《分离纯化大肠杆菌的模拟操作》教学设计

李鹏程

一 教材分析

（一）教材分析

“分离纯化大肠杆菌”是选修1专题2“微生物的培养与应用”中的课题，它是在学习完“微生物培养基”“无菌技术”“配置培养基”等过程之后，进一步全面深入学习微生物培养的基础知识和基本操作技术，是对前面所学内容的深化理解和实际应用，同时，也是后续课题的基础。比如，“土壤中分解尿素细菌的分离与计数”、“分解纤维素微生物的分离”等课题都会用到本堂课所学的内容。

本节课的学习两个困难：1、微生物极其微小，很多对人体有害，操作不当极易污染环境，伤及操作者。而且微生物培养的操作难度高，需要严格的无菌操作台和严格的无菌操作，因此直接去实验室操作容易造成危险； 2、由于细菌肉眼不可见，在实际教学中，学生很难理解平板划线法和稀释涂布法两种接种方法的原理，也就是两种方法是如何把菌种分离出来的，对原理不理解，引发对操作步骤和细节的迷茫。

基于以上两点，笔者通过3组模拟操作和多媒体视频展示等，搭建认知脚手架，帮助学生潜移默化的理解和消化相关的原理，操作步骤。

二 教学目标

1、通过学习混杂菌种中分离纯化出纯净菌种，建立“获得纯净微生物是发酵工程的基础”这一生命观念（生命观念）。

2、深刻理解分离纯化的基本思路是：混杂的微生物群→分散成单个细胞→获得单个菌落，掌握分离纯化的基本科学思维方法。

三 教学重点、难点

1、理解平板划线法和稀释涂布平板法的分离、纯化原理。

2、掌握平板划线法和稀释涂布平板法的操作步骤。

四 教学策略

立足于新课程标准提出的“核心素养为宗旨”、“内容聚焦大概念”、“学习过程重实践”等理念，以通识资料为背景创设主题式情境，组织学生进行问题探究。

通过分离沙粒的模拟实验，纸质圆盘划线的模拟实验，红墨水涂布的模拟实验，让学生在活动中潜移默化的感悟科学知识，在探索中发展学生的科学素养和科学思维能力；在问题导学中，提升学生提出问题、解决问题的科学探究能力。

基于以上设计思想，将三种教学方法有机整合：

（一）主题式情景：基于情景教学理念，展示大肠杆菌的相关资料，并将本堂课设计成“如何操作才能从混杂菌中，重新获得纯净的大肠杆菌菌种？”这一具体的情景，将知识情景化。整堂课自始至终围绕一条主线而展开，这是整堂课的躯干。其他教学内容学习，都潜移默化的整合在这一主题式情景，逐步推理，循序渐进，渐入佳境。这样，从整体到局部，先了解全貌，再深究细节，学生也较易把握整个课堂的发展脉络，这有助于凝聚学生的注意力。

（二）问题导学：本节课主要运用 “问题导学”模式进行教学。问题始终是知识组织的缘由、依据和核心，是思维的起点和动力。问题能激发学生探究的兴趣，引导学生交流、探讨。问题的解决过程是获取知识，发展能力的过程。为了解决“如何操作才能从混杂菌中，重新获得纯净的大肠杆菌菌种？”这一主线问题，随之会遇到“如何分离成单个菌”，“单个菌如何繁殖成菌落”等层层递进的子问题。在解决主线问题和诸多 “子问题”的过程中，顺理成章的学习相关理论和知识。

（三）实验模拟：用沙粒、红墨水等肉眼可见的材料等来模拟代表微观的细菌等，通过三个模拟实验来具象化学习，理解分离纯化的原理，思路和操作步骤。

分离沙粒的模拟实验：一堆沙粒代表微生物菌群，每一个沙粒代表1个细菌，理解平板划线法是如何将菌群分离成单个细菌的。

纸质圆盘划线的模拟实验：用圆形的白色纸盘模拟培养皿，学习平板划线法的操作步骤。

红墨水涂布的模拟实验：红色的墨水材料代表菌种，涂布红墨水，来掌握稀释涂布法的操作步骤。

五 教学过程

（一）主题情景式导入教学

展示图片和资料：大肠杆菌是人体肠道中含量最多的菌群。由于其繁殖快、易培养，遗传物质相对较少，是常用的转基因工程菌。曾报道利用大肠杆菌合成胰岛素、干扰素等基因工程药物。2m³大肠杆菌培养液就可以提取100g胰岛素，相当于从2吨猪胰脏提取的量。

提出主线问题：有一份重要大肠杆菌菌种，因没有做好无菌处理，被空气中杂菌污染。如何操作才能从混杂菌中，重新获得纯净的大肠杆菌菌种？

设计意图：通过资料展示，创设学习情境，将学习任务情景化。用问题激发学生学习新知识的兴趣，将情景问题化。

（二）提出核心概念

通过以上学习，提出分离纯化的概念是：从混杂的微生物群体中获得只含有某一种微生物的过程。

（三）提出分离纯化的思路

引导同学们思考，分离纯化的思路应该是怎样的？然后总结提出基本思路：

（四）分散细胞的方法（接种的方法）

为了解决分离纯化的主线问题，随之遇到两个子问题，如何将微生物群分散为单个细胞？如何将单个细胞培养成肉眼可见的菌落？

首先，通过3个模拟实验，形象化的学习“如何分散”的问题。

1、分离沙粒的模拟实验，学习平板划线法的分离原理

→→

沙堆（代表混杂的菌群）→→得到单个的沙粒（代表单个细胞）

设计说明：成堆的沙粒代表混杂的菌群，毛笔代表划线的接种环，通过多次划线（从上一次划线的末端开始划），最终得到了单个的沙粒（单个的细胞）。通过该模拟实验，帮助同学们具体的，形象的理解平板划线法的原理，印象深刻。

学习完分离原理后，播放视频，观看平板划线法的操作视频，掌握无菌操作的注意事项和平板划线法的操作步骤，解决“怎么做”的问题。消化吸收总结出操作规程为：

“接种环灭菌→沾取菌液→第一区域划线→第2-5区域划线→灭菌”，

接下来，顺便解决一系列有关操作的问题串来解决“为什么这么做”的问题：

（1）为什么在操作的第一步、每次划线之前以及

划线操作结束时都要灼烧接种环？

（2）在灼烧接种环之后，为什么要等其冷却后再

进行划线？

（3）在做第二次以及以后的划线操作时，为什么

总是从上一次划线的末端开始划线？

（4）为什么划线操作结束后，要将接种的平板倒置？

参考答案：（1）杀死接种环上原有微生物，避免污染培养物；杀死残留的菌种，使下次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端，使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，以便得到单个菌落；杀死接种环上残留的菌种，避免污染环境和感染操作者。

（2）避免接种环温度太高，杀死菌种

（3）线条末端细菌的数目少，这样能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细胞繁殖而来的菌落。

（4）① 使培养基表面的水分更好的挥发；② 防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。

2、纸质圆盘划线的模拟实验，学习平板划线法的操作步骤

→→

纸质圆盘（代表培养皿、培养基）→→铅笔划线（代表接种）

设计说明：白色圆圈纸片代表培养皿，铅笔代表接种环，模拟划线操作。该实验可巩固和掌握平板划线法的基本操作步骤，实现“我会做”的目标。

3、红墨水涂布的模拟实验，学习稀释涂布平板法的操作步骤

首先，通过下图，形象展示稀释涂布平板法能够分散细胞的原理。

稀释涂布可以分离纯化得到单个菌落的原理

其次，播放稀释涂布平板法的操作视频，引导学生仔细观看，掌握无菌操作的注意事项和稀释涂布平板法的操作流程，培养学生的观察能力。并总结出操作流程是：

“涂布器消毒→滴加菌液→涂布器灭菌→涂布”

最后，通过模拟操作，来巩固和掌握操作步骤。

→→

设计说明：红墨水：代表菌种；涂布器，培养基，培养皿都为真实的物品。该实验可使学生体验接种的过程，巩固和掌握平板划线法的基本操作步骤，实现“我会做”的目标。

（五）微生物的培养

经过上述两种方法分别将微生物群分散为单个菌落。接下来遇到的问题是“如何将看不见的单个细菌变成可见的菌落？”这一子问题。然后复习回顾培养基的制备和在恒温培养箱中的培养。

六 教学评价

为考察学生对分离纯化方法的原理的理解情况，以及对操作步骤的掌握情况，可查看学生的2件作品：纸质圆盘的作品（平板划线法的模拟操作）、红色涂布作品（稀释涂布平板法的模拟操作）。也可通过课后反馈性测试，来检测学生的掌握情况。

七 教学反思

1、本节的学习存在微观抽象难理解的难点，笔者利用主题式情景和主线式问题，将整堂课围绕一个主线而展开，学生也较容易把握课堂的脉络。一堂课下来，学生学到的知识不再是支离破碎的“点状”知识，而是自始至终都整体性很强的“知识景观”。

2、尝试采用将教材中的内容，变成更加简短的视频脚本，然后录制平板划线法的操作、稀释涂布平板法的操作视频，并总结提炼步骤关键词，以文字箭头图的形式呈现，非常便于学生掌握和回忆。

3、通过模拟操作，让学生深度参与课堂，参与学习，变被动的看，为主动的回忆和动手，改善学生的学习状态。这非常利于形成学生主动参与、主动学习的教学模式，利于构建师生互动的教学氛围。

八 板书设计

以概念图的形式板书，帮助学生将所学知识结构化，以利于快速存储和提取。

→

分散成单个细胞

九 参考文献

1 中华人民共和国教育部. 普通高中生物课程标准（2017版）. 北京：人民教育出版社.

2 微生物的实验室培养——课前自主探究设计. 中学生物教学，2018（6）：52-53.

3 微课程的制作与教学实践初探--以高中生物选修1“微生物的实验室培养与应用”为例. 王丽，贵州师范大学硕士论文，2016.

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