性手套

任务：（1）请学生佩戴好一次性手套，依次触摸玩偶，每人5秒即可。

（2）自由活动五分钟。

（3）用紫外灯照射学生的手部和周围环境，寻找哪些地方有荧光出现。

现象：学生的手部，文具，书本，桌面等处都发现了荧光痕迹。

（教师向学生解释事先在玩偶上涂了荧光粉，本实验使用荧光粉模拟微生物）

结论：微生物看不见摸不着，却无处不在，不经意间传播到四面八方。

6.实验三：为什么要勤洗手？

材料：洗手液，载玻片，盖玻片，镊子，胶头滴管，烧杯，显微镜，自来水

任务：（1）实验组：用洗手液洗手；对照组：不洗手

（2）用胶头滴管在掌心处滴5-10滴水，将水滴在掌心处晃动。

（3）两组同学分别将手上残余的水滴到洁净的载玻片上，用镊子和盖玻片等工具制成临时装片，并置于显微镜下观察。

现象：洗手的实验组在视野中较为洁净，无明显杂质；未洗手的对照组在视野中杂质较多。

结论：教师为学生讲解，由于使用的显微镜放大倍数较低，并不能看到手上的微生物，视野中所见内容为手中的杂质，但这足以证明洗手能及时清洗掉手上的微生物，因此要勤洗手。

提升环节：为学生准备体积较大的常见微生物——酵母菌，加水稀释后制成临时装片，置于显微镜下观察酵母菌的形态。

7.科学家的故事：列文虎克与显微镜[2]

1647年，荷兰人列文虎克一生磨制了400多个透镜，利用能放大50～300倍的透镜，清楚地看见了细菌和原生动物，他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。

第二课（2课时）

1.核心问题：如何防控流感大爆发？

2.情境创设：我们生活的小镇上发生了严重的流感大爆发，你是小镇科普宣传员，为了让小镇居民更好地了解流感，你想为小镇居民科普哪些流感知识呢？

3.活动一：流感病毒通缉令

学生使用教师提供的材料制作一个流感病毒的模型，并明确各部分结构的作用。

材料：彩色轻黏土，棉签，扭扭棒，带切口的乒乓球

任务：（1）将轻黏土涂在乒乓球外表面——模拟病毒外壳

（2）将数根棉签从中间折断，插在轻黏土表面——模拟外壳表面的细胞识别物质

（3）将扭扭棒旋转成螺旋形，从切口处放入乒乓球内部——模拟病毒的遗传物质

结论：病毒的形态各异，是一种非细胞结构。病毒都含有遗传物质（DNA或RNA），蛋白质衣壳（包裹和保护遗传物质），且能通过表面特殊结构识别并入侵细胞（正如钥匙开锁一样）[3]。

4.活动二：流感病毒繁殖有多快？

任务：用绿豆模拟病毒，完成病毒的计时繁殖，通过视觉直观感受，使学生理解其繁殖速度之快，繁殖多代后数量之庞大，及其繁殖数量呈指数增长的特点。

已知细菌20-30分钟即可复制一代，病毒虽增殖方式较为复杂，但其繁殖速度同样很快。现假设病毒数量每一小时翻一倍，请小组合作探究经过24小时之后，一个病毒变成了多少病毒。（暂不考虑失活）

材料：绿豆，计时器

任务：将时间快进60倍，以一分钟模拟一小时，用绿豆数出每个时间节点新产生的病毒数量。（数量过多时可用数字记录代替实际数绿豆）

现象：

时间（小时） 1 2 3 4 5 6 7 8病毒数量（个） 2 4 8 16 32 64 128 256时间（小时） 9 10 11 12 13 14 … N病毒数量（个） 512 1024 2048 4096 8192 16384 … 2n

结论：在适宜的条件下，病毒繁殖速度非常快，数量庞大，呈现指数形式增长。

5.活动三：公共场所为什么要戴口罩？

材料：A4纸，喷壶，色素，水，口罩

任务：一名同学扮演病毒携带者，用喷壶喷洒色素水模拟飞沫传播；一名同学扮演健康者，用A4纸模拟飞沫接触。两人面对面间距1米，实践检验在佩戴或未佩戴口罩的情况下，病毒的传播情况，比较健康者被传染的可能性大小。（病毒携带者佩戴口罩即为用口罩遮住喷头，健康者佩戴口罩即为用口罩遮住折叠后的A4纸）

（1）两人均未佩戴口罩

（2）病毒携带者未佩戴口罩，健康者正确佩戴口罩

（3）病毒携带者正确佩戴口罩，健康者未佩戴口罩

（4）两人均正确佩戴口罩

现象：A4纸染色程度：a＞b＞c＞d

结论：健康者被传染的可能性a＞b＞c＞d，因此得出结论：在公共场合需正确佩戴口罩，并尽量保持分散。

6.科学论坛：我们如何对抗流感？

观点一：咳嗽，打喷嚏，流鼻涕，发烧，都是我们的身体在对抗病毒。

观点二：日常生活中，我们也要做到勤洗手，勤通风，多保暖，戴口罩等

观点三：接种疫苗

7.科学家的故事：爱德华·琴纳与天花病毒[4]

英国乡村医生爱德华·琴纳发现，一些挤奶工的手上常常有牛痘，而有牛痘者全都没有患上天花。于是他从一位挤牛奶女工手背上的牛痘里吸取少量脓汁，接种在一名儿童身上。2个月后，他又给这名儿童接种天花病毒，结果该儿童并没有出现天花的症状。1798年，他发表了著名论文《关于牛痘的原因及其结果的研究》，牛痘接种法正式诞生。

第三课（4课时）

1.核心问题：怎样建立微生物虚拟博物馆？

2.情境创设：由于在疫情防控中的优秀表现，你们受到相关部门的邀请，请搜集资料，了解更多微生物知识，发挥自己的创造力，建立一个微生物虚拟博物馆。

3.活动一：微生物见面会

学生课前查找资料，于课上以第一人称，选择并扮演一种微生物，在“微生物见面会”上进行自我介绍，分享自己的名称、类别和形态特点，并制作微生物名片。

病毒类：（1）烟草花叶病毒（2）大肠杆菌噬菌体（3）HIV病毒（4）流感病毒（5）狂犬病毒（6）水痘病毒（7）埃博拉病毒

细菌类：（1）大肠杆菌（2）球菌，杆菌，螺旋菌

真菌类：（1）蘑菇（2）金针菇（3）酵母菌（4）青霉（5）曲霉

4.活动二：创建微生物虚拟博物馆

学生根据自己查阅的资料，并聆听其他同学的分享，用硬纸白卡和轻粘土创作各类微生物的名片和模型。

5.活动三：故事会——噬菌体与大肠杆菌的殊死较量

学生课前查找资料，以故事分享的形式讲述噬菌体对其宿主大肠杆菌的入侵，在其体内的繁殖，以及最终使其破裂的过程。

（1）场景一（入侵）：噬菌体识别细胞，蛋白质外壳留在细胞外，遗传物质进入大肠杆菌的细胞内部，实现入侵。

（2）场景二（增殖）：利用大肠杆菌的细胞器，通过一系列的步骤，进行增殖。

（3）场景三（破裂）：增殖到一定数量后，导致其宿主大肠杆菌死亡并破裂，释放出里面的病毒，新一代病毒开始新的生命旅程。

第四课（2课时）

1.核心问题：如何制作美味的酸奶？

2.情境创设：酸奶是你最爱的美食了，但是爸爸妈妈每天都帮你买新鲜的酸奶很辛苦，如何说服妈妈为你购买酸奶机和菌种，这样你就可以在家自制美味的酸奶了？

3.科学论坛：酸奶为什么有益身体健康？

观点一：乳酸菌能把鲜牛奶中的乳糖转变为乳酸。使人体消化腺分泌更多的消化液，促进消化，增进食欲。

观点二：抑制肠道内细菌繁殖，且不会出现乳糖不耐受。

观点三：促进蛋白质和钙的消化吸收。

4.活动一：酸奶机如何制作酸奶？

材料：酸奶机，酸奶发酵菌粉（双歧乳酸杆菌型），纯净水，鲜牛奶。

任务：用刚烧开的沸水将酸奶机内胆冲烫消毒一分钟以上。

向容器中加入鲜牛奶750毫升和酸奶发酵剂一克，搅拌均匀。

40℃左右发酵数小时直至酸奶成为固体状态。

结论：酸奶是用鲜牛奶加入乳酸菌经过恒温发酵制成的。

5.活动二：寻找生活中的发酵产品

（1）乳酸菌发酵产品：酸奶，泡菜

（2）曲霉类发酵产品：酱油，腐乳，酒精

（3）醋酸杆菌发酵产品：醋

（4）酵母发酵产品：馒头，面包，酒精

（5）谷氨酸棒状杆菌：谷氨酸（味精原料为谷氨酸钠）

（6）青霉菌：青霉素

（7）链霉素：维生素B12

……

6.科学家的故事：巴斯德与巴氏消毒法[5]

1865年，法国科学家路易斯·巴斯德发明了一种能杀灭使啤酒和葡萄酒变酸变质的乳酸杆菌，又不把酒煮坏、影响其口感的消毒灭菌方法，即巴氏消毒法。如今，此方法广泛运用于牛奶的消毒灭菌，第一种是将牛奶加热到62℃-65℃，保持30min；第二种方法将牛奶加热到75℃-90℃，保温15s-16s。巴氏杀菌乳即杀死牛奶中各种致病菌，保留有益菌和营养物质的乳品，保质期较短，需冷藏保存。

第五课（2课时）

1.核心问题：怎样发酵出松软的馒头？

2.情境创设：你和家人出去郊游，带了美味的面包作为午餐，但是因为包里被许多东西塞得满满的，到达目的地后你发现面包已经被压扁了，松软的面包是如何制作出来的？为什么面包内部是松软多孔的？

3.活动一：探究酵母发酵的最佳条件。

材料：市售干酵母，温水，100毫升锥形瓶，气球，面粉，白砂糖，电子秤，称量勺，称量纸，50毫升量筒

实验计划：

实验材料组别 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组面粉5克 √ √ √糖5克 √ √干酵母1克 √ √ √ √水50毫升 温水 温水 温水 冷水 冷水

第1组未加入酵母，为空白对照组；第2-5组为实验组，其中第2组和第3组相对比，可探究出酵母菌发酵过程中喜欢的食物为面粉还是糖。第2组和第4组，第3组和第5组相对比，可探究出酵母菌发酵过程中适宜使用冷水还是温水。

步骤：（1）先向锥形瓶中加入对应的面粉，糖，干酵母。

（2）加入水并迅速套上气球

（3）观察并比较各组气球大小的变化

现象：第3组迅速产生大量气体，气球迅速膨胀。

气球大小对比：3＞5＞2＞4＞1

结论：酵母菌对糖类的利用效率更高，伴随着酵母菌的生命活动，会产生二氧化碳等气体，这也是馒头、面包松软多孔的原因。因此，面粉发酵过程中，宜加入少许白砂糖，并在适宜温度下发酵一段时间。

4.活动二：发酵馒头实验

材料：面粉，温水，白砂糖，干酵母，保鲜袋，一次性手套，实验用圆盆

步骤：（1）加入适量面粉，酵母，糖，充分搅拌

（2）加入适量温水，揉成面团

（3）将面团装入保鲜袋，室温发酵30分钟

现象：面团体积变大，面团内部有丰富的孔隙。

结论：使用酵母菌可发酵制作出美味的馒头

三、课程评价[6]

课程评价共分为五项，每项20分，满分100分。

1.发现问题：善于观察，能够在实际生活情境中发现问题，所提出的问题有创新性和探究意义，且对生活和学习情境有所改进与创新。

2.设计方案：善于运用工程师思维，思考解决方案或设计探究活动，思路清晰，可操作性强，创意度高。

3.资源整合：能够从多种渠道搜集有效信息，实验材料等课程资源并合理利用，帮助解决所研究的问题。

4.解决问题：实验操作中技术运用熟练，动手能力强，解决问题思路清晰，小组分工明确，完成效率高，目标达成度高。

5.科学素养：善于表达，乐于分享，勤于合作，勇于承担。