科學(xué)實(shí)驗(yàn)與儀器密不可分，雖然人的眼睛有 5.76 億像 素，但是我們依然不能看到足夠細(xì)或是運(yùn)動(dòng)得足夠快的物體。以往生物學(xué)只粗略地分為動(dòng)物學(xué)和植物學(xué)，自 17 世紀(jì) 60年代顯微鏡雛形出現(xiàn)后，才有了微生物這一學(xué)科。實(shí)際上， 縱觀歷史的每一次改革和進(jìn)步，都與新儀器的發(fā)明有關(guān)。我校領(lǐng)導(dǎo)非常重視實(shí)驗(yàn)，在 2005 年新建了實(shí)驗(yàn)樓，購(gòu)入大量先進(jìn)儀器支持教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，使我校成功建設(shè)了生物潔凈室、分子生物實(shí)驗(yàn)室和顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室。
微生物實(shí)驗(yàn)課的目的是：訓(xùn)練學(xué)生掌握微生物學(xué)最基本的操作技能;了解微生物學(xué)的基本知識(shí);加深理解課堂講授的某些微生物學(xué)理論。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解和使用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及勤儉節(jié)約、愛護(hù)公物的良好作風(fēng)。
一、我校的微生物實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備
我校微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備基本齊全，建有生物潔凈室、 分子生物實(shí)驗(yàn)室和顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，能夠滿足高中微生物實(shí)驗(yàn)操作的需要。生物潔凈室建于 2009 年，設(shè)有一個(gè)緩沖間、一個(gè)培養(yǎng)間、一個(gè)傳遞窗和一個(gè)操作間。操作間擁有 一臺(tái) ESCO 生物安全柜，五臺(tái)超凈工作臺(tái)。無菌操作與分子實(shí)驗(yàn)密不可分，因此生物潔凈室與分子生物實(shí)驗(yàn)室相鄰，便于實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)管理。其中大中型儀器包括智能人工氣候箱、二氧化碳培養(yǎng)箱、立式壓力蒸汽滅菌器、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、隔水式恒溫培養(yǎng)箱、恒溫振蕩培養(yǎng)箱等。小型儀器設(shè)備包括移液槍、電子天平、振蕩器、水浴鍋、電爐、電磁爐、微波爐等。當(dāng)然還包括多種耗材，如槍頭、接種環(huán)、 涂布器、三角燒瓶、試管、培養(yǎng)皿、培養(yǎng)基等。
二、循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)
對(duì)高中生物必修 3“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”以及選修 1“生物技 術(shù)實(shí)踐”中有關(guān)的微生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，依據(jù)由淺入深的原理，循序漸進(jìn)地給學(xué)生設(shè)計(jì)了一系列微生物實(shí)驗(yàn)。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜繁多，所耗時(shí)間長(zhǎng)。因此，針對(duì)高中學(xué)生微生物實(shí)驗(yàn)課，我們成立了生物實(shí)驗(yàn)小組，利用學(xué)校每周三的校本課程(每次課程為 2 個(gè)學(xué)時(shí))進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
教師利用課件以及通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)地參觀，讓學(xué)生初步了解感受微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器設(shè)備、無菌操作技術(shù)。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)所用的玻璃器皿、培養(yǎng)基等，要進(jìn)行消毒滅菌。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)要掌握無菌操作技術(shù)，實(shí)驗(yàn)過程中“寫標(biāo)簽”也是一個(gè)非常重要的步驟。這一部分知識(shí)課堂上教師已經(jīng)講授 了，所以我們利用一個(gè)課時(shí)重溫微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的常識(shí)， 再帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入微生物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行參觀了解，利用感性的認(rèn)識(shí)加深對(duì)微生物學(xué)知識(shí)的理解。
1. 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和人體表面微生物的檢查
微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)問。因?yàn)槲⑸锸侨庋?看不見的，所以學(xué)生常不知道外界環(huán)境和所有與外界接觸的 身體各部位均有微生物的存在。實(shí)際上它們廣泛分布于室內(nèi) 外的空氣、水和土壤中，桌、椅的表面，衣服以及身體的皮膚、 黏膜(如鼻腔、口腔、喉嚨等的黏膜)等處，因此，微生物 可以說是無縫不鉆，無孔不入的。對(duì)于中學(xué)生來說，我們的 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖且獙W(xué)生建立起“微生物無所不在”這一概念，和學(xué)生強(qiáng)調(diào)，微生物實(shí)驗(yàn)與別的實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別在于“無 菌操作”概念。因此，我們把“實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和人體表面微生 物的檢查”這一實(shí)驗(yàn)擺在首位。
實(shí)驗(yàn)過程是這樣的，采用下列方法用營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng) 基接種不同環(huán)境中的微生物：
(1)空氣，打開無菌平 板，分別讓其在普通實(shí)驗(yàn)室空氣中和潔凈室空氣中暴露 30 ～ 60mins。
(2)桌面，用一根無菌棉簽，先在無菌平板 的一個(gè)區(qū)域潤(rùn)濕，然后用其擦抹桌面，再用此棉簽在平板的 另一區(qū)域內(nèi)來回劃線。
(3)頭發(fā)，在揭開皿蓋的無菌平板 的上方，用手將頭發(fā)用力搖動(dòng)數(shù)次，使細(xì)菌降落到平板表面， 然后蓋上皿蓋。(4)手指，用未洗的手在無菌平板一側(cè)的 表面，輕輕地來回劃線;用清潔劑洗手后，在另一側(cè)表面輕 輕地來回劃線。(5)口腔，打開無菌平板的皿蓋，用嘴對(duì) 準(zhǔn)平板培養(yǎng)基表面，咳嗽或打噴嚏，再蓋上皿蓋。接著，將所有標(biāo)好標(biāo)簽的檢測(cè)平板倒置于培養(yǎng)箱中，在 37℃溫度下 培養(yǎng) 1 ～ 2 天，然后觀察并比較不同來源的微生物生長(zhǎng)的數(shù) 量和菌落形態(tài)。
其操作步驟中，“寫標(biāo)簽”這一步需要和學(xué)生反復(fù)強(qiáng)調(diào)。任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在動(dòng)手操作前均需先在器皿上用記號(hào)筆做上記號(hào)，培養(yǎng)皿的記號(hào)一般寫在皿底上。如果寫在皿蓋上，同時(shí)觀察兩個(gè)以上培養(yǎng)皿的結(jié)果，打開皿蓋時(shí)， 容易混淆。用記號(hào)筆寫上班級(jí)、姓名、日期，本次實(shí)驗(yàn)還要寫上樣品來源(如實(shí)驗(yàn)室空氣或無菌室空氣或頭發(fā)等)，字盡量小些，寫在皿底的一邊，不要寫在中間，以免影響觀察結(jié)果。
此實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備主要是立式壓力蒸汽滅菌器和智能人工氣候箱。
這次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生體會(huì)到無菌技術(shù)和環(huán)境衛(wèi)生的必要性， 進(jìn)而知道了要防止外界微生物對(duì)培養(yǎng)物的污染。這是整個(gè) 微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程和學(xué)生以后進(jìn)行微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)均需注 意的。
2. 水中細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和平板菌落計(jì)數(shù)法
微生物的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，其目的是掌握倒平板的方法和幾種分離純化微生物的基本操作技術(shù)。同時(shí)，水中細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，學(xué)習(xí)了水樣的采取方法和平板菌落技術(shù)的方法。
倒平板技術(shù)：雙手滅菌后，在超凈工作臺(tái)下或酒精燈周圍，右手持盛營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基的三角燒瓶，左手拿平皿， 在酒精燈旁打開三角瓶瓶塞并灼燒瓶口和瓶塞，瓶塞灼燒后倒置于酒精燈旁，然后左手將培養(yǎng)皿蓋在火焰附近打開一條縫，迅速倒入培養(yǎng)基約 15mL，加蓋后輕輕搖動(dòng)培養(yǎng)皿，使培養(yǎng)皿均勻分布。鑒于學(xué)生第一次操作，一只手打開培養(yǎng)皿比較難操作，我們建議學(xué)生把培養(yǎng)皿放在火焰附近的桌面 上，并打開培養(yǎng)皿，再注入培養(yǎng)基，搖勻后冷卻就可以制成平板。
安全起見，我們使用自來水和學(xué)校純凈水機(jī)的水作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)過程如下：
(1)水樣的采取，開放水龍頭 使水流 5 分鐘后，以滅菌三角燒瓶接取水樣，并做好標(biāo)簽。
(2)平板涂布法，用移液槍吸取 1mL 水樣，注入滅菌培養(yǎng)皿中，用無菌玻璃涂布棒在培養(yǎng)基表面輕輕地涂布均勻，一 個(gè)樣品做三個(gè)平行。
(3)培養(yǎng)，將全部接種平板，倒置培 養(yǎng)于 28℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
(4)細(xì)菌平板計(jì)數(shù)法，平板培養(yǎng) 7 天后，觀察并計(jì)算平板的菌落數(shù)，3 個(gè)平板的平均菌落數(shù) 即為 1mL 水樣的細(xì)菌總數(shù)。
(5)細(xì)菌平板劃線分離法，在超凈工作臺(tái)下，近火焰處，左手拿皿底，右手拿接種環(huán)，挑取上述水樣培養(yǎng)單個(gè)菌落在平板上劃線，然后進(jìn)行培養(yǎng)觀察 劃線結(jié)果。劃線的方法很多，但無論用哪種方法劃線，其目 的都是通過劃線將樣品在平板上稀釋，使之形成單個(gè)菌落。
倒平板和平板劃線分離是微生物實(shí)驗(yàn)最基本的操作技 術(shù)，菌落的分離純化往往需要進(jìn)行 3 次以上才能分離出單菌落。因此，做微生物實(shí)驗(yàn)研究，往往需要大量的平板，成百上千次的分離純化。量大工作量就大，準(zhǔn)備工作要花去很長(zhǎng)時(shí)間，為了節(jié)省倒平板時(shí)間和劃線時(shí)間，我們自創(chuàng)了多層滅 菌培養(yǎng)皿倒平板技術(shù)和牙簽分離純化技術(shù)，節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，也防止了潔凈室因?yàn)殚L(zhǎng)期燒酒精燈而缺氧。
實(shí)驗(yàn)在潔凈室超凈工作臺(tái)操作，目的是讓學(xué)生掌握移液槍、玻璃涂布棒、接種環(huán)的使用方法。
3. 酵母菌的形態(tài)觀察及血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法
實(shí)驗(yàn)前幾個(gè)小時(shí)，使用 5% 滅菌葡萄糖水，再加入 0.5g 食用酵母粉，酵母菌懸液制備完成，接著可以鏡檢觀察和計(jì) 數(shù)。將清潔干燥的血球計(jì)數(shù)板蓋上蓋玻片，再用無菌的細(xì)口 滴管將菌懸液由蓋玻片邊緣滴一小滴(不宜過多)，讓菌懸 液沿縫隙靠毛細(xì)滲透作用自行進(jìn)入計(jì)數(shù)室，一般計(jì)數(shù)室均能充滿菌液。注意不可有氣泡產(chǎn)生。 利用 5 分鐘觀察酵母菌顯微鏡下形態(tài)，然后開始顯微鏡計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)前若發(fā)現(xiàn)菌液太濃或太稀，需重新調(diào)節(jié)稀釋度后再計(jì)數(shù)。一般樣品稀釋度要求每小格內(nèi) 5 ～ 10 個(gè)菌體為宜。每個(gè)計(jì)數(shù)室選 5 個(gè)中格(可選 4 個(gè)角和中央的中格)中的菌體計(jì)數(shù)。位于格線上的菌體一般只數(shù)上方和右邊線 上。如遇酵母出芽，芽體大小達(dá)到母細(xì)胞的一半時(shí)，即作兩個(gè)菌體計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)一個(gè)樣品要從兩個(gè)計(jì)數(shù)室中計(jì)得的值來計(jì)算樣品的含菌量。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們是在顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)室配備了 30 臺(tái)數(shù)碼光學(xué)顯微鏡，觀察起來更快捷方便，學(xué)生也可以通過電腦屏幕進(jìn)行細(xì)菌計(jì)數(shù)。
4. 選取課題探究
經(jīng)過以上一系列實(shí)驗(yàn)，我們會(huì)讓學(xué)生分成幾個(gè)興趣小組，參考選修 1“生物技術(shù)實(shí)踐”的微生物相關(guān)實(shí)驗(yàn)或自行設(shè)計(jì)微生物實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。例如：選修 1 實(shí)驗(yàn)五“土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計(jì)數(shù)”、 實(shí)驗(yàn) 6“分解纖維素的微生物的分離”以及觀察和培養(yǎng)酸奶中的乳酸菌等實(shí)驗(yàn)。
三、結(jié)束語
利用我校的功能實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備，我們給高中學(xué)生普及了一系列的基本微生物實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)。根據(jù)“建立無菌概念-分離純化技術(shù)-菌落計(jì)數(shù)法和鏡檢計(jì)數(shù)法-自設(shè)課題研究”的思路，學(xué)生進(jìn)入生物潔凈室、分子生物實(shí)驗(yàn)室和顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，使用過超凈工作臺(tái)、恒溫培養(yǎng)箱、震 蕩培養(yǎng)箱、滅菌器、數(shù)碼顯微鏡等各種儀器。對(duì)實(shí)驗(yàn)和儀器的關(guān)系有了更深層次的認(rèn)知，普及了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，提高了學(xué)生的科學(xué)探索精神。
