由組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)失敗而進(jìn)行的反思性探究教學(xué)

1、由組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)失敗而進(jìn)行的反思性探究教學(xué)在組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中， 筆者帶學(xué)生做了植物組織培養(yǎng)的實(shí) 驗(yàn)，學(xué)生在后續(xù)觀察中，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果不理想，培養(yǎng)基污染嚴(yán)重 （見圖 1）。筆者本想通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)來激勵(lì)學(xué)生的探究熱情，結(jié) 果卻換來班上學(xué)生的一片嘆息?？粗鴮W(xué)生那失望和惋惜的眼神， 感覺學(xué)生信心受了打擊，筆者決定要找出實(shí)驗(yàn)失敗的原因。帶領(lǐng)學(xué)生觀察已污染的培養(yǎng)基后， 教師將學(xué)生再次帶到組織 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室， 回顧整個(gè)組織培養(yǎng)過程， 試圖和學(xué)生一起找出實(shí)驗(yàn) 失敗的原因，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。1 尋找污染的各種可能原因1.1 回顧實(shí)驗(yàn)操作讓學(xué)生復(fù)述實(shí)驗(yàn)操作， 也以此檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)流程的掌握程 度?？偨Y(jié)如下。1.1.1 實(shí)

2、驗(yàn)前準(zhǔn)備（1）進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前換鞋，并換上已消毒的白大褂。將接種 室和超凈工作臺(tái)紫外燈提前 20 min 全部打開，將風(fēng)機(jī)全部打開， 阻止外部氣體進(jìn)入接種室內(nèi)部。（2）配置培養(yǎng)基：在配制培養(yǎng)基時(shí)，用的是 MS培養(yǎng)基，用 超純水溶解。 為了防止焦糊， 將小火間斷加熱改為在微波爐中用 中火加熱56 min，配制過程如圖2所示。3）高壓蒸汽滅菌：培養(yǎng)基分裝到培養(yǎng)瓶后，用高壓蒸汽 滅菌鍋保持0.10.15 kPa（溫度121 C ）的高壓狀態(tài)滅菌30 min。 滅菌過程如圖 3 所示。1.1.2 實(shí)驗(yàn)過程（1）取外植體（菊花葉） ：校植物園內(nèi)有菊花，采新鮮的 菊花莖若干。（ 2）消毒：將采集的菊花莖先在

3、70%酒精中浸泡 10 s 后用 無菌水沖洗，然后用 2.0%次氯酸鈉溶液消毒 15 min ，最后再用 無菌水沖洗。具體過程如圖 4 所示。（ 3 ）接種：進(jìn)入接種室，在超凈工作臺(tái)上將已消毒的菊花 莖剪成若干段（剪子和鑷子都已事先高溫灼燒滅菌），取一段菊 花莖接種在已滅菌冷卻的培養(yǎng)基上，如圖 5 所示。（ 4）貼上標(biāo)簽，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度控制在1822 C,如圖6所示。1.2 引導(dǎo)學(xué)生分析造成污染的原因 針對(duì)學(xué)生回憶出的實(shí)驗(yàn)步驟， 教師播放實(shí)驗(yàn)時(shí)拍攝的照片和 視頻，讓學(xué)生自己去分析每一個(gè)步驟可能造成微生物污染的原 因。總結(jié)如下。1.2.1 接種和培養(yǎng)環(huán)境不清潔 盡管事先接種室和超凈工

4、作臺(tái)的紫外燈全部都已打開， 有學(xué) 生提出可能由于人多， 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后， 粘在人身體上的各種微生 物被帶入到接種室和培養(yǎng)室。1.2.2 培養(yǎng)基及各種使用器具滅菌不徹底由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，而高壓蒸汽滅菌整個(gè)步驟耗時(shí)將近 30 min，為了學(xué)生能在有限時(shí)間完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程，通常采取 的是用一個(gè)高壓蒸汽滅菌鍋滅菌， 在等待滅菌的時(shí)間里繼續(xù)進(jìn)行 下一個(gè)步驟， 這樣就要求教師提前用另一高壓蒸汽滅菌鍋去準(zhǔn)備 好已滅菌過的冷卻了的培養(yǎng)基，冷凝的空氣可能滴入培養(yǎng)瓶蓋 上，造成污染。也有的同學(xué)根據(jù)課本提示指出在滅菌過程中，可 能沒有排凈鍋內(nèi)冷空氣。 鍋內(nèi)冷空氣如排放不凈， 會(huì)影響滅菌效 果，達(dá)不到徹底滅菌的目的

5、。 還有同學(xué)認(rèn)為滅菌所需時(shí)間達(dá)到后， 切斷電源，讓滅菌鍋?zhàn)匀唤禍?，?dāng)壓力表的壓力降至零時(shí)，才能 打開排氣閥，旋松螺栓，打開蓋子，可能是壓力未降到零時(shí)，就 打開了排氣閥， 就會(huì)因鍋內(nèi)壓力突然下降， 使容器內(nèi)的液體由于 內(nèi)外壓力不平衡而沖出燒瓶口或試管口， 造成棉塞沾染培養(yǎng)基而 發(fā)生污染。1.2.3 外植體消毒不徹底由于實(shí)驗(yàn)是在校園內(nèi)取材， 外植體上的微生物眾多， 需要徹 底消毒。但是考慮到氯化汞對(duì)環(huán)境危害大，對(duì)人畜的毒性極強(qiáng)， 為防止學(xué)生中毒， 所以教學(xué)中并沒有選用氯化汞， 消毒時(shí)選用體 積分?jǐn)?shù)為 70%酒精浸泡 10 s ，然后用 1.0%次氯酸鈉溶液消毒 15 m i n 。兩次都應(yīng)用無菌水

6、沖洗，不過當(dāng)時(shí)并沒有無菌水，用超純 水替代，很多學(xué)生質(zhì)疑，超純水中可能含有細(xì)菌，造成了污染。1.2.4 接種時(shí)沒有嚴(yán)格要求無菌操作 可能接種時(shí)，學(xué)生的手沒有消毒，碰到了外植體；也可能剪 刀和鑷子未放在滅菌器中灼燒滅菌。有的同學(xué)因白大褂數(shù)量不 夠，沒有換掉外面的衣服， 可能將附著在衣服上的外面的微生物 帶入實(shí)驗(yàn)室； 還有的同學(xué)完全打開了超凈工作臺(tái)的玻璃門， 將頭 伸進(jìn)去，在培養(yǎng)瓶上方操作，可能頭發(fā)碰到了培養(yǎng)基，如圖 7 所 示。通過對(duì)照片和視頻進(jìn)行分析，學(xué)生理解了規(guī)范操作的重要 性，也為后面學(xué)習(xí)微生物的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。2 通過對(duì)照試驗(yàn)，排除部分因素，進(jìn)一步確定可能因素 在實(shí)驗(yàn)室對(duì)每個(gè)培養(yǎng)瓶檢

7、查后， 有位學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己在同一時(shí) 間同一地點(diǎn)用相同批次滅菌過的培養(yǎng)基接種的不同種類外植體 生長(zhǎng)情況不同。 一瓶接種的是校園內(nèi)取材的菊花莖， 另一瓶接種 的是在實(shí)驗(yàn)室取材的煙草。 在組織培養(yǎng)室中教師提前已經(jīng)做了很 多煙草葉的組織培養(yǎng)，部分同學(xué)因?yàn)楹闷?，自己也接種了一瓶。 接種菊花莖的已經(jīng)被污染， 而接種煙草的生長(zhǎng)良好， 沒有污染物， 如圖 8 所示。該學(xué)生提出， 問題可能不在培養(yǎng)基上， 主要還是外植體的消 毒上?？赡苁窍緯r(shí)間太短，還有可能是要嚴(yán)格用無菌水沖洗， 而不能用超純水。教師反問學(xué)生，“顧名思義，無菌水就是將水 中微生物殺死而得到的水， 你覺得如何得到無菌水呢？”有學(xué)生 受到高壓蒸汽滅菌

8、的思路引導(dǎo)， 提出無菌水可用自來水經(jīng)過高溫 殺菌制作而成。將水加入三角瓶中，加棉塞、包扎、高壓滅菌， 與培養(yǎng)基的滅菌原理相同。3 通過圖片和材料分析，推測(cè)污染物成分 很多學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同培養(yǎng)瓶中污染物的成分不同， 有的污染物 是黑色的，有的污染物是紅色的，有的污染物是白色的。學(xué)生提 問：“這究竟是什么生物呢？是細(xì)菌還是真菌？”教師提供信息：細(xì)菌菌落較小，形狀表面或光滑黏稠，或粗 糙干燥，易挑起，多為白色；真菌落較大，菌絲細(xì)長(zhǎng)，菌落疏松， 呈絨毛狀、蜘蛛網(wǎng)狀、棉絮狀，無固定大小，多有光澤，不易挑， 有時(shí)還呈現(xiàn)紅色、褐色、綠色、黑色、黃色等不同的顏色（孢子 的顏色）?？淳湟话愦笾驴梢苑直娉黾?xì)菌和真菌

9、，若通過菌落 分辨不出，就需要用顯微鏡鏡檢。學(xué)生根據(jù)筆者剛才提供的信息 指出污染物大多是真菌，最常見的污染就是霉菌。為了驗(yàn)證學(xué)生 的推論，筆者建議學(xué)生用鑷子取各微生物放在滴加清水的載玻片 中，涂勻后蓋上蓋玻片，做成臨時(shí)裝片在顯微鏡下觀察，如圖 9 所示，霉菌的特點(diǎn)是有許多分生孢子，如圖 10所示，看看是否 能在顯微鏡下找到。學(xué)生通過菌落與顯微鏡的觀察，得出污染物絕大多數(shù)為真 菌，少部分為細(xì)菌。4 對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，并預(yù)設(shè)各種可能 通過對(duì)現(xiàn)象的分析，大家找到了許多可能造成污染的原因， 最可能的原因就是外植體消毒不徹底。 接下來，將實(shí)驗(yàn)中的所有 不規(guī)范的操作全部改正，嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)規(guī)范來操作。如果說第一次 實(shí)驗(yàn)僅僅是為了從知識(shí)層面上讓學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的具體操作和高 壓蒸汽滅菌的原理有所了解， 那么后來的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)就是為了讓學(xué) 生在情感上有所收獲： 要正視科學(xué)實(shí)驗(yàn)， 科學(xué)是容不得一點(diǎn)馬虎 的，從而培養(yǎng)學(xué)生從小形