“发现身边的微生物”实验设计与实施

赵 竹（北京师范大学实验华夏女子中学 北京 100032）

微生物在生物圈中占有重要地位，与人类生产和生活的关系密切。《义务教育生物学课程标准（2011年版）》［1］在“生物的多样性”主题中，要求学生能描述真菌、细菌的主要特征及其与人类的生活关系，并建议开展“观察酵母菌和霉菌”等实验活动；在“生物技术”主题中，要求学生掌握细菌、真菌等类群的重要概念。学生对微生物、细菌和真菌等术语早已耳闻目睹，甚至知道形态差别显著的酵母菌和蘑菇属于微生物不同的类群。但学生对微生物知识知之甚少，仍有许多疑问亟待解决。北师大版《生物学（八上）》［2］在有关章节中，提出的“发现身边的微生物”建议活动，很适合学生通过探究实验解决一些问题，但因实验设备条件所限，实验准备工作复杂，以及教材对微生物个体的形态结构描述得多、而对不同微生物菌落的识别方法介绍得少等原因，教师对选择和开展这项探究实验活动尚有困难。笔者在初中开展的生物学研究性学习活动中，带领兴趣小组学生开展“发现身边的微生物”等实验探究活动，取得较好的教学效果。

1 实验方案设计

由于学生是初学微生物学知识，笔者遵循从已知到未知、从感性到理性、从理性到实践的认知规律，将“发现身边的微生物”的探究实验活动分3 个阶段完成（表1）。

表1 “发现身边的微生物”探究实验的活动安排

2 实验实施与结果观察

2.1 制作对照组菌落样本

2.1.1 对照组菌落样本制作方法 许多细菌和真菌是病原微生物，为保证安全，笔者选择大肠杆菌（或乳酸菌）、酵母菌和霉菌作为实验材料。制作大肠杆菌、酵母菌和霉菌菌落样本的操作步骤包括：纯种菌液稀释、平板涂布接种、培养与观察记录等。学生接种和培养平板菌落样本，并以此为标准对照鉴别与区分实验组菌落样本。要求培养基平板上无杂菌污染，菌落分布稀疏、不重叠，形态特征明显而易于鉴别。

为获得预期实验效果，事先在接种室的超净工作台或简易接种台上，对学生进行无菌操作技术训练。采用稀释涂布法，获得大肠杆菌和酵母菌的单一菌落平板。在研究性学习活动时，各个小组成员要在规定时间内依次完成下列工作：1）在超净工作台的无菌区，将1 滴大肠杆菌浓菌液滴入离心管中，加入2 mL 无菌水充分摇匀，再将少许稀释菌液倒在培养基平板上，涂布成均匀的薄层；2）用无菌水稀释酵母菌液，用涂布法将酵母菌稀释液接种到培养基平板上；3）将接种针在酒精灯火焰上灼烧灭菌，挑取少许青霉的孢子（或菌丝），用划线法接种至培养基平板上；4）将接种的培养基平板分别作好标记，倒置于培养箱进行菌落培养，每天定时观察并记录菌落形成状况。

2.1.2 初识3 类微生物的菌落特征 实践表明，菌落的颜色、大小、透明度、边缘等特征比较明显，学生通过观察与比较，能初步认识细菌、酵母菌与霉菌之间的菌落差异（图1，本文附图见封四），3 种微生物类群的菌落差别归纳为表2［3］。

表2 3 类微生物菌落特征的比较

科学概念是对一类事物共同的、本质特征的概括，笔者借助学生制作的不同菌落的平板，使其真正理解各类微生物的典型菌落形态及特征；通过多媒体，向学生展示多样的微生物群落图片，丰富学生对不同微生物菌落的感性认识，进而通过表格形式进行比较，帮助学生将对微生物菌落的感性认识上升为理性认识，为进一步对实验组样本的鉴别奠定必要的知识基础。

2.2 制作实验组菌落样本

2.2.1 分组采样 人类赖以生存的空气中，有很多来自扬尘、水滴和动物皮肤脱落物携带的微生物，动物口腔内的微生物则通过咳嗽、喷嚏等方式进入空气，这些微生物可附着在空气中的气溶胶粒表面，并借风力到处传播，再附着在各种物体表面，因此，人们的生活环境中确实存在着多种多样的微生物。

通过菌样采集（接种）、菌落培养和菌落鉴定等实验法，探索问题解决的答案。身边微生物的接种活动是实验探究过程的关键，需要每个学习小组在课余或课外时间完成。为此，笔者发给每组6套经灭菌处理的普通培养基（SM）平板（平皿），由小组成员讨论决定菌样采集时间、地点、来源和接种方法，各自对实验组样本的培养结果作出“有没有、多与少”的预测。接种后，要妥善保管并尽早送到实验室的培养箱里，与对照组菌样放在一起培养，定时观察和记录。4 个小组8 名成员采集的12 个实验组菌样情况见表3。

表3 小组成员采集的身边的微生物实验组菌样

2.2.2 实验数据分析 在适宜的温度等条件下，微生物在培养基上迅速繁殖而形成菌落，不同微生物生长和繁殖的温度条件有所不同。由于培养箱数量少，只能将所有已接种的培养基平板置于同一个培养箱内，条件设置为28℃培养24 h 和37℃培养24 h。各小组采集的身边的微生物实验组菌样如图2。教师叮嘱学生避免到可能存在病原微生物的场所采集菌样。

分析数据并得出结论的环节，是对学生进行科学思维和技能训练的有利时机。教师先让各小组根据实验预测与数据之间的差异，提出“意外”问题并开展讨论，通过组间交流取得共识。问题包括：在不同条件下，微生物有哪些种类？不同类群微生物的数量如何？微生物的类群分布是否均匀？原因是什么？什么环境或物品更“干净”些？结果与预期是否一致？人的口腔中至少有500 多种细菌，数目多达2 000 亿个，为什么人不生病？微生物都有害吗？长时间未清洁的冰箱低温储藏室（4℃）为什么也存在种类颇丰的微生物？实验结果与预期不符的原因是什么？学生对上述问题基本能作出合理解释，例如，学生通过制作不同种类的微生物平板，可宏观区分酵母菌、细菌和真菌的群落，初步鉴别和判定实验组微生物的种类及相对数量的多少；霉菌孢子数量多、质量轻，适于空气传播，因此操场、树荫下霉菌数量偏多；人的双手接触带菌物品或液体机会较多，体表和体温为细菌繁殖提供适宜条件。由于主观认知的偏差，学生对实验样本中菌落数量的多少会有分歧，但并不影响微生物类群的鉴别。对实验数据的合理解释，意味着实验数据是真实可信的。因此，通过数据分析而得出的结论：“人们身边存在着多种微生物”具有可靠性。

作为实验教师，为了协助任课教师顺利开展微生物学实验教学，在学校的大力支持下，充分开发和利用校本资源，组织兴趣小组开展微生物探究性学习活动，选取大肠杆菌、酵母菌、白毛霉和青霉等菌种，让学生亲自制作液体或固体培养基，接种和培养这些对身体无害的微生物，显微观察细菌和真菌细胞，识别细菌、酵母菌和霉菌的菌落，实验探究日常用品和环境中的微生物类群，并尝试接种和栽培蘑菇等。兴趣小组安排“发现身边的微生物”的活动时间先于班级实验教学，不但为实验教学的开展提供必要的实验资源保障，而且为实验教学实施培训一批实验小助手。

得出实验结论后，让学生思考“发现身边的微生物”实验探究活动的意义。学生议论纷纷，最终统一到卫生与健康的关系上，尤其认识到维护公共场所卫生，增进公民身体健康，是每个公民应尽的责任。