基于STEM理念的初中基礎(chǔ)型微生物實(shí)驗(yàn)課程初探

王朝霞

摘 要：本文在STEM理念的基礎(chǔ)上主要對(duì)微生物實(shí)驗(yàn)的基本概念、培養(yǎng)學(xué)生基本能力、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。不僅培養(yǎng)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中探究與實(shí)踐能力，提高學(xué)生的操作技能與學(xué)科知識(shí)，也為教學(xué)提供一種思路。

關(guān)鍵詞：初中;實(shí)驗(yàn)課程;微生物

【中圖分類號(hào)】G【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1008-1216（2020）04B-0105-02

一、基本概念

通常情況下，活的細(xì)菌是微生物實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，大部分是條件致病菌、病原菌或致病菌。所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需要樹(shù)立無(wú)菌觀念，保證自身安全以后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，為保障學(xué)生安全，大腸桿菌只作為初期教學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)象。此外，為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要將環(huán)境中的雜菌進(jìn)行排除，如在無(wú)菌條件下進(jìn)行菌種接種、分離、培養(yǎng)基的分裝等操作。

沒(méi)有活的微生物的狀態(tài)即無(wú)菌。可以采用無(wú)菌技術(shù)達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)，其目的就是防止微生物污染。無(wú)菌技術(shù)需要特別關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1.是需要使用無(wú)菌的操作臺(tái)、無(wú)菌的操作設(shè)備等，對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行過(guò)濾細(xì)菌、消毒措施。

2.是無(wú)菌環(huán)境。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)大多數(shù)是在酒精燈無(wú)菌環(huán)境下開(kāi)展。對(duì)于要求較高的實(shí)驗(yàn)，需要配備專用工作臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件是無(wú)菌操作，為了避免污染事故與實(shí)驗(yàn)室感染的情況發(fā)生，必須嚴(yán)格執(zhí)行、遵守?zé)o菌操作。

二、培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)能力

以“培養(yǎng)基分裝技術(shù)”為例，每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前需要明確自身的任務(wù)，基于已學(xué)習(xí)的配置培養(yǎng)基的知識(shí)，進(jìn)入無(wú)菌理念，利用高壓蒸汽進(jìn)行滅菌操作。然后層層深入，通過(guò)提問(wèn)的方式，讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)無(wú)菌操作、無(wú)菌器具等知識(shí)，從而使學(xué)生學(xué)習(xí)并且認(rèn)知無(wú)菌技術(shù)。另外，教師可先進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，再讓學(xué)生更直觀地學(xué)習(xí)需要注意的細(xì)節(jié)。在模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生將錯(cuò)誤的操作總結(jié)出來(lái)并且提出正確的操作方法以及尋找出其中的其他問(wèn)題。在學(xué)生掌握了基本的操作要領(lǐng)過(guò)后，讓學(xué)生動(dòng)手操作培養(yǎng)基分裝實(shí)驗(yàn)，然后教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作指導(dǎo)點(diǎn)評(píng)。在實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，學(xué)生對(duì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)并分享實(shí)驗(yàn)中獲得的心得。課堂教學(xué)時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，參與知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程中，逐漸讓學(xué)生掌握技能，秉承以學(xué)生為主的教學(xué)理念，課堂的主人是學(xué)生，教師則是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的引導(dǎo)者與組織者。

三、實(shí)驗(yàn)操作與課題選擇

在眾多生物研究對(duì)象中，雞的生物學(xué)特征具有獨(dú)特性，其成為了研究的模式生物。有的學(xué)說(shuō)提出恐龍的記憶基因存在于雞的脫氧核糖核酸中，這讓大多數(shù)學(xué)生產(chǎn)生了興趣。因?yàn)殡u作為哺乳類與爬行類的中間物種，在學(xué)習(xí)生物遺傳學(xué)時(shí)，學(xué)生研究雞的胚胎發(fā)育是非常有必要的。此外，學(xué)生對(duì)生物的認(rèn)知還可以通過(guò)胚胎可視化而所有提高。農(nóng)田里的雞大多數(shù)學(xué)生都見(jiàn)過(guò)，但是卻很少有學(xué)生清楚雞蛋孵化。為了解決學(xué)生的這一疑惑，20名初一學(xué)生與2名教師開(kāi)啟了“無(wú)殼雞蛋孵化”的課題。

（一）制備方法與實(shí)驗(yàn)

研究材料是養(yǎng)殖場(chǎng)保種的40枚受精卵，自然受精、自由交配，具有致病菌少、成活率高、孵出率高的特點(diǎn)。在孵化兩天以后，是否受精可以通過(guò)有無(wú)血管和心跳判斷;實(shí)驗(yàn)所需要用到的培養(yǎng)容器是透明注塑杯且口徑帶蓋加厚，杯蓋、杯身規(guī)格如圖1所示。使用電烙鐵在瓶口80毫米處烙出一個(gè)通氣孔，直徑在1.5厘米左右，用脫脂棉堵上洞口，這樣氣體過(guò)濾器就制作成功;為了實(shí)現(xiàn)提供氧氣，將直徑為2毫米的塑料軟管插入脫脂棉的中央，如圖2所示。本實(shí)驗(yàn)不采用普通保鮮膜，而是選擇具有高透氧性、耐高溫、無(wú)毒性等特點(diǎn)的TPX微孔膜。

此實(shí)驗(yàn)在無(wú)菌環(huán)境進(jìn)行，所以應(yīng)該盡力防止細(xì)菌滋生，可以加入40毫升0.01%氯烴基二甲基苯甲胺水溶液，起到殺菌、凈潔的作用。為了讓胚胎在凹陷薄膜中能更好的適應(yīng)，模具可以選擇雞蛋，向下拉扯薄膜的邊緣，將薄膜制作成凹陷的形狀。胚胎的發(fā)育受薄膜的影響，薄的薄膜會(huì)有利于胚胎的發(fā)育。另外，需要注意薄膜收縮的問(wèn)題，因其具有彈性與塑性。在培養(yǎng)容器內(nèi)放置凹陷薄膜，通氣過(guò)濾孔應(yīng)該略低于薄膜頂端。將周圍多余部分剪去后，利用橡皮筋將容器口邊緣與薄膜固定緊。

雞蛋殼能為胚胎發(fā)育提供所需要的鈣質(zhì)，為了保證生長(zhǎng)發(fā)育正常，可以加入250～300毫克的乳酸鈣。37.8攝氏度為雞蛋孵化的最佳溫度，但是胚胎內(nèi)會(huì)因?yàn)闇囟容^高而蒸發(fā)掉一部分水份，為了避免在發(fā)育過(guò)程中水份不足，可以加入2.5毫升的蒸餾水在薄膜的凹陷位置。此外，影響實(shí)驗(yàn)的因素還包括了轉(zhuǎn)蛋、通風(fēng)情況、濕度等。在薄膜凹陷處如何完整地放置去殼雞蛋，是本實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)。在雞蛋的赤道面上用已經(jīng)消毒好的解剖針開(kāi)一個(gè)小口，然后通過(guò)小口用彎頭手術(shù)剪開(kāi)一道口子，大約5厘米，在薄膜凹陷處，掰開(kāi)卵殼，使其落入。若是胚胎不完整，則無(wú)法繼續(xù)發(fā)育或者發(fā)育畸形。最后，將牙簽消毒以后，在膜內(nèi)側(cè)扎10個(gè)左右通氣孔，如圖3所示。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)想

實(shí)證性、設(shè)計(jì)性、協(xié)作性、情景性、體驗(yàn)性、跨學(xué)科即為STEM教育理念的核心，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師可以更加深入地了解STEM教育理念。培養(yǎng)學(xué)生的興趣是教師的首要任務(wù)，而興趣是學(xué)生最好的老師，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)就可以進(jìn)一步提升。目前，學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程因教育的結(jié)構(gòu)性缺失而帶來(lái)阻礙，如不對(duì)稱性的知識(shí)獲取。在網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的環(huán)境下，許多知識(shí)已經(jīng)不能引起學(xué)生的興趣，而在操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)表現(xiàn)出活躍和好奇，只有“實(shí)驗(yàn)”是生命科學(xué)的催化劑與靈魂。另外，有許多書本上看不到的知識(shí)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中卻可以獲得，比如胚胎發(fā)育，能夠讓學(xué)生更好地提高對(duì)功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的理解。STEM教育理念通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程而更加的豐富，將數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、科學(xué)各個(gè)“鍵”更緊密的聯(lián)系在一起，將學(xué)科和知識(shí)的應(yīng)用完美融合在一起，而并非生搬硬套。

（三）課題選擇

為了能夠促進(jìn)學(xué)生勇于探索和創(chuàng)新的能力，可以開(kāi)發(fā)出更多適合中學(xué)生適合研究的課題。課題應(yīng)該具有實(shí)用性、創(chuàng)新性、科學(xué)性。創(chuàng)新技術(shù)或該項(xiàng)發(fā)明能夠預(yù)見(jiàn)效果具有經(jīng)濟(jì)效益，或具有推廣前景與應(yīng)用意義即實(shí)用性。創(chuàng)新性包括了技術(shù)水平、先進(jìn)程度、新穎程度，技術(shù)水平是指論文與課題的研究結(jié)論具有學(xué)術(shù)水平與科學(xué)價(jià)值;先進(jìn)程度是指與以往的技術(shù)相比有較好的進(jìn)步;新穎程度是指具有創(chuàng)意的課題;科學(xué)性包括了可靠的科學(xué)理論、正確的研究方法、合理的技術(shù)方案等。選擇適合中學(xué)生的選題，并且讓學(xué)生擊破各個(gè)問(wèn)題開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

四、總結(jié)

本文基于STEM的教學(xué)理念，從微生物基本概念出發(fā)，開(kāi)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)能力以及興趣愛(ài)好，養(yǎng)成學(xué)生善于探索和創(chuàng)新的能力。此外，應(yīng)該選擇具備實(shí)用性、創(chuàng)新性、科學(xué)性的課題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

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