年玉娟

摘 要 敘述了對(duì)巴斯德“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證與改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明了“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性與科學(xué)性，改進(jìn)措施也具有較強(qiáng)的可行性。

關(guān)鍵詞 “鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn) 研究性實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證 改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 研究背景

生物是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)和開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要方法與手段。一次成功的實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，強(qiáng)化課堂教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教材中提供了大量的實(shí)驗(yàn)資源，供師生利用。其中，人教版生物教材第五單元第四章第二節(jié)“細(xì)菌”中，介紹了巴斯德的“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)，基本過(guò)程如下：

鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)是假設(shè)微生物的移動(dòng)，需要依靠鞭毛或其它結(jié)構(gòu)，并且需要在液體介質(zhì)中才能移動(dòng)。

巴斯德把肉湯灌進(jìn)兩個(gè)燒瓶：第一個(gè)燒瓶是直頸燒瓶;而第二個(gè)燒瓶的瓶頸彎曲如鵝頸。然后把肉湯煮沸、冷卻。兩個(gè)瓶子都能與空氣相通。很快，第一個(gè)燒瓶里就出現(xiàn)了混濁，第二個(gè)燒瓶里卻沒(méi)有。他把第二個(gè)瓶子繼續(xù)放下去：直至三年后，鵝頸瓶里的肉湯仍然清澈透明，沒(méi)有變臭。由此巴斯德用實(shí)驗(yàn)證據(jù)推翻了“自然發(fā)生說(shuō)”，創(chuàng)立了“生生說(shuō)”，認(rèn)為細(xì)菌是由原來(lái)存在的細(xì)菌產(chǎn)生的。

學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)資料表現(xiàn)出濃厚的興趣，但是也有一些疑問(wèn)：“空氣可以進(jìn)入鵝頸瓶，空氣中有細(xì)菌，也可以進(jìn)入，瓶子里的肉湯真的不會(huì)壞嗎？”“就算是細(xì)菌無(wú)法運(yùn)動(dòng)到鵝頸瓶中，但肉湯里會(huì)有細(xì)菌或芽孢的存在”（消滅芽孢所要求的高溫高壓121℃，103.4 kPa），肉湯本身的細(xì)菌沒(méi)能被完全消滅，冷卻后會(huì)大量繁殖。巴斯德的“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)真的會(huì)如史料所傳，一直沒(méi)有微生物的繁殖嗎？為了解決這些疑問(wèn)，筆者開(kāi)展了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

2 研究的基本思路

研究的基本思路為：驗(yàn)證—改進(jìn)—推廣。

3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、設(shè)想實(shí)驗(yàn)步驟、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用品、確定實(shí)驗(yàn)時(shí)間、進(jìn)行組員分工。

3.2 確定驗(yàn)證方案

為了保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性與合理性，此驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)用了巴斯德鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)相同的實(shí)驗(yàn)材料和方法，即將肉湯灌裝到同樣容量的直頸燒瓶和鵝頸瓶?jī)?nèi)，形成對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的變量是有無(wú)微生物進(jìn)入瓶?jī)?nèi)。煮沸兩燒瓶，保持15 min沸騰時(shí)間，然后靜置觀察，每天記錄現(xiàn)象并拍照。

3.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論

3.3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

60 d后觀察兩個(gè)瓶?jī)?nèi)的肉湯：鵝頸瓶中的肉湯保持澄清，無(wú)明顯臭味，未出現(xiàn)菌落;直頸瓶中的肉湯混濁變色，有臭味，表面出現(xiàn)菌落。此現(xiàn)象與巴斯德的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合，解答了以下疑問(wèn)：

（1） 微生物在沒(méi)有介質(zhì)的情況下不能向高處運(yùn)動(dòng)，無(wú)法通過(guò)鵝頸瓶的曲頸進(jìn)入肉湯，在空氣與瓶相通時(shí)，瓶?jī)?nèi)也能形成無(wú)菌環(huán)境。

（2） 煮沸時(shí)，大量的水蒸汽要通過(guò)狹窄的瓶頸噴出，這樣，瓶?jī)?nèi)形成高壓高溫環(huán)境，從而達(dá)到消滅芽孢以徹底滅菌的效果。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)反思

巴斯德實(shí)驗(yàn)的周期是3年，而目前的實(shí)驗(yàn)周期是60 d，是否存在：短期內(nèi)無(wú)菌，長(zhǎng)期仍有微生物繁殖的情況呢？

3.3.3 問(wèn)題解決

（1） 將鵝頸瓶中的肉湯取出，做接種培養(yǎng)，如果培養(yǎng)基上沒(méi)有出現(xiàn)菌落，則可證明鵝頸瓶中的肉湯中確實(shí)沒(méi)有微生物。

（2） 改進(jìn)此實(shí)驗(yàn)，向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的同時(shí)，延續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力。

4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

4.1 確定改進(jìn)方案

初步確立的將肉湯取出進(jìn)行接種培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)被否決，原因是：肉湯取出時(shí)極有可能感染微生物導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗;因此，采用更有效的方法：逆向思維——將瓊脂培養(yǎng)基裝入另外一組直頸瓶與鵝頸瓶，如果有微生物的生長(zhǎng)繁殖，會(huì)以菌落的形式表現(xiàn)出來(lái)。

4.2 開(kāi)展改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

瓊脂是一種煮沸冷卻后凝為固態(tài)的物質(zhì)，瓊脂培養(yǎng)基除了瓊脂這一主要成分外，還添加了微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：牛肉膏、蛋白胨、氯化鈉等，是研究微生物學(xué)常用的實(shí)驗(yàn)藥品。本實(shí)驗(yàn)選擇用瓊脂培養(yǎng)基代替肉湯，裝入直頸瓶與鵝頸瓶，同時(shí)加熱15 min后靜置培養(yǎng)。

4.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

經(jīng)過(guò)60 d的靜置。

直頸瓶中出現(xiàn)較多菌落，而鵝頸瓶中沒(méi)有菌落。這樣可以確定：煮沸過(guò)程對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行有效滅菌;鵝頸阻擋外界的微生物的進(jìn)入，使瓶?jī)?nèi)形成了持續(xù)穩(wěn)定的無(wú)菌環(huán)境。

5 成果總結(jié)

（1） 本驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明了巴斯德“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，重現(xiàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，也解決了師生在教與學(xué)中遇到的疑問(wèn);同時(shí)，為學(xué)生提供比教材更形象可信的視覺(jué)資料，為一線生物教師將此實(shí)驗(yàn)帶入課堂提供了有價(jià)值的參考。

（2） 生物教學(xué)不僅要提高學(xué)生的知識(shí)與能力，還要對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感態(tài)度和價(jià)值觀的滲透，注重介紹科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同嚴(yán)謹(jǐn)、開(kāi)放、重實(shí)踐、重依據(jù)的科學(xué)精神。體驗(yàn)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過(guò)程比僅僅資料介紹和教師講解更有說(shuō)服力，也可讓學(xué)生切身感受科學(xué)精神和魅力。

6 改進(jìn)措施可行性分析

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的便利性、可觀察性，有利于“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)的推廣。

6.1 高效低耗

用瓊脂培養(yǎng)基代替肉湯，濃度易于控制、避免浪費(fèi)、同樣體積的肉湯與培養(yǎng)基相比，瓊脂培養(yǎng)基成本較低。

6.2 增加便利性

瓊脂培養(yǎng)基可以由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)，與肉湯的流動(dòng)性相比，便于操作和保持瓶?jī)?nèi)培養(yǎng)基的穩(wěn)定性，能達(dá)到延長(zhǎng)觀察時(shí)間的目的。

6.3 提高直觀性

瓊脂培養(yǎng)基表面的菌落豐富清晰，呈現(xiàn)出比肉湯更明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

6.4 多方位服務(wù)

教師可將本實(shí)驗(yàn)與第一節(jié)“細(xì)菌和真菌的分布”結(jié)合起來(lái)，達(dá)成多個(gè)教學(xué)目標(biāo)：說(shuō)出細(xì)菌和真菌的分布特點(diǎn);嘗試采用細(xì)菌和真菌培養(yǎng)的一般方法，進(jìn)行“檢測(cè)不同環(huán)境中的細(xì)菌和真菌”的探究活動(dòng)。“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可呈現(xiàn)出菌落的形態(tài)顏色，幫助學(xué)生比較得出細(xì)菌、真菌菌落的區(qū)別，同時(shí)促成學(xué)生認(rèn)識(shí)到：細(xì)菌和真菌個(gè)體微小，廣泛分布于空氣中。

第二節(jié)的“檢測(cè)不同環(huán)境中的細(xì)菌和真菌”探究活動(dòng)的前期準(zhǔn)備步驟有：配制培養(yǎng)基、高溫滅菌并冷卻、接種、觀察。由于所需實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)，故學(xué)校很少開(kāi)展此探究活動(dòng)，如果將“鵝頸瓶”實(shí)驗(yàn)引入課堂，不管以演示實(shí)驗(yàn)還是教學(xué)實(shí)驗(yàn)，都是探究活動(dòng)的升級(jí)版本。這樣結(jié)合實(shí)驗(yàn)可減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間與材料浪費(fèi)，服務(wù)于兩節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，也體現(xiàn)了生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高效。