1.2微生物的培养技术及应用（二）微生物的选择培养和计数教学设计2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学教学设计聚焦微生物的选择培养和计数，通过热泉水生栖热菌筛选案例导入，承接上节无菌操作等知识，以尿素分子模型、稀释涂布操作示意图为支架，构建“选择培养基筛选—梯度稀释涂布—活菌定量计数”完整逻辑链。 特色在于融合生命观念（适应观、物质与能量观）与科学思维（分类对比、误差辩证分析），采用情境导入、图文拆解、探究实验分析等方法，通过土壤分解尿素细菌实验提升学生设计与误差分析能力，为教师提供系统教学资源与清晰逻辑框架。

教学设计 课程名称 微生物的培养技术及应用—微生物的选择培养和计数 选用教材 高中生物人教版选修三 教学章节 第一章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课承接上一节微生物基础培养、无菌操作、平板划线知识，围绕 “从混杂微生物群体筛选目标菌种并定量统计活菌数量” 核心主线展开教学。首先以热泉水生栖热菌筛选实例引出选择培养基概念，借助尿素分子模型讲解筛选分解尿素细菌的培养基设计逻辑，明确以尿素为唯一氮源可抑制不能合成脲酶的杂菌生长；第二板块系统讲解稀释涂布平板法，搭配完整操作示意图梳理土样梯度稀释、涂布、恒温培养全套无菌流程；第三板块介绍微生物两类计数方法，稀释涂布平板活菌计数（统计 30～300 单菌落、结果偏小）与显微镜直接计数（死活菌全部统计）；以土壤分解尿素细菌分离计数为完整探究实践，给出专用选择培养基配方、取样规范、梯度稀释范围、菌落观察与误差分析；最后拓展活菌计数在食品、水质、土壤检测中的社会应用，构建 “选择培养基筛选→梯度稀释涂布→活菌定量计数” 完整实验逻辑链，完善微生物分离定量全套实验体系。 二、学情分析 1. 知识根基 学生上一课时已掌握普通培养基营养组分、消毒灭菌无菌技术、平板划线纯化微生物操作；理解微生物生长需要碳源、氮源、水、无机盐，但不清楚可通过限定特定营养、环境条件构建选择压力筛选目标菌种；知道固体培养基可形成单菌落，但不理解梯度稀释逐级降低菌液浓度的定量原理；仅掌握定性分离菌种方法，无微生物定量计数相关理论，难以区分活菌计数与显微镜计数的统计差异、误差来源。 2. 能力概况 高二学生具备分子模型、梯度稀释操作流程图、单菌落培养皿识图能力，但梯度稀释十倍递增逻辑梳理零散；小组讨论时难以对比选择培养基与通用培养基的成分差异；稀释涂布每一步无菌操作原理推导完整性不足，经常遗漏涂布器灼烧冷却、梯度无菌稀释关键细节；分析计数误差、平行实验重复设置的作用时因果推理片面；无法自主设计筛选特定功能微生物的选择培养基配方。 3. 认知误区 学生典型认知误区：一是认为选择培养基不含杂菌，忽略只是抑制杂菌生长，仍存在少量杂菌竞争；二是梯度稀释只稀释一次，不理解多级十倍稀释才能把土壤高浓度细菌降低至可计数范围；三是平板菌落越多计数越精准，不知道仅 30～300 个菌落的平板误差最小；四是涂布完成直接倒置培养，忘记涂布器灼烧灭菌、冷却再涂布；五是显微镜计数与稀释涂布计数结果数值应当完全相等，不了解两种方法统计对象不同带来数值差异；六是分解尿素培养基可添加多种氮源，不理解唯一氮源是筛选核心条件。 三、教学目标 1. 生命观念 1. 物质与能量观：选择培养基通过限定唯一氮源、温度、pH 等营养环境，仅允许具备对应代谢酶（脲酶）的微生物获取营养增殖，杂菌因缺少必需营养无法生长，体现不同微生物酶系差异带来营养利用分化。 2. 稳态与平衡观：梯度稀释逐级降低菌液浓度，人为调控单位培养基内微生物数量，形成分散单菌落，构建可定量统计的稳定培养体系；平行重复平板抵消偶然污染、稀释误差，保证计数结果稳态可靠。 3. 适应观：水生栖热菌适应 70～80℃高温环境、分解尿素细菌可利用尿素作氮源，是微生物长期自然选择形成的环境适应特性，人工选择培养基模拟自然选择压力筛选菌种。 2. 科学思维 1. 分类归纳思维：表格分类对比选择培养基与通用培养基、稀释涂布计数与显微镜直接计数的原理、统计对象、误差； 2. 演绎推理思维：结合选择压力推导尿素选择培养基配方设计逻辑，结合梯度稀释流程推导涂布单菌落、定量计数底层原理，反向分析计数误差、实验失败诱因； 3. 模型建模思维：依托梯度稀释涂布操作流程图、尿素分子模型构建筛选 + 定量完整实验模型； 4. 误差辩证分析思维：辩证分析活菌计数偏小、显微镜计数偏大的误差来源，理解平行重复实验减小误差的科学逻辑。 3. 科学探究 1. 观察尿素分子模型示意图，小组推导分解尿素细菌选择培养基的设计思路，对比通用培养基异同； 2. 观察稀释涂布平板法完整操作示意图，分组梳理土样梯度十倍稀释、涂布器无菌处理、涂布恒温培养全套操作； 3. 观察涂布后单菌落培养皿实景图，掌握菌落计数标准，结合土壤分离尿素细菌探究实验，完整设计取样、稀释、培养、计数全套实验方案； 完整走完 “热泉筛选情境导入→选择培养基原理与配方设计→稀释涂布平板操作流程→微生物两类计数方法对比→土壤分解尿素细菌探究实践” 探究流程，提升分子模型识图、梯度稀释流程建模、选择培养基方案设计、计数误差溯源探究能力。 4. 社会责任 1. 依托土壤细菌计数、水质 / 食品微生物检测社会应用，认识活菌计数技术在食品安全、水源污染监测、土壤肥力评估领域的实用价值； 2. 理解耐高温 Taq 酶、降解尿素微生物筛选技术对 PCR、农业土壤改良的科研、生产贡献，体会微生物筛选工程助力生物技术产业发展； 3. 能够规范完成梯度稀释、稀释涂布全套无菌定量操作，严格遵循微生物实验生物安全规范； 4. 具备基于选择培养原理自主设计微生物筛选实验的能力，主动关注环境微生物治理、农产品安全相关民生技术。 四、教学重难点 1. 选择培养基筛选原理，分解尿素细菌选择培养基配方设计（尿素为唯一氮源）； 2. 稀释涂布平板法完整操作：土样梯度十倍稀释、涂布无菌操作、恒温培养； 3. 微生物两类计数方法：稀释涂布活菌计数标准、显微镜直接计数，误差对比； 难点 1. 推导 “唯一氮源” 形成选择压力、抑制杂菌生长的完整逻辑，自主设计功能微生物选择培养基； 2. 理解梯度多级十倍稀释降低菌液浓度、获得可计数单菌落的定量原理，分析计数误差来源； 3. 区分两种计数方法统计对象、数值差异，解释平行重复平板、30～300 菌落计数区间的科学依据。 五、教学方法  自然选择情境导入法：热泉水生栖热菌筛选案例引入人工选择培养基原理；  分子 + 流程图文拆解法：尿素分子模型、梯度稀释涂布示意图分层讲解筛选与定量操作；  对比分类归纳法：表格对比选择 / 通用培养基、两种微生物计数方法；  分步实操建模法：拆解梯度稀释、涂布全流程无菌操作，对应定量计数原理；  探究实验分析法：以土壤分解尿素细菌完整实验为载体，小组自主设计实验方案、分析误差。 六、教学资源 尿素分子模型示意图、稀释涂布平板法操作示意图、涂布分离单菌落培养皿实景图；配套素材：选择培养基与通用培养基对比填空表格；两种计数方法对比学案；土壤分解尿素细菌探究实验方案任务单；食品水质微生物检测科普拓展材料。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 情境导入（5 分钟）  出示热泉筛选水生栖热菌案例创设情境，抛出导入讨论问题：热泉 70～80℃高温环境只存活水生栖热菌，实验室如何人为制造筛选条件，从土壤混杂细菌中分离仅能分解尿素的菌种？  出示尿素分子模型示意图 简单介绍尿素可作为专属氮源，只有合成脲酶的细菌能利用，以此构建选择培养基筛选压力，本节课解决两大核心问题：如何设计选择培养基、如何定量统计目标活菌数量。  出示导入思辨问答题，题目具体如下：筛选分解尿素细菌的培养基，唯一氮源是什么？梯度稀释涂布最终统计的数值代表什么？菌落计数选择 30～300 区间的原因是什么？  过渡讲解：依靠选择培养基抑制杂菌获得目标菌种，再通过梯度稀释涂布平板法分散单菌落，完成活菌定量计数，完整实现微生物筛选与定量分析。  观看尿素分子模型示意图，识别尿素分子结构，小组交流尿素作为唯一氮源限制杂菌生长的筛选逻辑。  独立完成导入思辨问答题，同桌互相核对答案，记录本节课三大学习主线：选择培养基筛选原理、稀释涂布平板操作、微生物两类计数方法。  完整口述人工选择培养基核心逻辑：人为提供目标微生物适宜条件，同时抑制其他杂菌增殖。 环节二 新知探究一：选择培养基的原理与配方设计（14 分钟）  选择培养基概念讲解：人为配制培养基，提供利于目标微生物生长的营养、温度、pH 条件，同时抑制、阻止其余微生物增殖；以热泉高温筛选水生栖热菌为例，高温抑制绝大多数微生物，仅耐热菌种存活，是自然选择的人工模拟。  分解尿素细菌筛选原理分层拆解：土壤中多数微生物可利用葡萄糖，但仅能合成脲酶的细菌分解尿素获得氨态氮；培养基仅添加尿素作为唯一氮源，不含铵盐、硝酸盐，不能分解尿素的杂菌缺少氮源无法繁殖，达到筛选目的。  对比通用培养基讲解配方差异：通用培养基牛肉膏蛋白胨同时含多种氮源；分解尿素选择培养基去除复合氮源，仅尿素提供氮元素，碳源、无机盐、琼脂正常添加，配套给出教材标准配方。  组织小组思考讨论，出示讨论题，题目具体如下：1. 筛选分解尿素细菌时，培养基能否添加牛肉膏？为什么？2. 选择培养基能否完全杜绝杂菌生长？为什么？  对照尿素分子模型示意图，标注尿素氮元素来源，小组梳理唯一氮源形成选择压力的完整逻辑。  小组制作对比表格，分层整理选择培养基、通用培养基氮源组分、筛选功能差异，结合土壤细菌代谢特点完善表格。  独立完成讨论题，分层书写牛肉膏提供多种氮源，失去筛选作用；仅抑制杂菌，少量耐胁迫杂菌仍可微弱生长，无法彻底灭菌。  同桌互相复述选择培养基模拟自然选择、限定营养筛选目标菌种的核心原理。 环节三 新知探究二：稀释涂布平板法完整操作（15 分钟）  方法背景讲解：土壤细菌浓度极高，直接涂布菌落重叠无法计数，必须多级十倍梯度稀释降低菌液浓度，涂布后形成分散单菌落，用于分离、定量活菌。  出示稀释涂布平板法操作示意图 分步拆解全套无菌操作，同步匹配定量原理： ① 土壤取样：取地表 3～8cm 中性潮湿农田土，10g 土加入 90mL 无菌水制成 10 倍初始稀释液； ② 梯度十倍稀释：依次取 1mL 上清加入 9mL 无菌水，逐级稀释至 10⁴、10⁵、10⁶倍，多级稀释大幅降低单位体积活菌数量； ③ 涂布器无菌处理：涂布器浸入 70% 酒精，酒精灯充分灼烧、完全冷却后再蘸取 0.1mL 菌液； ④ 涂布操作：菌液均匀涂满固体培养基表面，转动培养皿保证分散，全程酒精灯火焰旁操作； ⑤ 恒温倒置培养：30～37℃倒置培养 1～2 天，培养基吸收菌液后单菌落清晰可见。  无菌细节强调：涂布器未冷却会烫死菌种；稀释全程无菌水、试管、移液管灭菌；培养皿标记稀释倍数、组别避免混淆。  组织小组综合讨论，出示讨论题，题目具体如下：梯度稀释采用十倍递增的优势是什么？涂布前灼烧涂布器、冷却再涂布分别起到什么作用？培养平板倒置的两个目的？  对照稀释涂布操作示意图，手绘梯度稀释试管、涂布无菌操作箭头，梳理逐级降低菌液浓度的定量逻辑。  小组分步拆解每一步操作对应的无菌、稀释原理，解释十倍稀释标准化、易计算的优势。  独立完成综合讨论题，分层书写十倍稀释稀释梯度统一，计数换算简便；灼烧杀灭残留杂菌，冷却防止高温杀死目标活菌；防止冷凝水滴落污染菌落、减少水分蒸发。  小组代表完整讲解梯度稀释涂布实现单菌落分散、活菌定量的整套逻辑。 环节四 新知探究三：微生物计数方法与探究实验（14 分钟）  出示涂布分离单菌落培养皿实景图 讲解稀释涂布活菌计数标准：单个活菌增殖形成单菌落，仅选取菌落数 30～300 的平板统计，过少误差大、过多菌落重叠；同一稀释梯度至少 3 组平行平板，取平均值降低偶然误差；统计结果数值偏小，多个活菌连在一起仅形成一个菌落。  补充显微镜直接计数法：利用血细胞计数板，显微镜下直接统计全部微生物，活菌、死菌全部计入，数值偏大，适合快速粗略定量。  完整探究实验梳理 —— 土壤分解尿素细菌分离计数： 取样规范：中性农田表层下 3～8cm 土壤；稀释梯度选用 10⁴、10⁵、10⁶倍；培养基为尿素唯一氮源选择培养基；培养温度 30～37℃，每隔 24h 记录菌落形态、数量；设置空白对照检验灭菌与操作污染；实验误差来源：稀释操作误差、杂菌干扰、多个菌体粘连形成单菌落、平行平板数量不足。  拓展社会应用：活菌计数广泛用于空气、水源、牛奶、土壤微生物安全检测，支撑食品卫生、环境治理行业质检工作。  组织小组对比讨论，出示讨论题，题目具体如下：稀释涂布计数结果为什么小于实际活菌数？显微镜计数与涂布计数数值哪个更大，原因是什么？平行重复平板的作用？  观看单菌落培养皿实景图，识别分散独立菌落，标注 30～300 适宜计数区间，区分重叠菌落无法准确统计的缺陷。  小组制作对比表格，分层整理稀释涂布计数、显微镜直接计数统计对象、误差、适用场景。  独立完成对比讨论题，分层书写多个细菌粘连仅生成一个菌落；显微镜计数包含死菌、活菌，数值更大；抵消稀释、涂布、培养过程偶然误差，提升结果准确性。  分组完整梳理土壤分解尿素细菌探究实验取样、稀释、涂布、培养、计数全套流程。 环节五 课堂梳理、分层作业布置（5 分钟） · 整体脉络梳理：本节课四大板块，依托尿素分子模型讲解选择培养基筛选原理与唯一氮源配方；结合稀释涂布操作示意图拆解梯度稀释、无菌涂布全套定量操作；通过单菌落培养皿实景图讲解两类微生物计数方法与误差；结合土壤探究实验完整落地筛选 + 计数实操体系，拓展民生质检应用。 · 分层布置课后作业 · 基础作业：写出选择培养基筛选原理；逐条梳理稀释涂布平板完整操作步骤；表格对比两种微生物计数方法；写出分解尿素细菌培养基氮源设计要点；完成本节全部思考讨论题。 · 提升作业：分析稀释涂布计数偏小的全部误差来源；自主设计筛选降解石油细菌的选择培养基配方；分析平行平板、30～300 菌落区间的科学依据。 · 拓展实践：走访本地水质检测站、农产品加工厂，调研活菌计数质检流程；取校园土壤，设计完整分离计数分解尿素细菌的实验方案。 · 引导学生整理三张配套图文笔记，梳理尿素分子模型示意图、稀释涂布平板法操作示意图、涂布分离单菌落培养皿实景图核心知识点。 · 同桌互相抽查选择培养基配方、梯度稀释操作、两种计数方法误差、探究实验流程，查漏补缺易混淆知识点。 · 逐条记录分层作业，结合自身培养基设计、计数误差分析薄弱点规划完成顺序；存在梯度稀释定量逻辑、选择压力原理疑问的学生课后小组交流讨论。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托热泉耐热菌筛选、土壤分解尿素微生物分离等本土与科研微生物筛选案例，结合尿素选择培养基、梯度稀释涂布全套标准化定量实验操作，引导学生建立微生物代谢依赖专属营养环境、人工选择压力实现菌种定向筛选的物质适应生命观念；通过选择培养基配方设计、梯度稀释定量原理推导、两种计数方法误差对比、土壤微生物探究方案自主设计，培养条件控制逻辑推导、多方案辩证对比、实验误差多维度溯源的严谨科学思维；结合食品卫生、水源污染、土壤肥力检测等民生领域活菌计数应用，理解微生物筛选与定量技术保障食品安全、生态环境治理的社会价值；体会我国古代农耕利用土壤微生物改良土地、现代 PCR 耐热酶工业应用的生物技术发展脉络，认同基础微生物实验技术支撑农业、环境、医药产业创新；严格落实微生物实验无菌、生物安全操作规范，树立标准化、严谨化的实验科学素养，自觉运用微生物筛选知识关注土壤修复、水质保护等生态民生问题。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课使用三张配套图文，按照热泉情境导入、选择培养基原理、稀释涂布操作、微生物计数与探究实验逻辑授课，多数学生能记住尿素为唯一氮源的筛选条件，但课堂存在明显短板：一是学生极易混淆选择培养基 “抑制杂菌” 和灭菌 “杀灭全部微生物” 的差异，认为选择培养基不存在杂菌；二是梯度多级十倍稀释定量逻辑理解片面，只能记住操作步骤，无法完整推导逐级降低菌液浓度获得可计数单菌落的因果链；三是分析涂布计数误差时，仅能说出菌体粘连，忽略稀释操作、涂布不均、培养污染多重误差来源；四是区分两种计数方法数值大小时，无法从统计对象（活菌 / 全部菌体）完整解释数值差异；五是自主设计选择培养基时，仅能限定单一营养条件，忽略 pH、温度、无机盐配套环境设计。 2 修改措施 课前设计选择培养基、两种计数方法对比填空预习单，提前铺垫概念区分基础；课堂增设线性分栏板书，逐条标注选择培养基筛选压力、梯度稀释定量逻辑、两类计数统计对象与误差；补充涂布操作、计数区间的原理醒目标注；课后配套选择培养基配方设计、梯度稀释原理辨析、计数误差溯源三类专项习题；调整课堂时间分配，压缩概念讲授时长，预留充足小组三张图文筛选原理推导、稀释定量逻辑拆解、计数误差多维度讨论时间；增设绘图作业，要求学生依据课堂三张图文绘制梯度稀释涂布完整流程并标注无菌与定量原理，提升图文建模、筛选条件因果推导、实验误差多维度溯源探究能力。 学科网（北京）股份有限公司 $