基于探究式學(xué)習(xí)的高校微生物分離純化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)案例一、引言生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校生命科學(xué)類專業(yè)人才培養(yǎng)的核心環(huán)節(jié)，其不僅承載著理論知識(shí)驗(yàn)證的功能，更肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生科研思維、實(shí)踐能力與科學(xué)素養(yǎng)的重任。然而，傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)常陷入“教師演示—學(xué)生模仿”的機(jī)械模式，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解浮于表面，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析缺乏深度，探究能力與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)略顯不足。為此，本文以“土壤中芽孢桿菌的分離純化”實(shí)驗(yàn)為例，構(gòu)建探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，通過整合理論探究、實(shí)操訓(xùn)練與創(chuàng)新拓展，引導(dǎo)學(xué)生從“被動(dòng)操作”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)探究”，為高校生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供可借鑒的實(shí)踐范式。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)背景與目標(biāo)（一）設(shè)計(jì)背景“微生物分離純化技術(shù)”是《微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程的核心內(nèi)容，也是微生物學(xué)研究的基礎(chǔ)技能。土壤作為微生物的“天然培養(yǎng)基”，蘊(yùn)含豐富的微生物群落，以“土壤芽孢桿菌分離純化”為實(shí)驗(yàn)對象，既符合課程“從自然環(huán)境中獲取微生物資源”的教學(xué)導(dǎo)向，又能通過“混雜群落→純培養(yǎng)”的過程，直觀呈現(xiàn)微生物分離純化的原理與方法，幫助學(xué)生建立“問題—方案—驗(yàn)證”的科研邏輯。（二）教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)：理解稀釋涂布平板法、平板劃線法的原理，掌握微生物純培養(yǎng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)；2.能力目標(biāo)：熟練操作無菌技術(shù)、梯度稀釋、涂布分離、平板劃線等實(shí)驗(yàn)技能，具備分析實(shí)驗(yàn)誤差、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的能力；3.素養(yǎng)目標(biāo)：養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作與自主探究能力，體會(huì)“從自然中發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題”的科研樂趣。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)（一）理論鋪墊：問題驅(qū)動(dòng)，深化原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)前，教師通過“情境提問+案例分析”激活學(xué)生思維：“若要從校園花壇土壤中分離出能產(chǎn)抗生素的芽孢桿菌，你會(huì)選擇哪種分離方法？為什么？”引導(dǎo)學(xué)生回顧稀釋涂布平板法（適用于計(jì)數(shù)與分離）、平板劃線法（操作簡便，適用于快速獲得純培養(yǎng)）的原理與適用場景。同時(shí)，展示“菌落連成一片”“無單菌落生長”的失敗案例，讓學(xué)生分析可能的原因（如稀釋倍數(shù)不當(dāng)、無菌操作不規(guī)范），為實(shí)操環(huán)節(jié)的問題解決埋下伏筆。（二）操作實(shí)施：任務(wù)導(dǎo)向，強(qiáng)化技能訓(xùn)練以“土壤中芽孢桿菌的分離純化”為核心任務(wù)，實(shí)驗(yàn)流程分為樣品采集—梯度稀釋—涂布分離—平板劃線—純培養(yǎng)驗(yàn)證五個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)融入“操作規(guī)范+批判性思考”：1.樣品采集：教師示范“無菌采樣法”（采樣鏟、樣品袋經(jīng)酒精灼燒滅菌，采集表層下5~10cm土壤），引導(dǎo)學(xué)生思考“為何選擇該深度土壤？不同采樣環(huán)境對微生物群落有何影響？”2.梯度稀釋：學(xué)生分組配制無菌水稀釋液（10?1至10??梯度），教師強(qiáng)調(diào)“吸管專人專用、稀釋液振蕩均勻”的細(xì)節(jié)，同時(shí)提問“如何根據(jù)土壤微生物豐度預(yù)估稀釋倍數(shù)？若10??稀釋度無單菌落，下一步應(yīng)如何調(diào)整？”3.涂布分離：教師演示“涂布器灼燒—冷卻—涂布”的規(guī)范操作，學(xué)生實(shí)操時(shí)，教師巡回觀察，針對“涂布不均勻”“菌落連成片”等問題，引導(dǎo)學(xué)生分析“涂布器未充分冷卻會(huì)導(dǎo)致什么后果？稀釋倍數(shù)過高/過低對結(jié)果有何影響？”4.平板劃線：學(xué)生選擇“分區(qū)劃線法”或“連續(xù)劃線法”，教師對比兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)（如分區(qū)劃線法單菌落更易獲得，但操作復(fù)雜；連續(xù)劃線法效率高，但易污染），讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)（如“獲得單菌落”或“快速純化”）選擇方法。5.純培養(yǎng)驗(yàn)證：學(xué)生挑取單菌落，接種于斜面培養(yǎng)基，通過“菌落形態(tài)一致性”“革蘭氏染色結(jié)果穩(wěn)定性”判斷是否為純培養(yǎng)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考“若多次傳代后菌落形態(tài)變化，可能的原因是什么？”（三）創(chuàng)新拓展：自主探究，激發(fā)科研潛能實(shí)驗(yàn)后期，設(shè)置“開放性探究任務(wù)”：學(xué)生自主選擇新的樣品（如校園湖水、植物根際、發(fā)酵食品），設(shè)計(jì)“目標(biāo)微生物分離方案”（如分離產(chǎn)淀粉酶的菌株、耐鹽微生物等）。教師提供“培養(yǎng)基配方庫”“文獻(xiàn)檢索指南”等資源，學(xué)生需完成：文獻(xiàn)調(diào)研：明確目標(biāo)微生物的生理特性（如碳源偏好、pH耐受范圍）；方案設(shè)計(jì)：優(yōu)化培養(yǎng)基（如添加淀粉作為唯一碳源）、調(diào)整分離條件（如設(shè)置不同鹽濃度梯度）；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：實(shí)施分離方案，分析結(jié)果并提出改進(jìn)方向。例如，某小組以“校園湖水”為樣品，通過“0.22μm濾膜富集+選擇性培養(yǎng)基（添加氨芐青霉素）”，成功分離出3株革蘭氏陰性菌，經(jīng)16SrRNA鑒定為假單胞菌屬，體現(xiàn)了“從環(huán)境中挖掘微生物資源”的科研思維。四、教學(xué)實(shí)施過程（一）課前：線上預(yù)習(xí)，激活先驗(yàn)知識(shí)教師通過“雨課堂”發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：觀看“微生物分離純化原理”“無菌操作規(guī)范”等教學(xué)視頻；提交“預(yù)習(xí)報(bào)告”：分析“稀釋涂布與平板劃線的適用場景”，預(yù)測“土壤樣品的最佳稀釋倍數(shù)”，并列舉3個(gè)可能的實(shí)驗(yàn)誤差來源。預(yù)習(xí)報(bào)告的反饋中，教師提煉共性問題（如“稀釋倍數(shù)的確定依據(jù)”），在課中重點(diǎn)講解，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)定教”。（二）課中：雙師協(xié)作，保障探究質(zhì)量實(shí)驗(yàn)課采用“教師示范+小組實(shí)操+巡回指導(dǎo)”的模式：1.示范環(huán)節(jié)（15分鐘）：教師結(jié)合“失敗案例”，演示無菌操作、涂布分離的關(guān)鍵細(xì)節(jié)（如“涂布器冷卻時(shí)接觸培養(yǎng)基邊緣，避免燙傷瓊脂”），強(qiáng)調(diào)“操作規(guī)范性”與“結(jié)果可重復(fù)性”的關(guān)聯(lián)；2.實(shí)操環(huán)節(jié)（90分鐘）：學(xué)生4人一組，分工完成“樣品處理—稀釋—涂布—?jiǎng)澗€”，教師與助教巡回指導(dǎo)，針對“接種環(huán)未冷卻”“稀釋液污染”等問題，采用“提問引導(dǎo)”而非“直接糾錯(cuò)”（如問“你覺得這個(gè)操作會(huì)對菌落生長有什么影響？”），培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力；3.討論環(huán)節(jié)（15分鐘）：小組匯報(bào)“初步結(jié)果”（如“10??稀釋度獲得單菌落”），教師引導(dǎo)全班分析“不同小組稀釋倍數(shù)差異的原因”，深化對“微生物豐度與稀釋倍數(shù)關(guān)系”的理解。（三）課后：拓展延伸，深化實(shí)驗(yàn)價(jià)值1.實(shí)驗(yàn)報(bào)告：要求學(xué)生不僅記錄“操作步驟與結(jié)果”，更需分析“誤差來源”（如“涂布時(shí)培養(yǎng)基表面有水珠，可能導(dǎo)致菌落擴(kuò)散”），并提出“優(yōu)化方案”（如“涂布前將平板倒置干燥30分鐘”）；2.小組匯報(bào)：拓展實(shí)驗(yàn)小組需匯報(bào)“方案設(shè)計(jì)思路”“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”與“改進(jìn)方向”，教師點(diǎn)評時(shí)聚焦“科研邏輯的完整性”（如“從‘問題提出’到‘方案驗(yàn)證’的閉環(huán)是否清晰”）；3.資源共享：教師整理“優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)報(bào)告”“創(chuàng)新方案案例”，上傳至課程平臺(tái)，供學(xué)生相互學(xué)習(xí)。五、教學(xué)效果評估采用多元化評價(jià)體系，兼顧“過程”與“結(jié)果”、“技能”與“素養(yǎng)”：1.過程性評價(jià)（40%）：包括“無菌操作規(guī)范性”（如接種環(huán)灼燒是否徹底）、“小組協(xié)作參與度”（如是否主動(dòng)解決組內(nèi)問題）、“問題分析能力”（如對實(shí)驗(yàn)誤差的歸因是否合理）；2.結(jié)果性評價(jià)（40%）：考察“實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性”（如單菌落獲得率、純培養(yǎng)驗(yàn)證的可靠性）、“實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量”（如邏輯清晰度、分析深度）；3.創(chuàng)新性評價(jià)（20%）：評估“拓展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新性”（如是否突破傳統(tǒng)方法）、“結(jié)果的科研價(jià)值”（如分離的微生物是否有潛在應(yīng)用前景）。通過該評價(jià)體系，學(xué)生的“實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性”提升顯著（從傳統(tǒng)教學(xué)的70%正確率提升至90%），且85%的學(xué)生能在拓展實(shí)驗(yàn)中提出“創(chuàng)新性方案”（如“利用噬菌體富集法分離特定宿主菌”），體現(xiàn)了探究式教學(xué)對科研思維的激發(fā)作用。六、教學(xué)反思與改進(jìn)（一）不足分析1.時(shí)間分配緊張：拓展實(shí)驗(yàn)的“方案設(shè)計(jì)—實(shí)施—匯報(bào)”環(huán)節(jié)耗時(shí)較長，部分小組因操作不熟練導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)周期延長；2.學(xué)生基礎(chǔ)差異：少數(shù)學(xué)生對“無菌操作”的理解停留在“機(jī)械模仿”，缺乏對“污染風(fēng)險(xiǎn)”的主動(dòng)預(yù)判；3.資源支持不足：拓展實(shí)驗(yàn)的“培養(yǎng)基優(yōu)化”“分子鑒定”等環(huán)節(jié)需依賴科研平臺(tái)，部分學(xué)校硬件條件有限。（二）改進(jìn)方向1.分層教學(xué)：根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告的“知識(shí)掌握度”，將學(xué)生分為“基礎(chǔ)組”（側(cè)重規(guī)范操作訓(xùn)練）與“進(jìn)階組”（直接開展拓展實(shí)驗(yàn)），實(shí)現(xiàn)“因材施教”；2.預(yù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：在正式實(shí)驗(yàn)前，增設(shè)“微型預(yù)實(shí)驗(yàn)”（如“模擬稀釋涂布”），讓學(xué)生熟悉操作流程，減少課中失誤；3.校企合作：與科研機(jī)構(gòu)或企業(yè)合作，開放“微生物鑒定平臺(tái)”，為學(xué)生的拓展實(shí)驗(yàn)提供技術(shù)支持，提升結(jié)果的科研價(jià)值。七、結(jié)語