粮油饲料加工与储检实验教学法运用案例
发布日期:2015-04-15 10:54:25   来源:    文章访问次数:
        案粮食工程系 王振乾
 
        例:探究微生物(大肠杆菌)最适生长的温度
  接触过微生物学的人都知道,微生物学其实是和我们的生活最密切相关的科学,微生物的种类远远的超过了动物和植物种类的总和,它们不仅分布于我们周围的生活环境中也存在于我们的身体内,很多微生物和它们的发酵产物是和我们的生活密切相关的,没有它们的存在人类也许无法在地球上生存,可是你能知道哪些微生物是对人类有益的,而哪些却是有害的呢?而在我们身边,如存在我们体内的大肠杆菌,含量正常时,能发酵多种糖类产酸、产气,是人和动物肠道中的正常栖居菌,婴儿出生后即随哺乳进入肠道,与人终身相伴,其代谢活动能抑制肠道内分解蛋白质的微生物生长,减少蛋白质分解产物对人体的危害,还能合成维生素B和K,以及有杀菌作用的大肠杆菌素。但是当其含量超标时候我们人体就会出现病症。所以研究一些微生物的生理生活习性,使得我们可以更多的了解大肠杆菌的作用和危害,以便我们可以有效地利用微生物为我们创造更好的生活环境。
  
  第一部分  教学设计
  本部分内容是粮食微生物中的实验课,在本学科中,本课题属于学生重点掌握内容,在以后的工作岗位上要会接种和检验微生物是否符合国家标准。采用实验教学法,让学生真正的学会植被培养基和接种,学会培养微生物。在老师的督促下逐步培养良好的自主学习和自主动手能力。
  【教学班级】某校中职三年制在校学生
  【教学地点】实验室
  【学情分析】学生了解了微生物的知识,具有一定的理论基础知识,并且具备查阅资料和通过网络等方式获取信息;会配制实验中所需的培养基并且掌握实验器材的使用,可以进行实验操作。
  【教学目标】
  (1)研究大肠杆菌的最适生长温度,了解温度对微生物的影响;
  (2)并通过该实验进一步掌握培养基的制备方法;
  (3)掌握接种的步骤和方法。
  【教学内容】 微生物的培养基制备、微生物接种、培养和数量计算
    【教学方法】 实验教学法
  【教学过程】
  创设实验情境:复述微生物接种实验,对本实验的问题定位和阐述。
  提出实验假设:寻找微生物生长的相关信息,学生根据信息提出可能是大肠杆      
                 菌生长最适的生长温度的假设。
  制定实验计划:在教师的指导下,让学生独立地制定实验计划并分好组别。
  进行实验操作:根据实验计划进行操作(教师观察)。
  撰写实验报告:学生完成实验,验证假设,并且进行归纳总结。
  评价与总结:教师首先与学生进行实验结果的讨论,教师指导评价,学生之                      
                间进行互评。
 
 
教学环节安排如下:
  教学过程
教 学 环 节 教师活动 学生活动 设 计 意 图 时间安排
创设实验情境 阐述本实验的相关原理和目的以及要达到的结果 认真听讲和思考并积极回答问题 明确实验意图 25分钟
创设实验情境 引导,辅助学生完成假设任务 学生需找信息,
提出假设
增强学生自主学习和解决问题能力 15分钟
制定实验计划 引导,辅助学生完成实验计划 相互配合,制订出实验所需步骤的方案 培养学生团队合作意识以及解决问题的能力 40分钟
进行实验操作 观察,解决实验问题 根据实验计划,亲自完成实验所需的每一个步骤 培养学生团队合作意识以及实际操作能力 6小时
撰写实验报告 指导,解决撰写过程的问题及对学生进行点评 撰写实验报告,并对实验简要表述 锻炼学生语言表达能力 30分钟
评价与总结 对学生进行评价 互相讨论、评价 认知得失 30分钟
 
  第二部分:实施过程
  一、创设实验情境
  师:同学们我们学习了影响微生物生长的物理因素,主要包含哪几个方面?
    生:主要有水分、温度、气体条件。
    师:那么微生物的生长温度范围是多少?根据生长温度温度不同可以分为哪
        几种类型的微生物?
    生:从-30℃到300℃都有生长的,-23℃的南极冻湖中,有部分杆菌和放线  
        菌生长以及火山岩附近有食硫元素的微生物。根据生长温度温度不同可
        以分为低温型微生物、中温型微生物、高温型微生物。
    师:很好,那么各类微生物一般最适宜的生长温度在什么范围呢?
    生:低温型微生物的最适温度是5℃到20℃,中温型微生物的最适生长温度
        是20℃到40℃,高温型微生物的最适生长温度是50℃到60℃。
    师:非常好,那么今天我们就来探究大肠杆菌的最适生长温度。
    ……
    众所周知,温度是影响微生物生长与存活的重要因素之一。当微生物处于最适生长温度时,有刺激生长的作用;不适宜的温度可以导致细菌的形态和代谢的改变或使微生物的蛋白质凝固变性而导致死亡。不同的微生物对温度的抵抗力不同,如大肠杆菌在60℃时,10分钟内致死,而枯草芽孢杆菌在100℃时候,6—17分钟内才能致死,这是因为芽孢不仅含水量低,有厚而致密的壁,而且还含有特殊的物质——吡啶二羧酸,所以芽孢杆菌的抗热能力比大肠杆菌强。但是大肠杆菌在我们人体内却能很好的生存。我们就从温度这方面来探究问生物的最适生长温度,研究大肠杆菌的最适生长温度,了解温度对微生物的影响。
   二、提出实验假设
  师:同学们,大肠杆菌在什么地方存在呢,为什么叫“大肠”杆菌呢?
    生:主要存在粪便中,因为它生活在动物体的大肠内,所以叫大肠杆菌。
    师:那么它与人类的关系是什么?
    生:在不致病的情况下(正常状况下),是互利共生;在致病的情况下,
       是寄生。
    师:既然大肠杆菌可以生活在人体内,而我们人体的正常体温是36.5℃。那
        么大肠杆菌的生长温度与我们的体温有很大的关系。那么你们再根据所
查阅的知识来进行假设。
    生(齐声):好。
……
    根据生活常识以及大肠杆菌生存场所和条件,大肠杆菌生长的温度范围在10℃~50℃度之间。为此,学生提出以下假设:
  1.假设摄氏20度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  2.假设摄氏25度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  3.假设摄氏30度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  4.假设摄氏35度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  5.假设摄氏37度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  6.假设摄氏40度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  7.假设摄氏45度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  8.假设摄氏47.5度,是大肠杆菌生长的最佳温度。
  三、制订实验计划
  师:同学们,我们今天实验要完成的任务是什么?
    生: 在不同的温度下,培养大肠杆菌,观察生长繁殖状况,并计算出代时。
    师:既然是培养大肠杆菌那我们应该先做什么任务,后做什么任务呢?
    生:先要制作适合大肠杆菌生长的培养基,然后接种,最后在不同温度下进
        行培养。
    师:很好,我们大家都知道了大致步骤,那么下面就看你们能否注意每个小
        步骤上的细节问题了。大家现在开始制订实验计划。
……
    (在老师帮助下,同学们分好组,并开始查阅相关资料,制订计划。教师此时需要对有问题的小组提供帮助。)
    下面是一个小组的实验计划。
   1.实验名称:探究大肠杆菌的最适生长温度
  实验时间:自2009年10月30日至10月31日,共计10个小时。
  实验地点:微生物实验实训室
  2.实验目的:
  (1)通过该实验探究大肠杆菌生长的最佳温度(实验假设见前文)。
  (2)通过该实验进一步掌握培养基的制备方法。
  (3)明确在大肠杆菌的最适生长温度范围时,其代时就越短。
  实验材料:大肠杆菌菌种、牛肉膏蛋白胨琼脂培养基的制备材料,高压灭菌器、恒温恒湿培养箱、接种相关器材等
  实验条件:在恒温恒湿培养箱中调节好温度,各自培养一周,最后计算观察大肠杆菌的代时时间。
  3.实验分工:学生自主分组,并明确各自分担任务的职责。设置培养基制备组、观察记录组、温度控制观察组。
  培养基制备组学生名单:钮  ×、郭××、王××
  观察记录组学生名单:李  × 、李××、刘××
  温度控制观察组学生名单:王  ×、陈  ×
  4.实验步骤(略)。
    四、进行操作实验
(1)配置牛肉膏蛋白胨琼脂培养基1000ml的培养基
①配方:牛肉膏 5g,蛋白胨10g,NaCl 5g,琼脂  20g
②称量:准确称取各成分。
③溶化:加热熔化,用蒸馏水定容到1000mL。整个过程不断用玻棒搅拌,目的是防止琼脂糊底而导致烧杯破裂。
④调pH:用1mol/L NaOH溶液调节pH至7.0——7.2。
⑤灭菌:将配置好的培养基转移到锥形瓶中,加上棉塞,包上牛皮纸,用皮筋勒紧,集中放入高压灭菌锅内,121摄氏度、100千帕压力下灭菌15min。
⑥倒平板:灭菌后,待固体培养基冷却至50℃左右时在酒精灯火焰附近操作进行。
其过程是:首先,将灭过菌的培养皿放在火焰旁,右手拿装有培养基的三角瓶,左手拔出棉塞;其次,右手拿三角瓶,使三角瓶的瓶口迅速通过火焰;再次,用左手将培养皿打开一条稍大于三角瓶口的缝隙,右手将培养基倒入培养皿,立刻盖上皿盖;最后,待平板冷却凝固后,将平板倒过来放置。
倒过来放置的目的是防止培养基冷却过程中形成的水滴落到培养基表面。向培养皿中转移已灭菌的培养基时,也不要把培养基沾在皿壁上。否则,空气中杂菌会在这些粘附培养基上繁殖,并污染皿内培养基。
(2)大肠杆菌的接种与在不同的设定温度下采用平板划线法培养
操作步骤:将培养皿底部用拇指和无名指固定成倾斜状态,在火焰旁将培养皿稍微打开。与此同时,用环状接种针在火焰旁取少许菌悬液,迅速送入培养皿内,在平板培养基的一边,作第1次平行划线 3~5条,转动培养皿约70°角,用烧过冷却的接种针,通过第1次划线部分作第2次平行划线,然后再用同样方法,通过第二次平行划线部分作第三次平行划线和通过第三次平行划线部分作第四次平行划线。划线时,接种针应与平板表面成30°角左右。不要使接种针碰到培养皿边缘,也不要将培养基划破。划线完毕后,盖上皿盖,倒置于恒温箱培养。培养时间为4小时,培养温度分别是20℃、25℃、30℃、35℃、37℃、40℃、45℃、47.5℃。
(3)大肠杆菌的变化
培养前照片
培养后照片
(4)统计数据(计算代时的方法)
指数生长可以用下式表示: b = B×2n
B, b和 t 可由试验获得,n可通过上式计算得出,将等式两侧取对数重排后得:
   lgb = lgB + nlg2
n=(lgb-lgB)/ lg2   =>  n=(lgb-lgB)/0.301
式中:B  为起始细胞数目,b 为指数生长某个时刻 t 时的细胞数目,n   为世代数
学生口述自己所做的实验以及计算过程……
课堂讨论:
学生甲:经过显微镜观察大肠杆菌数后经计算在温度为35摄氏度条件下恒温恒湿培养需要的代时为22min左右。有没有比这时间更短的。
学生乙:我做的是在温度为35摄氏度条件下恒温恒湿培养,经计算大肠杆菌所需代时是17分钟。
学生丙:我做的是在40摄氏度条件下的培养,计算出来的代时是15分钟。
(教师这时发现学生的计算数据不对,在教师指导下,学生调整后计算出来的数据在18分钟左右)。
学生甲:经过这几组的对比,我们发现,原来大肠杆菌生长的最适温度就是我们的体温啊,所以大肠杆菌才会在数量正常时在我们体内起到益菌作用,但是一旦其含量在我们人体超标,则是有害菌。最后通过分析试验数据得出:温度控制在37度左右,是大肠杆菌的最适生长温度。
五、验证与归纳
(在教师的反问下,让学生自己得出总结)
师:通过以上实验我们可以了解到什么,又能证明什么?
生:大肠杆菌的最适生长温度是37摄氏度,这就证明人体的温度是大肠杆菌的最适生长 
        温度,也就证明为什么大肠杆菌可以在我们人体内自由存活了。
师:那么经过这次实验我们可以得知什么结论呢?
生:经过实验,我们认为
温度对微生物的影响具体表现在:
①影响酶活性,温度变化影响酶促反应速率,最终影响细胞合成。
②影响细胞膜的流动性,温度高,流动性大,有利于物质的运输,温度低,流动性降低, 
不利于物质运输,因此,温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。
③影响物质的溶解度,对生长有影响。
师:很好,这次大家收获不浅,希望每一位学生都能更深一层的了解影响微生物生长的
各种因素。
完成实验
1.根据计划完成实验
2.实验报告(如下表)
  实验数据
组别 1 2 3 4 5 6 7 8
温度°C 20 25 30 35 37 40 45 47.5
大肠杆菌代时时间
(Min)
90 40 29 22 17 18.5                       20 77
六、评价与总结
  教师:通过本次实验,我发现许多同学培养的微生物菌落特性呈现非常好,但是有些同学没有很好地呈现出来。这些现象说明了什么呢,温度对微生物生长有什么样的影响?
  学生甲:为什么温度低或较高的时候微生物生长不旺盛?
  学生乙:因为微生物生长过程中,代谢产生各种酶类,从而促进营养物质的分解和被吸收利用,然而酶的活性受温度影响十分明显,从而使微生物生长缓慢。
  学生丙:大肠杆菌在我们体内寄生,它的最适生长温度又是我们的正常体温,为什么我们平时不会生病呢?
  教师:正常栖居条件下不致病,而且还是有益菌,正常时能抑制肠道内分解蛋白质的微生物生长,减少蛋白质分解产物对人体的危害,还能合成维生素B和K,但若进入胆囊、膀胱等处可引起炎症,感染后才会出现一些不良症状。所以,我们要多注意卫生。
  学生丁:大肠杆菌是不是一种菌,还是一类杆菌?
学生戊:大肠杆菌不是单一的一种菌,它是一种菌群,包括许多种如大肠埃希氏菌、柠檬酸杆菌。
教师:回答不错,这就需要我们多看多了解,才会获得更多的知识。
1.互评
   为了更好的提高学生的实验兴趣、提高学生实验积极性,制订如下学生评价表。
(见下表)
  学生评价表
学号 姓名 分配任务的讨论20% 完成实验正确性35% 方案汇报的表述25% 平时表现    20% 总分
1 王  × 20 32 23 20 95
2 李×× 14 30 20 17 81
3 李  × 13 31 20 18 82
4 钮  × 8 15 14 10 47
5 刘××       17 28 20 16 83
6 王×× 18 33 22 20 93
7 郭×× 15 21 17 15 68
8 陈  × 16 34 23 18 91
 
  
  附学生感悟:
  靠自己才有成就感
  通过这次学习,使我明白了许多事情。在之前的实验学习中,几乎全部是老师手把着手教,而现在是老师给我们一些引导后我们自己安排,并不像平时老师把实验目的步骤传授给我们,而是让我们自己制定实验计划,并且自己完成实验,老师给予必要的辅导,比如在培养大肠杆菌时,如何划线培养,如何观察计算大肠杆菌数,并且计算代时。在我们实验出现偏差时,及时给我们提示。比如,开始我认为大肠杆菌属于细菌,一般细菌都是高温性的,所以我预测了一下大肠杆菌生长的最适温度为60℃,但是在老师的辅导下,我了解到,大肠杆菌在我们体内生长,如果它的最适生长温度为60℃的话,则在我们人体数量稍多时,并不会引起疾病,所以排除了我开始假设的温度。然而整个过程老师只是提出一些实验注意的安全事项,而对我们做实验的过程一直是旁观者。所以让我感觉到这个实验是我自己制定计划,亲自完成的,这大大增加了我的信心,让我感觉到我自己可以完成自己制定的事情。但是在做实验的时候,我也发现了一个现象,那就是做实验一定要有耐心和认真的态度,否则将不会有好的实验结果,就像另一个同学在放置培养皿忘记倒置培养,以至于实验结果不准。我希望以后有更多自己亲自制作、亲手操作的实验,这样可以转变我们学习的态度,因为你态度不认真就会落后别人。所以认真地靠自己的双手完成实验才具有成就感。
                                             (学生  王××)
  第三部分  教学感受
  经过本次实验教学,我感受深刻,作为一名实验教师需要准备好任何一个仪器用具,让学生自己动手做,同时还要全方位观察学生做实验,以免实验过程出现安全问题。
  态度决定成败。本实验由于班级学生少,所以基本上每一个人都能动手实验,但也有两三个学生没有实验的积极性,最终没有做出结果。而平时表现较好的学生,都能以认真的态度去完成,并且取得良好的实验结果。
  做实验要求有耐心。实验的时间很长,有的同学坐不住,跑出去玩逛后再回来观察记录,没有留下观察变化,因而许多现象都没有观察到。
  表扬可增强学生自信心。有一个学生开始对实验没有兴趣,但是在我的鼓励下,认真地完成了实验,实验后学生才告诉我说:“老师,以前上实验课,我都是看别人做,自己几乎不动手,因为感觉没有动力。但是,这次在你的鼓励下,让我感觉我可以完成。所以有了这种自信,就会想尽办法把自己想做的事完成好”。
  经过此次教学,我感受到虽然中职学生上课不认真,但是确实是可塑的,他们以前不认真,是不明白自己的未来干什么,用什么来创造未来。经历这次实验教学后,他们发现许多事情自己可以完成,增加了信心,而且也明白以后社会需要的是高技能、动手能力强的人才。在以后的教学过程中,我会更多地结合实际,促进学生学习,注重培养学生的学习动力和勤于动手的习惯,培养合格的中职学生。
 
 

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