微生物培养的方法范文

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篇1

中图分类号 O614.62 文献标识码 A 文章编号 1000-2537（2015）03-0022-07

随着核工业的发展，含U放射性废物不断进入环境中，对人类健康和生态环境造成威胁.地壳表层平均铀含量为3 μg/g[1].铀矿冶、核电站、核武器实验等含铀废水中，铀的质量浓度约为5 mg/L，远高于国家排放标准（0.05 mg/L），也远高于世界卫生组织（WHO）规定饮用水标准最高铀质量浓度50 μg/L [2-3].高浓度铀的放射性和化学毒性影响动物和人体肾脏和骨骼的正常功能[4]，因此，U污染的环境修复问题已成为当前的研究热点.据报道微生物修复U污染比物理化学修复更具有显著优势[5].自然环境中，U有Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ 4种价态，U（Ⅲ）和U（V）不稳定，极易歧化，因此U（Ⅵ）和 U（Ⅳ）是两种最主要的价态[6].

因U易受环境中pH值、有机物、氧化还原条件等的影响，其化学形态在实际环境体系中可互相转化，增加了U价态分析的难度.

目前，微生物培养基中U（Ⅵ）和 U（Ⅳ）的测量方法为偶氮胂（Ⅲ）分光光度法[7-8].其原理是U（Ⅵ）和 U（Ⅳ）在酸性条件下与偶氮胂（Ⅲ）形成1∶1络合物，在特定波长处测其吸光度[9-10].但偶氮胂（Ⅲ）分光光度法在U（Ⅵ）和U（Ⅳ）质量浓度的测量过程中，忽略了微生物培养基对U的影响及U（Ⅳ）的不稳定性，而不能同时准确测量其中U（Ⅳ）的质量浓度.因此，为了深入研究微生物对U的氧化还原作用，有必要在微生物培养基中建立一种能同时测量U（Ⅵ）和U（Ⅳ）质量浓度的方法.

通过将U的多形态分析转为单一形态分析，即运用分光光度法，通过U的氧化还原，测量体系中U（Ⅵ）和总U的质量浓度ρ，ρ总U减去ρU（Ⅵ）得出ρU（Ⅳ），可消除培养基中U（Ⅳ）不稳定性及微生物培养基对其影响问题.U（Ⅳ）作为U（Ⅵ）的还原产物，也是氧化还原过程中的反应试剂，其制备方法包括还原剂还原法（金属还原剂、汞齐及合金还原剂、低价金属化合物）、电化学法、光催化法等[11].其中部分还原方法操作复杂、易受还原剂、催化剂及反应条件等的限制.因此需寻找一种操作过程简单、不易引入干扰物质，避免在HCl、HF、稀H2SO4、低浓度HClO4中U（Ⅵ）还原产物U（Ⅳ）的再氧化作用的U（Ⅳ）制备方法；再运用U的氧化还原过程建立U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的分光光度法；通过该方法研究U（Ⅵ）和U（Ⅳ）在微生物培养基中的稳定性，为微生物固定U（Ⅵ）选用适合的培养基提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

TGY培养基（胰蛋白胨酵母葡萄糖培养基）：胰蛋白胨5 g，酵母粉3 g，葡萄糖1 g，定容至1 000 mL，pH 7.0～7.2.

LB培养基（溶菌肉汤培养基）：酵母粉5 g，蛋白胨10 g，氯化钠10 g，定容至1 000 mL，pH 7.2～7.4.

NA培养基（牛肉膏蛋白胨培养基）：蛋白胨10 g，牛肉膏3 g，氯化钠5 g，定容至1 000 mL，pH 7.0.

1 000 mg/L U（Ⅵ）标准储备液：1.782 2 g醋酸双氧U（UO2（CH3COO）2・H2O上海谱振生物科技有限公司），溶解并定容至1 000 mL，摇匀，避光保存，其他各浓度U（Ⅵ）由此溶液稀释获得.

0.05%偶氮胂（Ⅲ）显色液（上海阿拉丁）：偶氮胂（Ⅲ）0.05 g，定容至100 mL.

无砷锌粒（成都市科龙化工试剂厂）.其他试剂均为国产分析纯.

1.2 U（Ⅵ）标准曲线的制作

取1 000 mg/L U（Ⅵ） 2 mL，去离子水定容至50 mL，配制成40 mg/L U（Ⅵ），8支10 mL比色管，分别加入40 mg/L U（Ⅵ）0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.5，2 mL，0.05%偶氮胂Ⅲ1 mL，缓冲液定容至10 mL，充分摇匀，静置30 min，于652 nm处测其吸光度.

1.3 U（Ⅳ）的制备方法优化

在6 mol/L HCl介质中，以锌粒为还原剂，考察U（Ⅵ）初始浓度、锌粒用量、反应时间等对U（Ⅳ）制备的影响，得出优化条件[12].最后测量溶液残留U（Ⅵ），考察U（Ⅳ）的生成率.

U（Ⅵ）的生成率（%）=ρ1-ρ2ρ1×100%，（1）

式中ρ1为U（Ⅵ）起点质量浓度，mg/L；ρ2为U（Ⅵ）残留质量浓度，mg/L.

1.3.1 初始U（Ⅵ）质量浓度对U（Ⅳ）制备的影响 分别取1 000 mg/L U（Ⅵ） 0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 mL于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HCl 45 mL，加入锌粒0.6 g，使其用量为12 g/L，定容.U（Ⅵ）最终分别为4，6，8，10，12，14，16，18，20 mg/L.

1.3.2 锌粒用量对U（Ⅳ）制备的影响 取1 000 mg/L U（Ⅵ） 0.5 mL于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HCl 45 mL，加入锌粒分别为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0 g，定容.使锌粒用量分别为4，8，12，16，20，24，28，32，36 g/L.

1.3.3 反应时间对U（Ⅳ）制备的影响 取1 000 mg/L U（Ⅵ） 0.5 mL于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HCl 45 mL，加入锌粒使其用量为12 g/L，反应时间分别为90，120，150，180，210 min，定容.

1.4 微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）测试方法的建立

1.4.1 微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）分光光度法的建立 微生物培养基中U（Ⅳ）由于易受温度、空气中气体、体系中酸性介质等影响发生氧化，造成形态发生变化.在U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的微生物培养基混合体系中，运用偶氮胂（Ⅲ）分光光度法先测量样品中ρU（Ⅵ），另取样品将U（Ⅳ）氧化成总U，利用ρ总U减去ρU（Ⅵ）得出ρU（Ⅳ），即整个研究过程中通过ρU（Ⅵ）和ρ总U定量ρU（Ⅳ），使多组分分析转换成单组分分析.该方法解决了微生物培养基对U的影响及U（Ⅳ）的不稳定性问题，能同时测量微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）.

偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测试ρU（Ⅵ）：取2 mL样品，1 mL 0.05%偶氮胂（Ⅲ）显色液，0.4 mol/L氯乙酸-0.4 mol/L氯乙酸钠缓冲液定容至10 mL，静置30 min，波长652 nm处测量其吸光度；偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测试ρU（Ⅳ）则先测试样品中ρU（Ⅵ），另取2 mL样品采用1 mL浓硝酸加热赶酸，保持微沸状态，直到出现白色残渣为止，溶解并定容至5 mL.用偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测试ρU（Ⅵ），此为ρ总U.含U混合体系中ρU（Ⅳ）由两者的差值得出.ρU（Ⅳ）按式（2）计算：

ρU（Ⅳ）=ρ总U-ρU（Ⅵ）.（2）

式中 ρU（Ⅳ）为U（Ⅳ）质量浓度，mg/L；ρ总U为总U质量浓度，mg/L；ρU（Ⅵ） 为U（Ⅵ）质量浓度，mg/L.

1.4.2 浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响 取10 mg/L U（Ⅳ）25 mL于容量瓶中，TGY培养基定容至50 mL.分别加入0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL浓硝酸对2 mL培养基中的U（Ⅳ）进行氧化，反应完成后偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测量ρU（Ⅵ），即ρ总U.考察浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响，U（Ⅳ）的氧化率按式（3）计算：

氧化率（%）U（Ⅳ）=ρU（Ⅵ）ρ总U×100%.（3）

式中ρU（Ⅵ）为U（Ⅵ）质量浓度，mg/L；ρ总U为总U质量浓度，mg/L.

1.5 U在培养基中的稳定性研究

1.5.1 U（Ⅵ）在TGY，LB，NA培养基中的稳定性研究 取过滤除菌1 000 mg/L U（Ⅵ） 1 mL，分别加入至已灭菌的99 mL NA，LB，TGY的液体培养基中，得到最终10 mg/L U（Ⅵ）.30 ℃，120 r/min，震荡60 h，间隔12 h 取样，测量微生物培养基对U（Ⅵ）的影响率.微生物培养基对U（Ⅵ）的影响率按式（4）计算：

影响率（%）=ρ1-ρ2ρ1×100%.（4）

式中ρ1为U（Ⅵ）起点质量浓度，mg/L；ρ2为U（Ⅵ）残留质量浓度，mg/L.

1.5.2 培养基单组分对U（Ⅵ）稳定性的影响 按单组分在微生物培养基中的比例，即3 g/L酵母粉，10 g/L 蛋白胨，3 g/L牛肉膏，5 g/L胰蛋白胨，1 g/L葡萄糖，10 g/L氯化钠的液体培养基中加入过滤除菌的1 000 mg/L U（Ⅵ） 1 mL，得到最终10 mg/L U（Ⅵ）.30 ℃，120 r/min，震荡60 h，间隔12 h取样，考察培养基单组分对U（Ⅵ）的影响.

1.5.3 U（Ⅳ）在TGY培养基中的稳定性研究 等体积混合过滤除菌的10 mg/L U（Ⅳ）与灭菌TGY培养基， 30 ℃，120 r/min，震荡60 h，间隔12 h取样.含U混合体系中，测量2 mL样品中ρU（Ⅵ），另取2 mL样品加入1 mL浓硝酸将其中U（Ⅳ）硝化为总U，测ρ总U，ρU（Ⅵ），计算出ρU（Ⅳ），考察TGY培养基中U（Ⅳ）的稳定性.

2 结果与讨论

2.1 U（Ⅵ）标准曲线的制作

以U（Ⅵ）质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，拟合后得到U（Ⅵ）标准曲线，结果如图1所示.可知标准曲线方程y=0.040x-0.007，R2=0.999，在ρU=0.0～20.0 mg/L范围内，吸光度-ρU关系符合比尔定律.

2.2 U（Ⅳ）的制备方法优化

2.2.1 ρU（Ⅵ）对U（Ⅳ）制备的影响 保持反应体系中的ρU（Ⅵ）分别为4，6，8，10，12，14，16，18，20 mg/L，HCl浓度6 mol/L，锌粒12 g/L，总反应体积为50 mL.U（Ⅳ）生成率随U（Ⅵ）初始浓度的变化见图2.由图2可知，在4～10 mg/L U（Ⅵ）终浓度范围内，U（Ⅳ）生成率随着ρU（Ⅵ）的增大保持稳定状态，达到95%左右.但ρU（Ⅵ）为10～20 mg/L时，U（Ⅳ）生成率随着ρU（Ⅵ）的增加，生成率急剧下降.因此，选择最适ρU（Ⅵ）为10 mg/L.

2.2.2 锌粒用量对U（Ⅳ）制备的影响 保持反应体系中的ρU（Ⅵ）为10 mg/L，HCl浓度为6 mol/L，总反应体积为50 mL，反应体系中的锌粒用量分别为4，8，12，16，20，24，28，32，36 g/L.U（Ⅳ）生成率随锌粒用量的变化见图3.由图3可知，锌粒用量在4～12 g/L范围内，U（Ⅳ）生成率随着锌粒浓度的增加而增大.当锌粒用量为12 g/L时，生成率达到最大.但当锌粒用量大于28 g/L时，生成率呈明显减小趋势，且有典型的黑色絮状沉淀.推测锌粒过量时，会对ρU（Ⅵ）的测量有较大影响.因此选择最适宜锌粒用量为12 g/L.

2.2.3 反应时间对U（Ⅳ）制备的影响 保持反应体系中的ρU（Ⅵ）为10 mg/L，HCl浓度为6 mol/L，总反应体积为50 mL，锌粒12g/L，反应时间分别为90～210 min.U（Ⅳ）生成率随反应时间的变化见图4.

由图4可知，U（Ⅳ）生成率随着反应时间的增加而缓慢增大，当反应时间达到180 min时，再增加反应时间，U（Ⅳ）生成率变化不明显.因此，体系中最适宜反应时间为180 min.

从图2～图4得出，U（Ⅵ）初始质量浓度、锌粒用量、反应时间是影响U（Ⅳ）制备的3个重要因素.ρU（Ⅵ）为10 mg/L，锌粒为12 g/L，反应时间180 min是U（Ⅳ）制备的最优条件，此时U（Ⅳ）的生成率达到95%.这与李斌等[13]报道通过肼催化还原U（Ⅵ）制备U（Ⅳ）的生成率99%相比虽略低，但利用肼为还原剂制备U（Ⅳ）易受温度、还原剂、催化剂及反应条件等的影响.研究过程中采用锌粒还原U（Ⅵ）制备U（Ⅳ）与其他制备U（Ⅳ）的方法相比具有明显的优势，操作过程简单、快速、避免了U（Ⅳ）的不稳定性问题及其他制备U（Ⅳ）过程中易受操作工艺和实验条件限制的问题.

2.3 微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）测试方法的建立

2.3.1 浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响 在5 mg/L U（Ⅳ）的反应体系中，取样液2 mL，分别加入0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL硝酸对U（Ⅳ）进行氧化，U（Ⅳ）氧化率随浓硝酸用量的变化见图5.由图5可知，浓硝酸用量对微生物培养基中U（Ⅳ）氧化率影响较大，硝酸用量在0～1 mL范围内，随着硝酸用量的增加氧化率增大；当硝酸用量在1～2 mL范围内，氧化率可达到98%；但随后呈下降趋势.推测体系中残留的微量硝酸会改变体系的酸度，从而影响了U（Ⅵ）与显色剂偶氮胂（Ⅲ）的组成和稳定性，即影响了U（Ⅵ）的测量，因此，选择浓HNO3用量为1 mL.HNO3，HF，浓H2SO4 ，HClO4中HF通常用于氧化硅酸盐，浓HNO3与浓H2SO4沸点分别为83 ℃与338 ℃，因此在氧化金属时通常选用HNO3或者HClO4 [14].研究中采用浓硝酸对U（Ⅵ）还原产物U（Ⅳ）进行氧化，其氧化原理是浓硝酸在酸度较高时，易分解形成亚硝酸和氮氧化物，亚硝酸性质活泼，很容易将U（Ⅳ）氧化成U（Ⅵ），反应式为：U4++2HNO2UO2+2+2NO+2H+.

本研究与刘金巍等[15]指出地质样品经HF-HNO3-HCl-HClO4硝化后，样品中有机质对U的测量无干扰一致，说明浓HNO3氧化效率高，可消除培养基中氨基酸和有机质等大分子物质对ρU测量的影响.

2.3.2 分光光度法精密度和准确度分析 5 mg/L U（Ⅵ）和5 mg/L U（Ⅳ）的等体积混合TGY培养基中，运用偶氮胂（Ⅲ）分光光度法结合氧化还原过程平行测定5次，进行精密度和准确度分析，结果见表1.

由表1和2.1及文献[9]可得，ρU（Ⅵ）测量的线性范围为0.05～20.0 mg/L，回收率为96%，RSD=1.7%，误差为-4%.因此，本方法能用于生物样品中U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的测定.

2.4 U在培养基中的稳定性研究

2.4.1 U（Ⅵ）在TGY，LB，NA培养基中的稳定性研究 采用分光光度法考察10 mg/L U（Ⅵ）在TGY，LB，NA微生物培养基中的稳定性，结果见图6.由图6可知，蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的NA培养基对ρU（Ⅵ）的影响最大，48 h影响率可达到47.9%；酵母粉、蛋白胨、氯化钠组成的LB培养基作用48 h对ρU（Ⅵ）的影响率达到37.3%；60 h后，NA和LB培养基对U（Ⅵ）测量的影响率呈锯齿状的趋势，可能是培养基对U（Ⅵ）的作用不稳定，具体原因还待探究.胰蛋白胨、酵母粉、葡萄糖组成的TGY培养基作用12 h对ρU（Ⅵ）的影响率仅为5.6%.Halbach等[16] 通过研究花岗岩基岩中有机物与U结合实验表明： 有机物官能团通过离子交换机制和等量铀酰离子进行结合.NA和LB培养基中的主要成分蛋白胨、牛肉膏等有机质和氨基酸类物质，其官能团可能与U（Ⅵ）结合.

2.4.2 培养基单组分对U（Ⅵ）的稳定性的影响 由2.4.1可知U（Ⅵ）在LB及NA培养基中不稳定，因此进一步考察了全组分中一定比例的酵母粉、蛋白胨、牛肉膏、胰蛋白胨、葡萄糖、氯化钠对10 mg/L U（Ⅵ）的影响，结果见图7.由图7可知，各单组分对U（Ⅵ）的影响率分别为7.4%，33.5%，19.7%，2.8%，2.7%，5.2%.结果表明由蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的NA培养基全组分对U（Ⅵ）的影响相对TGY和LB培养基较大.Li等[17]研究了芽孢杆菌属dwc-2对U的吸附机制，结果表明芽孢杆菌属dwc-2对U（Ⅵ）的吸附是复杂的，至少涉及生物集聚、离子交换和复合体形成.也有文献通过研究微生物对U（Ⅵ）的还原物机制表明：其还原机制较复杂，包括U（Ⅵ）和细胞表面发生了离子交换、成核、螯合、微沉淀、酶对U（Ⅵ）的还原等作用[18-19].曾峰等[20]还指出一定浓度U胁迫会使植物羟基、羧基等发生明显变化.微生物培养基主要成分为碳源、氮源和无机盐，包括一些特殊官能团、阴离子、阳离子等，推测U（Ⅵ）可能与培养基中的有机质、氨基酸的某些基团发生了络合、螯合等作用，与培养基中的阴阳离子发生了离子交换作用，从而影响了ρU（Ⅵ）的测量.其中蛋白胨、牛肉膏影响较大，可能是其多肽和氨基酸类物质中R基含有的苯环共轭双键系统，与U（Ⅵ）发生络合反应，说明培养基中有机物中某些基团能与金属阳离子发生结合，这与郭丽艳等[21]研究不同物质对铬价态测定结果的影响研究结果相似.

2.4.3 U（Ⅳ）在TGY培养基中的稳定性研究 10 mg/L U（Ⅳ）加入等体积TGY培养基中，即为5 mg/L U（Ⅳ）.按1.5.3步骤考察了U（Ⅳ）在TGY培养基中的稳定性，结果见图8.由图8可知，TGY培养基对U（Ⅳ）的影响在12～60 h内基本保持稳定，影响率仅为8.6%，表明U（Ⅳ）在TGY培养基中保持稳定.由图6可知，U（Ⅵ）在TGY培养基中保持稳定，即U（Ⅵ）和U（Ⅳ）在TGY培养基中均能保持相对稳定，该研究对U在微生物培养基中的价态分析提供了基础.

3 结论

在稀HCl 体系中，以锌粒为还原剂，考察了U（Ⅵ）质量浓度、锌粒用量、反应时间对U（Ⅳ）制备的影响.其优化条件是U（Ⅵ） 10 mg/L，锌粒12 g/L，反应时间180 min.

以ρU（Ⅵ）和ρ总U定量ρU（Ⅳ），建立了测量微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）的分光光度法.考察了浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响.测量ρU（Ⅵ）的线性范围为0.05～20.0 mg/L，回收率为96%，RSD=1.7%，误差为-4%.因此，本方法能用于生物样品中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）的测试.该方法与ICP-MS测量方法相比，具有操作简单、价格便宜、不易引入干扰物质的特点，且该方法在含U混合体系中能实现ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）的同时测定，对微生物修复U污染具有重要意义.

运用分光光度法考察了微生物培养基中U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的稳定性.结果表明，相对于NA和LB培养基而言，U（Ⅵ）和U（Ⅳ）在TGY培养基中能够保持稳定.进一步考察了组成培养基一定比例的单组分对U（Ⅵ）的影响，得出牛肉膏、蛋白胨因含有氨基酸、有机质等物质，对U（Ⅵ）影响较大.通过稳定性考察可为微生物固定U（Ⅵ）选用适合的培养基提供参考.

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篇2

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2013）5（S）-0019-3

物理学科的教学最根本的目标是使学生在学习物理知识的过程中，掌握物理分析、思维方法，培养学生运用物理知识解决问题的能力。

但是相当一部分学生的学习方法跟上述教学目标的要求背道而驰。主要表现可概括为“三脱离”：（1）脱离实际生活、生产中的物理现象，死记硬背物理概念和物理规律；（2）脱离丰富多彩的物理过程，把物理公式纯数学化，不问来源和适用条件，运用时死搬硬套；（3）脱离物理知识的整体结构，死记硬背大量零碎的、孤立的知识点。所以在物理教学中，如何帮助学生克服“三脱离”的僵死的学习习惯，塑造良好的认知结构，是一个值得探讨并努力解决的问题，在此，笔者粗谈一些浅见，望同仁专家赐教。

1.以现象为依据，实验为基础，数学为工具

物理概念的形成和定义，物理规律的归纳和总结，无一不以现象为依据，以实验为基础，因此笔者在教学和实践中，努力做到以下三点。

1.1重视观察和实验的重要性

在观察和实验中引导学生，注意寻找物理特征，以帮助学生形成具体、生动的物理图象。

如在《自由落体运动》一节的教学中，笔者并没有一开始就采用毛钱管实验，而是设计了以下五个实验作为铺垫：

（1）粉笔头和硬纸板平放同时下落——落地时间明显不同。

引导学生思考：亚里士多德说重物落得快，为什么我们的实验恰恰相反。

（2）粉笔头和硬纸竖直同时下落——落地时间基本相同。

引导学生思考：为什么实验结果与（1）不同。

（3）粉笔头和锡箔同时下落——落地时间明显不同。

（4）锡箔揉成纸团与粉笔头同时下落——落地时间基本相同。

引导学生思考：（3）、（4）两个实验说明了什么？

（5）直径相同的小钢球和塑料球同时下落——落地时只听到一次响声，已分辨不清落地的先后。

通过以上五个简单实验。学生对亚里士多德“重物落得快”的说法，已持否定态度，并从感性上已认识到物体下落的快慢并不取决于物体的轻重，而是由于受到空气阻力的影响。在这个基础上，再演示毛钱管实验，强调管中已基本被抽成真空，这样，就把自由落体运动的主要特征——“只受重力”突出来了，自由落体运动的性质和规律也就水到渠成地得出了。

1.2物理概念的形成和定义的建立要充分展示其实践基础

中学生头脑已储存不少生活图景和感受，这为物理概念的形成和定义的建立提供了一定的素材。我们的教学过程就要充分唤起学生头脑中已有的表象，引导他们去分析、提炼出信息的物理特征，使学生在坚实的实践基础上，形成科学的概念。

例如“动量”是高中物理中难以理解和掌握的重要物理概念，笔者在教学中是这样引入的：“乒乓球与铅球以相同的速度向你飞来，你的感受会一样吗？”，“足球场上两名队员以大小相同的速度相撞，可能被撞倒的是谁呢？”通过一系列类似的例子，激发学生的思维，在这样的基础上，归纳出“运动物体的作用效果不但与物体的速度有关，而且还与物体的质量有关”的结论，为“动量”概念的形成和定义的建立提供了生动、鲜明的物理形象。

1.3深入了解学生认识结构的弱点，努力渗透物理思想方法的教育

物理规律是对大量物理现象，通过去粗取精、去伪存真，突出主要特征，忽略次要因素而锤炼出来的科学结论，它源于实践，又高于实践。教学往往从学生已有的感性认识人手，但是，正如爱因斯坦指出的那样：“根据直接观察所得到的直觉的结论，不是常常可靠的。”例如，力学的中心课题是力和运动的关系，古希腊哲学家亚里士多德凭直接的观察做出了不少的错误论断。直到十七世纪，伽利略通过理想实验和抽象思维，才把亚里士多德的许多错误论断修正过来。牛顿正是在这一基础上，总结出了著名的三大运动定律，建立起辉煌的牛顿力学。

如何在教学过程中渗透这些物理思想方法，笔者首先分析了中学生认知结构的一些弱点，他们虽有一些感性认识，但信息容量有限，有序化的程度不高，开放性也差。针对这种情况，教学中宜采用由浅入深、层层剖析，由易到难，由感性到理性，由形象到抽象的教学序列。

例如在《牛顿运动定律》的教学中，笔者提出如下问题供学生思考：

（1）一般说“小个灵活大个笨”的物理原因是什么？

（2）跳高运动员脚蹬跳板的力越大，跳得越高，这是因为力越大，惯性越大，对吗？

（3）限制车辆的行驶速度，使它在必要时比较容易停下，这说明速度越小，惯性就越小，对吗？

（4）行驶的自行车，要使它停下来有两种法，一是脚不再蹬，二是脚不蹬的同时手捏紧刹车闸，后者停得快些，这说明阻力越大，惯性越小，对吗？

上述现象学生是熟悉的，但要用物理观点正确理解并解答，却要花一番功夫。因此，经常唤起学生头脑中已有的生活景象，引导他们用物理的观点去思考、分析，帮助他们把生活景象升华为物理图景，纳入物理知识的结构系统中，这就使学生所认知的物理知识根植于肥沃的土壤中，必然是开花结果，丰收在望。

2.物理概念和规律的表述具有严密的逻辑性

学生在学习物理的过程中，容易出现只记公式，而对公式的物理内容不求甚解的毛病。因而在解题过程中，也不去仔细分析物理过程，而是死搬硬套公式，为了帮助学生克服这一障碍，笔者在教学中注意做好如下三点。

2.1对描述物理概念的定义式，着重强调其实验（实践）基础

如电阻的定义式，着重点明欧姆实验的初衷是要研究导体中的电流强度跟加在导体两端的电压的关系，而在实验过程中，发现电流的强弱不但与电压有关，而且与导体的某种特性有关，这一特性在实验中表现为比值U/I对于同一导体是个恒量，对于不同的导体这个恒量不同。这就使学生对电阻概念的理解建立在坚实的实验基础上。接着强调电阻的定义式R=U/I与欧姆定律的表达式I=U/R在数学上是等效的，但反映的物理内容是截然不同的。

2.2真正理解物理公式丰富的物理内涵

对用比值定义的物理量，着重把比值整体描述的对象及其性质跟比值所用的已有的物理量描述的对象及其性质严格区别开。如前所述电阻R=U/I，描述的对象是导体，反映的是导体阻碍电流的特性。而所用的已有物理量电压是由外部提供的，电流是外部条件通过导体本身属性而体现出来的一种表象。不管U与I如何变化，对一根导体来说，其电阻是不变的（不考虑温度的影响）。这样，才能真正理解物理公式丰富的物理内涵，而不至于把它们当成干巴巴的数学形式。

2.3使丰富的物理内容和简洁的数学形式整体呈现

物理学常常以极其简洁的数学形式揭示深刻的物理规律，如牛顿第二定律、欧姆定律等。也许正因为简洁，部分学生往往就把它们简单化了。学生往往把物理公式纯数学化，任何一个物理公式都是直接或间接地建立在大量的实验基础上。反映着特定条件下的丰富的物理内容，如果不弄清楚其产生基础和适用条件，而认为只要记住公式就行，势必要犯错误。

例如“刹车问题”中经常出现汽车开始刹车后，时间t内汽车的位移。而给出的时间常常大于汽车停止所需要的时间，如不加以分析，就乱公式势必得出错误的结果。这类问题虽简单，但旨在培养学生对物理过程分析的习惯和能力。为了使学生能真正掌握物理规律的数学形式。笔者在每个物理规律教学时，都要强调以下四个方面的问题：（1）实验基础；（2）物理过程分析；（3）公式中各物理量间的制约关系；（4）公式的适用条件。

总之使丰富的物理内容和简洁的数学形式以统一和谐的整体呈现在学生面前，是有效的教学方法之一。

3.摒除零碎知识堆积灵活运用物理规律

大量的、零碎的物理内容的堆积，不等于物理认知结构的形成，更谈不上能力的培养。一些学生在学习物理过程中，脱离物理知识的整体结构，死记大量零碎的知识点，不能灵活运用物理规律。为了解决这一问题，笔者在教学中力求做到如下三点。

3.1通过背景介绍，了解知识形成过程

在进行概念和规律教学时。适当介绍其形成、产生和建立的背景，使学生能从科学发展史和人类认识史中去了解知识的形成过程。例如：从惠更斯提出“活力”的概念到“动能”定义的建立，从笛卡儿对“动量”的初步认识到牛顿对“动量”更加准确的定义，从光学发展史归纳出光的波粒二象性，以及中子发现的曲折而又有趣的过程等。这些史实的介绍对学生认知结构的形成大有裨益。

3.2有效、及时地进行章节、单元的复习、归纳和总结

章节、单元的复结，不是面面具到的知识罗列，不是机械的知识堆砌，而是把点连成线，把线织成网。形成一种网络结构，回归知识的本来面目，使学生从整体上去把握知识系统本身的逻辑联系。

归纳总结的具体形式很多，如列成表格，画出图表，组织框架、类同集萃，同中求异，异中求同等等，通过种种具体形式，帮助学生系统地掌握基础知识，理解知识脉络，抓住关键，突出重点，进一步挖掘内涵，开拓外延，从而激发学生的扩散思维，逆向思维，求异思维等创造性思维能力。只有通过系统的复习、归纳和总结，才能使学生在掌握物理知识结构的过程，不断接受物理思想方法，逐步塑造起自己的良好的认识结构，发展智力，提高能力也才有坚实的基础。

3.3精选习题，分类讲评

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思维科学是研究人的思维规律、方法和应用的综合性科学,我国于上世纪八十年代初兴起,研究的内容相当广泛,包括思维的自然属性和社会属性、思维的生理机制、思维的历史发展等。随着当今脑科学、神经科学的研究和发展,思维科学领域不断得到充实和完善。当前,在生物教学中能否重视培养学生的思维能力,以促进学生思维素质的提高,是取得理想教学效果的最重要因素之一。为此,在教学中要充分发挥教师的主导作用,教师本身思维能力的素养直接影响着学生的思维能力。这就需要教师积极主动地加强思维科学的学习和研究,不断探索思维规律和方法,用理论来指导自己的教学实践,形成科学的、系统的思维训练与培养体系,以便取得最佳的教学效益。

二、激发学生学习兴趣,是培养学生思维能力的基础

兴趣是指人们力求认识某种事物或爱好某种活动的倾向。兴趣是思维的催化剂,是一种最直接、最活跃的学习动力。当教师讲授知识的同时,加以适当的点拨、激发,学生就会产生强烈的求知欲望、积极踊跃的思维,调动了学生的学习的主动性和能动性,形成了良好的学习氛围,成为学生乐于刻苦,勇于攻克难关的强大原动力。孔子说过:“知之者,不知好之者。好知者,不如乐之者。”爱因斯坦曾指出:“兴趣是最好的老师”。针对学生的心理特点,笔者通过以下几种途径来激发学生的思维兴趣:

1.祖国现代化建设需要大批有知识、有文化的人才。把学好生物与祖国现代化建设需要联系起来,使学生感到学好生物的重要性和紧迫感。树立远大理想,立志成为栋梁之材。

2.介绍科学技术是第一生产力和在国民经济中的战略地位。了解生物工业的飞速发展和广阔前景。如当今世界面临的五大问题的解决、生物工程技术的发展、生物分子水平研究成果等等都与学好生物知识联系起来,激发学生钻研生物知识,献身于生物学事业的崇高思想境界。

3.以丰富多彩的生物活动来吸引学生,如开展“生物月活动”的活动、课外实验、讲座、竞赛、参观工厂、展览会、科普宣传等,造成浓厚的生物学习环境。

4.生物是一门以实验为基础的学科。生动、有趣、现象明显的实验能有效地吸引学生的注意力,刺激学生的思维活动。如在色素的提取和分离实验中利用多余的色素进行荧光现象的实验并适时加以引导,这样可大大提高学生对生物的学习兴趣,激发学生的思维。

5.经常讲述科学家致力于生物研究的生平事迹,逐步成为他们学习、工作的偶像。同时热情辅导学生积极撰写小论文、指导科技小制作,使学生体会到学以致用、求索创新的乐趣。

6.优化教学结构,促使学生思考。精心挑选习题,一题多变、一题多解、一题多用,举一反三、触类旁通。如有丝分裂后期和减数第二次分裂后期图像辨别。只要条件发生变化,情况就不同了。二倍体生物的有丝分裂后期的图像就可能变成了多倍体生物体中的减数第二次分裂后期图像了,相反二倍体生物的减数第二次分裂后期图像也有可能变成单倍体生物体的有丝分裂后期的图像。这样就培养了学生多向思维和发散思维能力,努力克服思维定势带来的消极作用。

三、训练学生思维方法,是培养学生思维能力的有效途径

思维是人脑对客观事物间接的和概括的反映,它反映的是客观事物的本质属性和规律性的联系。思维既能动地反映客观世界,又能动地反作用于客观世界。思维方法的优劣是智能高低的重要标志。思维方法的训练程度与教学效果成正相关。这样,教师在授课结构和类型方面。从组织教学、检查复习、讲授新课、小结巩固、布置作业,习题讲解、单元总结、专题指导、综合复习、考试讲评等教学环节,紧紧抓住一切机遇,不失时机地教给学生思维方法。首选要暴露的是科学家研究成果的思维过程,如孟德尔得出遗传定律和格林菲斯从肺炎双球菌转化实验的结果得出结论时的思维过程,让学生体会科学的思维发展;其次要暴露教师知识教学的思维过程,体会科学的思维发展,让学生熟悉教师钻研教材、分析疑难问题、解决问题的实际过程。如证明某种矿质元素是植物的必需矿质元素的实验,笔者在授课时介绍了自己是怎样来设计这一实验的思维过程。授给学生清晰的思维思路,同时掌握学生的思维状态。通过双向交流、信息反馈,不断纠正和优化思维方法,养成良好的思维习惯,组成一个高效的教学系统。

优化教学中应用最多的是形象思维,即凭借事物的具体形象的联想进行的思维。形象思维不能脱离具体的形象,不能抛弃事物的现象形态。因此,笔者在教学过程中尽可能多的展示实验、标本、挂图、幻灯片、课件等丰富的感性材料。如DNA是怎样进行复制的,笔者通过互联网下载课件,上课时进行播放,并进行适时的点评,通过这一实践活动使原本十分抽象的知识有了一个感性认识并上升到理性认识,同时也达到了对知识的认识和把握、理解和应用。

立体思维是指在事物发展的不同层次上,向纵横两个方向延伸,思考研究问题的思维。DNA规则的空间双螺旋结构等一些知识就需要培养学生的立体空间想象能力。

抽象思维又称逻辑思维,在生物教学中占有十分重要的位置。它是超脱客观事物的、生动的、直观的形象,用抽象的概念和理论知识来解决问题的思维形式,是思想的核心。教授生物学基本概念、理论知识时,借助于抽象思维,经过由实践到理论,再由理论到实践多次地反复,形成概念,作出判断和进行推理。如证明植物对矿质元素和水的吸收是两个相对独立的过程这一实验设计。则需要借助相应的理论基础进行正确的逻辑推理才能得到准确的实验效果。正确的抽象思维必须应用分类和比较、归纳和演绎、分析和综合等辩证的思维方式。形象思维和抽象思维不是互相排斥,而是相辅相成的。动作思维是在实际操作中对事物进行分析、综合的思维。生物实验是中学生物教材和重要组成部分,占有相当的比例。学生实验是培养学生动作思维的主阵地它能让学生的理性认识再回到实践中得到验证,这是生物教学的重要环节。

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所谓迁移，是指己经获得的知识技能甚至方法和态度，对学习新知识，新技能与解决新问题产生的影响。如果影响是积极的，起促进作用，就是正迁移；如果影响是消极的，起干扰作用，就是负迁移。

原型启发、相似原理、仿生移植、模拟类比、联想等都是迁移法的具体运用。心理学的实验研究表明：能否顺利地、正确地迁移，受制于许多条件，诸如不同情境所具有的共同因素、己有经验的概括化水平、分析问题及使课题类化的能力等都是影响迁移的重要因素。因此，为了在生物学学习中实现有效的迁移，更好地实施发散性思维，应注意以下几个方面：

一是要注重掌握生物学基础知识与基本技能。迁移的实质就是将基础知识与基本技能的概括化与具体化。生物学基础知识与基本技能蕴含于各种具体的课题之中，所以，掌握基础知识与基本技能就能促进迁移。

二是要发展概括能力。经验的概括化水平直接影响着迁移的效果。概括能力的发展，有助于对生物学知识之间的关系做出概括性的了解，有利于实施发散性思维。课题的类化是以己有的知识和经验系统或认知结构的概括化水平为基础的。实验研究表明：概括能力越高、越易发现新问题、越易于与已有的知识之间产生内在联系，才能正确地认识问题，创造性地解决生物学学习过程中遇到的问题。

三是要注重知识与技能的应用。只有在不同情境中积极运用生物学原理，才能真正弄懂原理，才能明白某个原理的应用不仅仅局限于狭小的范围。运用的范围越广，将来迁移的可能性就越大。

四是要提高分析问题和解决问题的能力。要养成分析问题及进行对应联想的习惯，以便在复杂情景中也能很好的迁移，有效地促进创造、发明。

比如，我国杰出的生物学家袁隆平对杂交水稻的研究就经历了这么一个过程，他从1964年就开始培育杂交水稻，但连续六年都没有成功，原因就是没有培育出“不育株”。1970年在与日本学者交流时，受到“这路不通那路通”思维方法的启发，忽然想到能不能从野生稻里发现不育株，于是他们跳出原先人工栽培稻的圈子，到海南岛崖县进行野生水稻资源考察，结果当年就发现了一株雄花不育的野生稻。经过反复试验终于在1973年培育出了我国第一批籼型杂交水稻。这就是思维迁移的结果。

2.组合法

爱因斯坦认为，组合作用似乎是发散性思维的本质特征。一个人为了更经济地满足人类需要而将原物进行新的组合，就是发明家。爱因斯坦创立相对论时，他所掌握的知识并没有超过他之前60年科学界己发现的东西。他做的只不过是把人类己经拥有的知识和已经发现的事实，从一个新角度用一种新观点重新看一下、重新排列组合一下而己。

在对DNA分子结构的研究中，1953年摘取桂冠的两位年轻的科学家――美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克，同样也是将英国著名生物物理学家威尔金斯(M.Willkins)DNA的X射线衍射的幻灯片和富兰克林(R.E.Frinklin)提供的有关数据以及奥地利著名生物化学系查哥夫的碱基信息组合到一起得到了DNA的双螺旋结构，从而在1962年获得了诺贝尔生理学和医学奖。生长素的发现同样也经历了这样一个过程，1934年荷兰人郭葛就是在达尔文和温特试验的基础上分离出了纯粹的生长素――吲哚乙酸。

3.分离法

上面的组合法表明，组合可以实施发散思维，其实分离法也可以实施发散性思维。例如科学家通过发散性思维把扬声器从收录机分离出来，分别设计出了音箱和单放机。在生物学教学中也是一样，我们可以把真核细胞的分裂方式分解为有丝分裂、无丝分裂和减数分裂三种形式分别去讲述，让学生通过发散性思维来比较观察三种分裂方式的异同。我们可以把DNA的分子结构分离为碱基、五碳糖和磷酸分子去讲解，这样学生就更容易接受，同时还可以培养学生认识事物之间联系的思维能力。

4.相反法

所谓相反也就是在解决问题的过程中，当运用某种方法不能解决问题时，改用相反的方法。如顺向思维及其相反的逆向思维，水平思维及其相反的倾斜思维，正面思维及其相反的背面思维，直线思维及其相反的曲线思维，纵向思维及其相反地的横向思维，单一角度思维及其相反的多种角度思维，平面思维及其相反的立体思维，朝向目标思维及其相反的背离目标思维等等。

遗传学上的连锁与互换定律就是著名的生物学家摩尔根利用发散思维的相反法发现的，最初，摩尔根认为孟德尔的遗传规律是正确的，因为它们都是建立在可靠的实验基础之上的。后来，由于在自己所进行的实验中没能取得类似的结果，他便对这些定律产生了怀疑。于是，他便展开自己思维的翅膀利用发散思维的相反法，进行了一系列新的实验。当大量的果蝇实验结果最终验证了孟德尔的定律之后，他不仅确信了两大定律的正确性，而且还发现了遗传学上新的连锁与互换定律。

5.群体法

发散性思维活动是复杂的社会实践活动，需要具备各种各样的才能，但个人的智力和精力总是有限的。俗话说：“三个臭皮匠,赛过诸葛亮”。通过合作，把大家的智慧集中起来，形成“1+1〉2”的力量完成自己无法完成的工作。

至于合作的形式是多种多样的，可以长期在一起讨论研究；也可以固定分小组进行合作交流；还可以参加兴趣小组，开展学术交流。无论哪种形式的合作，只要合作得好，就能发挥群体的作用，就可以利用发散性思维的结果，集思广益，很好地解决问题。正如贝弗里奇所认为的：一个人如果被隔绝于世，接触不到与他同样兴趣的人，那么，他自己是很难有足够的精力和兴趣长期从事一项研究的。多数科学家在孤独一人时就会停滞而无生气，而在集体中就能发生一种类似共生的作用。我们前面所谈到的DNA双螺旋结构的发现就是由美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克共同合作完成的。

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学习和研究物理问题总是从理想化的物理模型和过程开始的。经过科学抽象而构建出的物理模型和物理过程会大大简化物理问题而又避免产生较大的偏差，特别是研究对象是特别复杂的实际问题，更应该先建模然后根据实际问题对结果加以修正。比如，理想气体就是对实际气体的理想化，忽略了气体分子的体积和分子之间的相互作用力，常见的把氢气、氧气、氮气等在常温下都可视为理想气体，这样处理起问题来就简单多了。高中阶段的气体问题通常来说都可以用理想气体状态方程来分析和处理。但是，我们在教学过程中应该明确告诉学生，如果气体所处环境发生了变化，是在低温高压环境下，就不能再用理想气体状态方程来求解了，因为这时分子之间的引力和斥力都不能再忽略了，需要对理想气体状态方程加以修正和推广，进而得出大学物理当中的范德瓦耳斯方程。

现行的高中物理教材当中，涉及了大量的物理模型，如质点、点电荷、核式结构等，也有大量的理想化过程，如匀速直线运动、匀加速直线运动等。实际上这些知识在初中物理教学中就已经开始初步涉及。所以在初中物理教学过程当中，教师就应该逐渐地引导学生完成物理模型的建立，引导其形成自主思考问题、主动抽象实际问题的能力。这样的话，学生就会形成一定的科学抽象和合理简化的能力，到学习高中物理时，就不会感觉陌生。当然在高中物理教学当中，还应该注意教学方法，一般来说都是遵从合理假设逻辑推理验证结论的规律，这样有利于培养学生的空间想象力和抽象思维能力。

理想实验也是高中物理当中的一个重要的科学思维方法。这种方法的基础是对物理实验的高度抽象与概括，突出主要矛盾，忽略次要矛盾。如初中和高中物理当中都涉及的伽利略斜面实验、高中物理当中的自由落体实验等，都是通过理想实验的方法来得出结论的。注意，理想实验的目的并不是为了让学生记住历史，而是让学生学会通过严密的逻辑推理来对实际的实验进行外推，得出普遍的规律。如伽利略斜面实验就可以从实际生活当中司空见惯的小车由运动到静止的现象，延伸到同一小车从斜面上同一高度下滑沿粗糙程度不同的水平面滑动的距离各不相同，外推得出如果平面绝对光滑，则小车将永远保持匀速直线运动。这样一来，就会让学生在对生活经验的批判当中得出更为科学的结论。

二、比较分析，科学归纳，掌握事物的本质规律

归纳法是从个别事实当中得出一般规律的科学方法，对于物理规律、概念和定律的得出极其重要。高中物理当中不少物理规律都是通过对若干个实验的归纳总结得出的。当然，其中有些实验还是离不开初中物理实验的基础的。如在进行“电磁感应”的教学时，我们可以引导学生回忆初中得出阿基米德定律的方法，先观察现象鲜明、趣味性强的课堂小实验，然后对不同的电磁感应现象进行比较分析，得出两个基本的认识：①闭合回路中部分导线作切割磁感线运动时，产生感应电流；②磁铁与闭合线圈做相对运动时，线圈中产生感应电流；通电螺线管（原）与闭合线圈（副）做相对运动时，闭合线圈（副）中产生感应电流；线圈（原）中的电流突然接通或断开时，闭合线圈（副）中会产生感应电流；通电线圈（原）中的电流强度大小发生变化时，闭合线圈（副）中也会产生感应电流。当然，这两个基本认识还过于肤浅，只注意到了电磁感应的一个侧面。最后，再引导学生对这两个基本认识加以系统，得出产生感应电流的条件在于“穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化”。这里磁通量的变化是抽象的概念，是对大量的物理实验进行概括总结和抽象思维而得出的结论。以磁通量的变化为手段，我们可以对电磁感应现象有相对完整的认识。

在教学过程中需要我们注意的是，由于初中生和高中生思维特点的不同，使得我们在教学中的关注点有所不同。初中生形象思维占主体，对物理现象的认识需要借助于感性材料，因此初中物理教学应该加强对实验现象的观察，由实验现象引出物理概念，进而归纳出物理规律；高中生则是抽象思维占主体，可以经过对已有知识的推理得出科学的结论，然后用实验来加以验证，但仍有某些较为抽象的内容单靠学生的想象难以理解，需要先安排具体实验。比如，在讲到“光的干涉现象”时，学生只靠想象难以理解“在某些状态下光不沿直线传播”，所以我们在教学中就应该通过双缝干涉实验来使学生获得感性认识，为进一步的分析和概括打好基础，以从本质上理解光的干涉现象。

三、温故知新，类比推理，突破重点难点

从物理学的发展史来看，类比推理是一种重要的思维形式。如惠更斯就是在将光学现象和声学现象的类比与推理之后提出的光的波动学说；德布罗意也是由光子与一般微观粒子的类比推理之后提出的德布罗意波的概念。

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在物理教学中，无论是物理概念的建立，还是物理规律的发现，物理基础理论的创立，还是对理性认识的掌握，都离不开思维能力的作用。在现阶段，如何提高物理教学质量，摆脱目前高中物理学科的困境，关键是在教学中加强对学生思维能力的培养。因此，物理教学过程既 是传授知识、训练技能的过程，又是发展学生思维能力的过程，培养学生的思维能力既是物理教学的任务，又是提高物理教学质量的保证。那么在教学中怎样培养学生的思维能力呢？

一、教会学生学习物理概念的一般思想方法

众所周知，物理概念是反映物理现象的本质属性，是掌握物理规律的基础。教师要根据物理概念形成的特点，以及物理概念的不同类型，引领学生认识抽象物理概念的一般方法，从而掌握学习物理概念的基本方法。在学习物理概念时要弄清引入某个物理概念的必要性，掌握定义这个物理概念的思维方法，能否从不同角 度去理解这个概念 的本质意义。没有理解“力”的概念，就很难理解“牛顿运动定律”；如果对力学的基本概念模糊不清，那么想学好电磁学肯定会缺乏相应的基础。

例如：在研究匀变速直线运动时，必然会涉及到速度的变化。“加速度”这个概念的形成可以通过列举实例：火车开动时，它的速度从零增加到几十米每秒，需要几分钟，急速驶行的火车要停下来，需要几分钟；汽车开动时，它的速度从零增加到几十米每秒，只需几秒钟，正常行驶的汽车要停下来，几秒钟就够了；机枪射击时，子弹的速度从零增加到几百米每秒，仅用千分之几秒，子弹射入墙壁中，千分之几秒就可停止了。

由此可知，常见的诸多变速运动，其速度变化的快慢不同，而且差别也较大。为了表示速度改变的快慢，便引入了一个新的物理概念“加速度”。让学生知道当速度的变化量相同时，速度的变化快慢与所用的时间成反比，当变化时间一定时，速度的变化快慢又与 速度的变化量成正比。运用直接概括方法，综合可得速度的变化快慢――加速度，应由速度的变化量与变化所用的时间的比值来定义，从而得出加速度的公式。

又如，在进行静电场中的电势、电势能的概念教学时，宜采取与重力场中的高度、重力势能类比分析的教学方法；再如库仑定律与万有引力定律的惊人相似、电场线与磁感线的类比。这样的教学安排，不仅在传授知识上起到了借用旧概念建立 新概念，利用旧概念深化理解新概念的作用，也在有意识地培养学生推理、类比、分析、综合等思维方法。

二、物理概念和建立物理规律的教学过程，培养学生的抽象思维能力

在物理教学中，对抽象思维的培养主要是通过在形成物理概念和建立物理规律的教学过程中完成的。

物理学是研究物质结构和运动基本规律的学科。高中物理实际上还是和初中物理一样在研究力、热、电、光、原子和原子核等物理现象，而物理概念是这些现象中某一类的共同本质属性的反映，物理规律是运用物理概念进行判断、推理得到的。因此，重视物理概念的形成和物理规律的建立过程，从而使学生的抽象思维能力得到培养，关键是抓住物理概念和物理规律的“引入”和“推导”。引入不当、推导呆板、僵化，就可能变为老师武断地把学生往前“拖”，“拖不动就可能抱着学生或背着学生“走”，从而使学生变为死记结论。所以“引入”和“推导”不是看老师说了多少，而是看是否说到点子上，切中要害。如果老师进行了科学合理的设计、引入和推导，则“话不多”而学生更能理解和掌握。

“引入”的方法有：实验引入法（实验要求明显、新奇、巧妙）、类比引入法（类比要恰当、生动形象）、现象引入法（现象要典型、充分，这种方法也叫举例引入法）、问题引入法（也叫提问法，提问要富有启发性）和逻辑推理引入法。这些方法的共同点都是从生动直观到抽象概括，经过分析、综合、抽象、概括等思维活动实现由感性认识到理性认识的飞跃和升华。

三、在物理上实现系统思维方法的迁移，让学生学会学习。

系统思维方法可以从力学中的应用，迁移到电学、热学等其它物理学分支。例如，在力学中学生学会了通过实验，用“控制变量法”研究F、m、a的关系，同样可以用到电学上通过实验，研究R、U、I的关系得出欧姆定律，用到热学上通过实验研究P、V、T的关系得出理想气体的状态方程。

在物理教学中，对学生进行系统思考训练，会改变学生思考问题的模式，给学生指明思考的方向。有了这个方向，学生就会迁移到其他学科，甚至运用到生活中去。当学生在意识中形成这样的思维方式，我们是否可以做出这样的设想：学生在今后的生活中如果遇到了复杂的事情，他就会试图找出相关联的系统，搞清楚系统中每部分的情况，把握部分与部分的联系，对系统得出正确的认识，最终制定正确的解决方案。我想，这是完全有可能的。这样做的好处是节省了大量的时间，提高了处理事务的效率，保证了决策的正确性。

总之，培养学生物理思维能力的方法很多，培养学生的思维品质是一项长期的、复杂的系统工程，需要师生的共同努力。在物理教学中我们不仅要有意识的训练学生的系统思维方法，还要训练学生的归纳思维方法、纵深思维方法和发散思维方法，不断提高学生的独立思考能力，让学生学会学习、学会思考，真正让物理教学变成物理教育。为学生走向社会，步入职场，体现个人的社会价值打下坚实的基础。

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物理学的迅速发展推动了其他学科和技术的发展，顺应时展的潮流，物理教学应着眼于造就一大批开拓型、创造型人才，以适应社会主义现代化建设和未来科学发展的需要，而培养学生的创造性思维，就显得尤为重要。 培养学生的创造性思维，应着眼于以下几个方面：

1．明确创造性思维的意义

创造性思维是指有创建的思维，即通过思维不仅能揭示客观事物的本质及其内在联系，而且要在此基础上产生新颖的，前所未有的思维成果，它给人们带来新的，具有社会价值的产物，它是人类社会高度发展的表现，是造就创造型人才的飞跃标志。

创造性思维，即善于探索、突破、综合、创新、能发现和解决人类所未发现或未解决的问题。它包括求异思维（也叫发散性思维），灵感思维，创造形象思维，创造性想象和联想等。

创造性思维具有新颖性，非重复性和超越性等本质属性。创造性思维的结果都是第一次获得的，符合前所未有的条件，因此必定具有“空前”的新颖性，思维者的大脑中不可能“检索”出或从记忆库中提取创造性思维产生的结果，因而创造性思维是非重复性的。由于创造性思维产生的总是新想法，因此在认识上必然超越经以往的水平，达到崭新的高度。

人类的进步，社会的发展，国民素质提高，都决定于创造性人才的培养。所以提高学生的创造性思维能力，应是当今学校教育的重点任务和终级目标。

2．激发学习兴趣，唤起求知欲望

学生的学习动机、好奇心、求知欲，学习的积极性和主动性是帮助学生形成与发展创造性思维能力的重要条件。但我们要注意的是，学生的学习动机、好奇心、求知欲，学习的积极性和主动性，不会自然涌现，它们取决于教师所创设的教学情景，通过创设情景，能够调动学生思维活动的积极性和自觉性，使学生的学习过程成为一个积极主动的探索过程。通过探索不仅能获得现有的知识技能，还能进一步探索未知，发现新知识，甚至创造新事物。例如：在学习“力的分解”专题时，力的分解是《力》这一章教学的一个难点，学生的主要思维障碍是：如何确定两个分力的方向？我例举了这一题目：如图，质量为m的物体被三角形支架ABC在 B点通过细绳悬挂而静止， AB杆保持水平，BC杆与竖直方向成α角，求AB杆受到的拉力和BC杆受到的压力大小。 为了使学生理解细绳拉力（F=mg）产生的两个作用效果（一是拉伸AB杆，二是压缩BC杆），我叫学生们站起来，让同桌学生的手臂叉腰，要求手的后臂保持水平；另一个学生在其肘关节处施加一竖直向下的拉力。

接下来，同桌学生互换重复上述动作。通过学生的上述动作，让他们看到AB、BC两杆分别类似手的后臂和前臂，从而理解上例中细绳拉力产生的两个作用效果。

通过寓教于乐的实验，建立形象的物理模型，让学生在上述情境中增强对力的实际作用效果的感性认识，将物理知识与实际有机结合，既可加深理解，又可激发学生的求知欲望可疏通学生的思维障碍，突破教学难点，使学生牢固掌握物理规律，提高课堂教学效果。同时使学生们在兴趣中进一步加深了对“如何确定两分力方向”的理解，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念。

3．夯实基础，为培养创造性思维储备力量

提高学生的思维能力，必须首先使学生掌握必要的知识。没有知识，创造性思维犹如无源之水，难以进行。所以，教学中教师要根据不同学生的认知结构考虑种种科学的合适的教学方法向学生讲授或指导学生去学习。例如为掌握某一物理模型，既要学生掌握物理基本概念、规律等，同时也要将这些知识形成网络结构，内化为其头脑的认识结构，因为只有结构化的知识才便于理解和记忆，才能使学生掌握知识的来龙去脉，更好地促进运用和转移。为了使学生掌握这些物理模型的本身，而重要的是要了解这些物理模型的形成过程，从而领悟和掌握物理思想方法和研究方法。因此教学中教师要不断创设问题情境，引导学生积极参与物理知识的发现及推理过程，教师的不断而富有激发性的创设问题的情境过程，正体现了教师的主导作用。创设问题的情境常用的方法有设障存疑，启迪思维；似是而非，思辨释疑，巧布疑阵，激发求知，引经据典，发人深省；类比推理，学习迁移等等。

4．培养发散思维能力，促进创造性思维发展

发散性思维，即求异思维。它是一种不依常规，寻求变异，从多方面寻求答案的思维形式。这种思维形式，不受现成知识的局限，不受传统方式的束缚，其结果可能由已知导致未知，发现新事物，新理论。发散思维包括横向思维、逆向思维及多向思维。它要求你放开眼界，对已知信息进行分析、综合、并科学加工，从而收到“一个信息输入，多个信息产出”的功效。它的特色，表现在思维活动的多向性；它的功能，表现为可以开启心扉，震撼心灵，挖掘深层信息，架设起由已知，经可知达未知的桥梁，创造出新的思路和解法；它的操作，要求从一点出发，向四周辐射，“心骛八极，思接干载”，从而编织起信息网络，达到思维的预想目标。所以培养学生发散性思维能力上培养其创造力的重要环节。

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在MSW好氧生物降解过程中，细菌凭借强大的比表面积，可以快速将可溶性底物吸收到细胞中，进行胞内代谢。总的来说，其数量要比放线菌和真菌多得多。当然，在不同的环境中分离的细菌在分类学上具有多样性，主要有假单胞菌属（pseudomonas）、克雷伯氏菌属（klebsiella）以及芽孢杆菌属（bacillus）的细菌[1]。在堆肥过程中，细菌总数的变化趋势是高-低-高。堆肥初期，有机废物中携带有的大量细菌分解有机物质释放能量，使堆体温度上升，此时，常温细菌受到抑制，嗜温细菌活跃；当堆温升至高温阶段，只有少量的嗜热细菌可以活动；高温期过后，随着有机成分的减少，堆体温度降低，嗜温及常温细菌又开始活跃，使细菌总数上升。整个好氧降解过程中，嗜温细菌是堆肥系统中最主要的微生物。

自然界中的微生物总是杂居在一起，即使一粒土或一滴水中也生存着多种微生物。为了提高工艺中某种有效微生物的质量（纯度），提高处理效率，必须进行微生物的纯种分离技术。常见的纯种微生物的分离方法有平板划线分离、液体稀释法分离、利用选择培养基进行分离以及菌丝尖端切割分离[4]。

将已经熔化的培养基倒入培养皿中制成平板，用接种环沾取少量待分离的材料，在培养基表面平行或分区划线(图1)，然后，将培养皿放入恒温箱里培养。在线的开始部分，微生物往往连在一起生长，随着线的延伸，菌数逐渐减少，最后可能形成纯种的单个菌落。

将待分离的样品经过大量稀释后，取稀释液均匀地涂布在培养皿中的培养基表面，培养后就可能得到单个菌落。

不同的微生物对不同的试剂、染料、抗生素等具有不同的抵抗能力，利用这些特点可配制出适合某种微生物生长而限制其他微生物生长的选择培养基。用这种培养基来培养微生物就可以达到纯种分离的目的。

这种方法适于丝状真菌。用无菌的解剖刀切取位于菌落边缘的菌丝的尖端，将它们移到合适的培养基上培养后，就能得到新菌落。

纯种分离后还要将微生物接种到垃圾中进行生物处理，但由于接种微生物的生存环境发生了变化，故在微生物适应周围环境前，处理效率达不到理想的效果，因而直接在垃圾中进行微生物接种的处理效果则应好于微生物纯种分离后再接种的处理效果。直接在垃圾中进行微生物接种可采用多种方式，如：垃圾渗滤液循环、加入一定比例的垃圾腐熟物等。

微生物对垃圾的降解是在多种微生物的协同作用下完成，在适宜的条件下，微生物协同作用能力的大小取决于微生物种群的大小与结构的稳定性。一般说来，生物的种群越大，其自动调控能力越好，适应性就越强，结构越稳定。经垃圾渗滤液循环或向待处理的新鲜垃圾中加入一定比例的垃圾腐熟物进行强化接种培养后，微生物的种群扩大，且循环次数越多，微生物的数量和种群就越大，这样就会更有利于对垃圾的降解。

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食品若要发酵就必须要有一个特定的微生物环境，发酵过程中微生物的种类会对发酵食品的口感产生非常大的影响，而加强对发酵食品中微生物多样性的研究可以十分有效的为相关的研究提供更多的理论依据，在研究的过程中，最为基本的两个要素就是物种的丰度和物种的均匀程度。而微生物在生长的过程中也有其自身独到的特点。因为微生物自身的体积小，结构也并不是十分的复杂，所以我国在微生物多样性的研究方面还处于比较缓慢的状态，在很长一段时间里都采用非常陈旧的方法去研究微生物的多样性，而我国有关的技术在不断的发展，所以在微生物研究方面也有了一些新的迹象。

1 微生物的培养分离方法

在微生物多样性研究的过程中，培养技术起到了非常关键的作用，直到现在，这种技术都广泛的使用在研究当中，微生物培养主要是按照目标的要求给微生物选择比较适宜的培养基，然后再按照不同的微生物特性来对其进行更加全面和准确的鉴别，但是这种方法在使用的范围上还是有着一定的限制，一般情况下它比较适合使用在小范围的微生物多样性鉴别中。

微生物培养法在实际的应用中需要首先通过人工的方式对培养基进行适当的处理，虽然不同的微生物在生长环境和自身的特性上都存在着较为明显的差异，所以研究的结果会和实验室当中不受任何外界因素影响条件下得出的结果存在着一定的差异，此外，自然界当中，很多种微生物都是没有办法通过人工培养的方式得到的，所以在研究的过程中也会造成生物多样性的流失，这样就使得实验室中所得出的结论不是非常的准确，存在着一定的片面性。

2 化学方法

磷脂脂肪酸是生物细胞膜中一个非常重要的成分，而不同的微生物能够通过生活反应形成不同种类的磷脂脂肪酸，这样就可以对不同的微生物进行鉴别和检验，但是在这一过程中尤其需要注意的一点就是不同类型的磷脂脂肪酸或者是不同生物体上的磷脂脂肪酸有可能会出现完全相同的研究和实验结果，所以还需要采用其他的辅助方式对其进行进一步的检验。

3 生理方法的鉴定系统

BIOLOG微孔平板阀是国外的研究机构在1991年建立起来的一套专门研究土壤微生物多样性的一种方法，这种方法通常就是按照生物对单一碳源不同的反应而实现对不同种类的微生物进行区分的目的，该鉴定系统当中主要有95反应孔的微孔平板和鉴定的软件组成的，反应孔当中还设置了碳源底物和对应的指示剂，而当接种样品溶液的时候，其中的一些营养物质就会被吸收和利用，从而使得孔中的反应物呈现出不同的颜色和状态，因为不同的微生物对95糖的反应和接受程度具备一定的差异按照反应孔当中颜色的转变和吸光度的变化就形成了不同的形式，这样也就使得不同微生物逐渐被判断出来。经过该系统软件的处理和判断，和标准菌种的数据进行详细的对比之后，这种菌的种类也就被准确的判断了出来，这种方法实际上已经进入到了微生物食品微生物多样性的研究当中，但是这种方法在应用的过程中也存在着一定的局限，所以也无法很好的独立使用，其主要的不足有：由于真菌、放线菌的代谢反应不能分解氯化物.此方法只能检测微生物群落细菌中快速生长的那部分微生物信息主要为革兰氏阴性菌：另外由于培养环境的改变可能引起微生物对碳源底物实际利用能力的改变而造成一定的误差目前所具有的标准菌种的数据库还不完善。有些种类还不能被准确进行鉴定即使存在以上不足。但由于其不需经过培养分离繁琐的步骤.仍被用于微生物多样性的研究。

4 分子生物学方法

分子生物学技术在微生物多样性研究上的应用主要可以归纳总结为2个方面：一方面是在PCR技术应用前提下所衍生出的一些研究方法.这些方法可以把少部分的DNA进行大量的增加.通过对基因排列顺序的对比和分析来对微生物的多样性进行研究另一方面是在应用分子杂交技术的前提下使用分子标记的方法。

4.1 建立在PCR技术的方法

PCR是1985年由MULUS发明的一种聚合酶链式反应技术.主要特点是短时间内在实验室条件下人为控制并特异扩增目的基因或DN段，以便于对已知DN断进行分析。PCR技术的发明和不断完善.不仅为分子生物学的发展作出了巨大的贡献.而且在微生物生态学的发展和分析技术的建立提供了有利工具。

4.2 基于分子杂交技术的分子标记法

分子杂交技术是基于核酸分子碱基互补配对的原理.用特异性探针与待测样品的DNA或ETNA形成杂交分子的过程用于微生物多样性研究常用的探针主要有RNA基因探针、抗性探针和编码代谢酶基因探针等。特别是近年来发展起来的荧光原位杂交技术是研究环境中不可培养微生物群落多样性最为常用和有效的手段荧光原位杂交技术是根据已知微生物不同分类级别上种群特异的DNA序列，以荧光标记的特异寡聚核酸片段作为探针与环境基因组中DNA分子杂交，检测该特异微生物种群的存在与丰度。操作步骤是将微生物样品固定在载玻片上，用荧光染料标记的基因探针杂交，将未杂交的荧光探针洗去后用普通荧光显微镜进行观察和摄像采用这一技术可以同时对不同类群的细菌在细胞水平上进行原位的定性定量分析和空间位置标示。该方法的特点是可以进行样品的原位杂交，且特意性和灵敏度高，克服了PCR扩增的偏好性，对生态系统样品中的种群结构的测度准确性高发酵食品中微生物多样性研究方法在传统技术的基础上有了很大的发展.主要发展出了4种研究方法四种方法在不同的方面有不同的优缺点，只有根据不同的特点选择不同的研究方法，才能更好地保证研究的准确性，从而促进发酵食品中微生物多样性研究。

结束语

发酵食品越来越多的走入到人们的生活当中，发酵食品中的生物多样性是影响其口感的一个非常重要的因素，而在实际的研究工作中，有很多的研究方法，不同的研究方法尤其自身的优势和使用范围，所以一定要根据实际的需要选择适当的方式，只有这样，才能更加充分的保证发酵食品微生物多样性研究更加的成熟。

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中图分类号： [Q815] 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2013）-20-34-1

在近年来的微生物发酵历程中，农业方面的运用越来越广泛，在农业中利用有益微生物进行发酵，能够收集菌体或者相关的代谢产物，从而实现农业的增产。除此之外，微生物的发酵应用还在农业防病方面有显著的成效。微生物发酵对于生产而言有很好的增产作用，但是不同的微生物有自身的菌种特性，因此在发酵过程中需要不同的发酵条件，其中包括PH值、温度、溶氧量等，都属于微生物发酵条件的重要内容。发酵工艺的优化能够提高发酵生产的效率，并且降低生产成本，从而将微生物发酵发展成高效、节资的产业。

1 微生物发酵影响因素的分析

培养基对于发酵而言，其主要功能是满足微生物在进行代谢产物合成或者生长繁殖的过程中所需的能量。培养基的主要成分直接影响了菌体的生长和繁殖能力，并且对生物的合成效率以及产品的产量和质量有很大的影响。在微生物发酵的研究中发现，不同的微生物品种、不同生长阶段的微生物所需要的培养基以及发酵工艺都有明显的差异。培养基的主要材料是氮源、碳源、微量元素和无机盐，这四种材料的选用直接影响到培养基的质量。

除了碳源以外，无机盐对培养基而言也发挥着很大的作用。在发酵过程中，无机盐影响了微生物的生长，并且对代谢产物的形成有一定的影响。通过研究发现，很多金属离子在浓度较低时能够对微生物的生理活动有积极的影响，但是浓度过高则会抑制微生物的生长和代谢。在无机盐当中，磷是微生物生长和代谢活动所需的重要元素，参与了微生物很多重要的生长活动，例如磷脂、核酸、辅酶的构成，都需要磷元素的加入。磷在微生物的代谢和调节方面还发挥着重要的作用，可以引导微生物进行正常的生长和代谢。正二价的钙离子参与的是细胞生理状态的调节，并且能够增加发酵的菌量，提高微生物发酵的效率。

除此之外，培养基还需要其他的构成成分，通过这些成分对微生物发酵起到积极的推动作用，大大提高了培养基对微生物发酵的效果。发酵培养基的成分安排必须要满足相应微生物的生长需要，为其产物的形成提供必要的营养，并且还要保证物理性状适合微生物发酵的进行。在材料的选用上还需要考虑到价格因素，在保证质量的前提下选用较为便宜的原料，并且原料的来源必须充足，以便微生物发酵工程的长期发展。

2 微生物发酵工艺优化的方法

在如今的微生物发酵中，国内外众多学者都开始关注发酵工艺的优化问题，如何有效的开展微生物发酵培养基的成分、培养条件的实验成为目前关注度最高的话题。该方面工艺的提高能够高效、系统的获得所需的微生物产物，将微生物发酵的效率进行显著的提高，并且在成本上还能够做到有效的控制。经过国内外的相关研究，目前使用效果较好的优化方法主要是正交试验设计法、响应面设计法、Plackett-Burman设计法。

正交试验设计法是一种数理统计方法，主要是通过正交表来进行多因素问题的分析，在研究得出结论以后可以通过直观分析或者是直接对比来确定微生物发酵的主要影响因素。该设计法在使用中具有工作量小、方法简单、效果好、效率高等特点，因此正交试验设计法是微生物发酵工艺优化的最常用方法。正交试验设计法在工业和农业生产中应用广泛，并且在其他科研领域也取得了显著的效果。该设计法曾被多名生物学家进行实际的优化应用，例如利用正交设计法对枯草芽孢杆菌的液体发酵进行优化，从而使发酵后杆菌的产量大大提高。

响应面设计法是一种统计方法，主要结合数学建模、统计分析、实验技术等方法经过试验设计进行数据的分析，并且通过多元二次回归方程进行函数关系的拟合，从而将工艺参数进行优化。该方法对于变量因素较多的微生物发酵有很好的参数优化效果，能够将各方面所需材料、发酵因素等进行准确的定量，从而保证微生物催化的顺利进行。响应面设计法的适用面较广，目前除了微生物发酵领域以外还遍布于生物学、医学、制药等多个方面，成为使用最广的微生物发酵优化工艺。

微生物发酵工艺对生物技术的发展有良好的推动作用，该技术在工业和农业方面都得到了广泛的应用，通过微生物发酵能够解决很多正常生产无法解决的问题。合理的运用微生物发酵并且不断进行工艺的优化能够提高生产的效率，推动发酵工程技术的不断前进和发展。在技术纯熟以后还可以广泛运用于医药、卫生、工业等多个领域，为这些领域的发展开辟一个新的纪元。

参考文献

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关键词：食品微生物检验；教学内容；教学改革；职业教育

Key words: food microbiological testing；teaching content；teaching reform；vocational education

中图分类号：G42 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）33-0192-01

1教学内容改革的必要性

传统的食品微生物课程是理论部分与实验部分分开独立设置教学内容，是按学科体系进行构建的，不符合职业教育的特点，也不能更好地实现教学与工作岗位的零距离对接。这就需要按照食品微生物检验工作过程中的实际需要的技能与素质重新构建教学内容，将原有的食品微生物、食品微生物实验、食品微生物检验进行分解，找出其中与从事食品微生物检验工作相关的理论知识、方法技能、职业素质进行重新整合，并添加了食品微生物检验国家标准、样品的采样技术等内容，形成工学结合的教学项目，从而实现培养食品微生物检验职业技术能力的目标。

2教学内容改革的准备工作

2.1 调查工作岗位需求、实习生、毕业生工作情况、食品行业检验发展趋势，明确以下内容：①明确课程的性质与作用。《食品微生物检验》是一门实践性、技术性很强的专业课程，这门课程的掌握能使学生具备必需的基本检验知识与技能、严谨求实的科学态度、食品质量与安全观念、爱岗敬业的职业素养，互助合作的团队精神等，为今后的持续发展奠定了基础。因此，高职学生对《食品微生物检验技术》这门课掌握的程度，关系到今后能否通过食品检验职业资格考试及能否胜任食品微生物检验的相关工作岗位。②明确职业面向与岗位。食品营养与检测专业毕业生主要面向食品工业领域以及相关单位，从事食品检验、食品生产安全指导、食品经营管理等工作。 面向单位有各种食品加工厂、各级食品质量监督部门、各级卫生防疫站、海关、商检局、各经营检验设备单位、各种大中型饭店、食品市场、农贸市场等单位。

2.2 讨论分析调查结果，确定以下内容：①确定岗位能力、岗位知识、岗位素质构成与要求：通过对食品检验岗位工作任务和职业能力调查与分析，明确了食品微生物检验岗位所必须具备的基本技能与素质和相关微生物学知识。如：能够切实承担某一专项检验项目；能够阅读理解并执行国家相关标准；能够进行有效沟通；能够具备分析检验结果，并对生产过程提出建议的能力；能够掌握食品微生物学及检验的基本知识；具有敬业爱岗的良好职业道德，严谨的科学态度和实事求是的工作作风等。②确定课程目标：依据岗位实际工作任务所需要的知识、能力、素质要求，确定了课程的能力目标、知识目标和素质目标。如：能够掌握食品微生物检验的基础理论知识、常规项目的检验原理，了解检验新技术的发展概况；能够正确掌握微生物检验的方法和技能等。

3教学内容改革的具体内容

根据以上的调查结果设计了教学内容改革的具体内容。

3.1 仔细研究食品微生物检验的每个项目，将检验中需要掌握的技术及素质进行归纳：①基本操作技术：包括检样制备技术、培养基制备技术、玻璃器皿的洗涤、包扎与灭菌技术、系列稀释技术、显微直接计数技术、显微镜观察微生物形态技术、细胞大小的测定技术、微生物接种与分离纯化技术、微生物的染色技术、生化鉴定技术、血清学鉴定技术、菌落计数及报告技术、快速检测技术等。②职业素质：包括敬业爱岗的精神、实事求是的工作作风、团结合作的意识、严谨的科学态度、分析检验结果对生产过程提出建议的能力、理解与运用相关文件的能力等。

3.2 根据检验中需要掌握的技术及素质选取课程教学内容：①压缩理论教学内容。食品微生物检验技术就是应用微生物学的理论和方法，对食品中的菌落总数、大肠菌群及致病菌等进行检测。因此可以将理论知识融入到实验教学中，做到理论与实践的有机结合。②删除与食品微生物检验无关的内容。为保证教学与实际检验工作的紧密结合，新的课程教学内容应该是围绕食品微生物检验工作岗位需求，按食品微生物检验项目和检验方法选取的检验工作过程中常用的操作技能与相关知识选取的。因此像微生物生物学特性、微生物代谢、营养物质的传递、食品腐败变质的机理、微生物遗传变异与育种等内容可以舍弃，使课程更适用、实用。③增加与微生物检验相关的内容，如：2010版食品微生物检验国家标准内容、快速测试纸片技术、样品的采样技术等内容。

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职业学校药学类专业学习微生物这门课程，总体有这样几个目标：1.药品生产各环节的消毒灭菌处理工作。2.GMP车间在环境和工作人员方面对微生物的要求。3.环境中微生物的检查工作。4.一般微生物的培养，接种技术。5.显微镜观察微生物，微生物的染色技术。6.一般微生物的鉴别方法。7.对于生物制药专业来说，为下一步学习发酵技术等专业课打下基础；对药物分析专业学生来说，为下一步学习药品生物检定技术打下基础。

总结这些生产中的实际要求，我们得出结论：微生物学的教学应该以实际操作技术为主要与重点内容。因此笔者对微生物学进行分析总结，将上课地点搬进了实验室，将实验归纳总结为一个个的项目，把理论知识也附着在实验项目之中。

二、将各个实验进行统筹安排的必要性

在实验的时间先后上，如果没有统筹的安排，将会有很大的材料浪费和人力的浪费。因此，我们将所有的实验进行统筹规划，将前一个实验制备的产品用于下一个实验，这样既有连贯性，同时还有很大的节省。

三、课程改革内容

将整个教材分为以下几个试验模块：1.培养基的制备与灭菌；2.微生物的接种与培养；3.微生物菌苔菌落的观察；4.微生物的染色技术与显微镜的使用方法；5.细菌大小与数目的测定；6.微生物在自然界的分布；7.体外抑菌试验；8.抗生素的效价测定。

四、具体模块分析

(一)培养基的制备与灭菌。本模块任务：1.配置培养基（通过实验操作掌握固体、液体、半固体培养基配置方法，同时掌握微生物生长必需的条件），2.将培养基进行包扎灭菌（高压蒸汽灭菌锅的使用方法，干热灭菌法原理及操作方法，同时掌握彻底灭菌（包括芽孢）的方法及意义）。通过这个模块的学习，学生不仅掌握了基本的配制、分装、包扎、灭菌技术，还为下面的所有实验准备了试管装的斜面培养基和三角瓶装固体，液体培养基。

（二）微生物的接种与培养。本模块任务：1.试管的斜面接种，2.培养皿的分离划线培养，3.三角瓶的液体接种培养。通过这个模块的学习操作，学生能够掌握的操作技术：使用酒精灯的无菌操作技术，固体、液体培养基的接种技术，如何分离得到纯种细菌的技术；学习到的理论知识：菌落及菌苔的含义，微生物的培养方法；同时为下一步的实验准备了大量的微生物培养物。

（三）微生物菌苔菌落的观察。本模块任务：观察各类微生物的菌落菌苔特点。本实验直接取上次实验培养的微生物培养物进行观察，从而概括得出细菌、放线菌、真菌三大类微生物菌落各自的特点作为鉴别的依据。

（四）微生物的染色技术及显微镜的使用方法。本模块任务：1.将微生物进行单染色、革兰氏染色，2.光学显微镜观察微生物形态。为了进行这两项操作，学生会主动学习染色原理，显微镜操作原理，油镜使用原理，然后进行实际操作。本模块使用模块二的培养物来进行染色观察。

（五）细菌大小与数目的测定。本模块任务：使用血细胞计数板和测微尺进行微生物数目和大小的测定。

（六）微生物在自然界的分布。本模块任务：检测微生物在土壤、水、空气、人体表面的分布情况。本实验使用模块――配制的固体培养基倒平板进行检测。

（七）体外抑菌实验。本模块任务：使用琼脂扩散法进行检测几种化学消毒剂的抑菌实验。本实验使用模块――实验中配制的培养基。

（八）抗生素的效价测定：本模块的任务：使用二剂量法测定一种抗生素的效价。本实验使用模块――实验中配制的培养基。

五、考试考核方法

根据教学过程的模块化改革，考试考核方式也随之进行改革，由原来传统的一张理论试卷定分数的方式，改为以实验为主要考核方式。将模块的结果进行考评打分，在最终成绩中占重要比例，然后学习结束时的考核分两部分，一是实验室内现场操作考核：从八个教学模块中选取一些重要的操作技术，比如染色技术、灭菌锅的使用技术、培养基配制方法等等，学生抽题，抽到后现场进行操作考核；二是抽取两个理论题进行回答。实践证明，这种考核方式更与实践相接近，更具有实际意义。

六、总结

实践证明，以项目实验为主体，理论辅助在其中，学生能够很好地掌握实践技术操作，能够较好地适应职业教育的要求，而且能够将单个独立的项目实验联系起来，不仅教学效果好，还节约了很多实验材料。

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中图分类号：S855；S82 文献标识码：B 文章编号：1007-273X（2017）02-0008-02

随着城镇化的进展和人们生活节奏的加快，人类物质生活条件越来越好，但是由于闲暇时间的减少、居住模式的变化、网络的影响，人们相互陪伴的时间减少，精神变得愈加空虚，为消除孤寂或出于娱乐而豢养宠物的数量随之快速上升。以往的宠物一般是犬、猫等哺乳类动物或者鸟类，易喂养也容易与人互动。现在除了哺乳类、鸟类，还有爬行类、两栖类、鱼类、昆虫类和节肢类等。宠物体内含有大量的微生物。稳定的微生物生态系统对宠物的健康成长意义重大。当体内微生物系统平衡被打破或者病原微生物入侵时，宠物的机体便遭受破坏。同时，当人们与宠物发生肢体接触时，宠物体内携带的致病微生物可进入人体内，且与人类致病菌发生组合和变异的机会也相应增多。狂犬病、流行性出血热、弓形虫病、口蹄疫等都与宠物有关。而近年来因为抗生素的广泛使用，使得致病微生物的耐药性增强，病菌、病毒的基因突变加快，各种耐药致病微生物不断出现。目前使用的多数抗生素，已对人类和动物身上携带的致病微生物不起作用了。

1 胃肠道微生物

宠物胃肠道微生物对宠物机体的影响最为重要，是宠物体内微生物研究中最为热门的研究方向。宠物体内胃肠道系统中存在数量巨大的微生物群落，在宿主胃肠道内形成微生态系统。

1.1 胃肠道微生物的作用

研究表明，消化道菌群、消化道环境与宿主三者之间相互影响、相互作用，共同参与食物代谢过程。这些微生物能有效帮助宠物避免感染，特别是胃肠道的感染，同时积极地与连接免疫细胞的黏膜相互作用[1]。另外，微生物菌群和宿主的共生可促进宠物的健康。因此，无菌宠物比具有完整胃肠道微生物群落的宠物更易感染疾病。随着对胃肠道微生物研究的深入，肠道微生物对宿主营养代谢或免疫调节的作用已逐渐被人们认识并接受。

1.2 水生宠物胃肠道微生物

目前，高等宠物肠道微生物与宿主代谢、免疫的关系和调控机制已成为研究热点。 然而对于水生宠物肠道微生物与宿主代谢、免疫的关系和调控机制的研究并不多。与陆生宠物相比，水生宠物处于更为复杂的生态环境之中， 其肠道微生物结构更为多样、复杂。近几年，国内外有一些学者对水生宠物肠道微生物开展了研究。主要研究方向不仅包括检测样品中微生物的组成，还包括水生宠物肠道微生物在宿主代谢、免疫中的作用。研究最早采用微生物纯培养方法。但是纯培养的方法在研究环境微生物组成时往往存在培养条件复杂或环境细菌难以进行纯培养等问题。后来，分子生物学技术逐步被应用到水生宠物肠道微生物研究中，如变性梯度凝胶电泳、末端片段长度多态性等指纹图。这些方法成本较低，但研究者难以通过这些技术直接了解样品中微生物的组成信息。高通量测序技术可有效解决这一问题。

1.3 胃肠道微生物研究方法的进展

胃肠道微生物被认为是药物、酶基因和其他新型产品的筛选来源。核酸分析表明，肠道中很大一部分微生物是无法体外培养的[2]， 因此要想全面认识肠道微生物， 就必须采用纯培养方法。

目前，对宠物胃肠道微生物研究方法应用最广也是最为基础的方法便是胃肠道微生物纯培养。但是纯培养方法受到多种因素限制，如培养基选择性、厌氧条件以及微生物相互作用等，导致至今通过纯培养方法可培养的微生物仍然只为哺乳类宠物胃肠道微生物群落的10%～20%[3]。

近年来， 随着分子生物W的发展应用，分子微生态技术使胃肠道微生态学研究迅速发展，其中应用最为广泛的是16SrRNA/DNA杂交和PCR技术[4]。但这一技术也存在局限，它无法探究宠物胃肠道中未培养微生物的遗传、代谢与生理免疫等情况。

2 微生物类传染病

2.1 常见宠物传染病

2.1.1 猫抓病 猫抓病是细菌性疾病，具有感染性，由巴尔通体菌属中的B.henselae感染所致的亚急性自限性传染病。如果被猫抓、舔或者咬伤皮肤后容易感染得病。猫、狗是该病的常见传染源，尤其幼猫更易传染。

2.1.2 狂犬病 狂犬病是由狂犬病毒引起的一种中枢神经系统急性传染病，又称恐水症。一般通过病兽齿咬而传染，如病犬病猫。目前没有有效的治疗，所以只能通过给宠物猫狗注射疫苗以降低传染。

2.1.3 鼠咬热 鼠咬热一般由家鼠咬伤引起，其次为猫、犬、猪等，病原体是小型螺旋菌或念珠状杆菌。治疗用红霉素，以防鼠为主。

2.2 非常见宠物传染病

2.2.1 兔热病 兔热病由土拉伦斯杆菌引起，主要传染源是兔和鼠类。链霉素效果最好，也可以用庆大霉素、四环素、氯霉素治疗。同时做好在流行地区接种减毒活疫苗。

2.2.2 马鼻疽 马鼻疽是一种由马鼻疽假单胞杆菌引起的马、驴及骡的传染病，人因接触病畜感染，马是主要传染病，次之为山羊、猪和狗。因此，对患者要做好隔离治疗。预防首先隔离和处理病马，重视对该病的预防知识宣传。

3 微生物类疾病的预防与控制

3.1 抗微生物药品

抗微生物药品多年前便已投入临床兽医使用中。抗微生物药是指可抑制或杀灭病原微生物的药剂，主要适用于全身感染。抗微生物药包括抗生素、化学合成抗菌药、抗真菌药与抗病毒药。从1950年起，已有大量试验表明，抗微生物类药物具有免疫调节作用，能增强或减弱机体免疫功能[5]，但是抗微生物药品的不合理使用和滥用问题严重，常造成治疗失败、不良反应增多、药品浪费、细菌耐药性产生[6]、兽药残留[7]等问题。

对此，有研究表明药代动力学（Pharmacokinetics，PK）和药效动力学（Pharmacodynamics，PD）研究可以为抗微生物药品的合理应用提供依据。PK-PD可以描述药物对微生物产生效应的时间动力学过程及时间作用类型，对评价药物的有效性、推测最佳治疗剂量和用药间隔、不良反应最小化以及避免或减少药物耐药性都有指导性的作用。因此，PK-PD研究制定最佳临床给药方案具有重要的理论和实际意义[7]。PK-PD研究近年来才投入临床兽药应用中，较人药在此领域中的研究差距较大，需开展各种试验来获得相关数据，进而进行兽药给药方案的优化。

为减少兽用抗微生物药的使用对全球抗微生物药耐药性问题的影响需要采取一些有效措施，包括预警原则，例如禁止或限制给宠物使用一些对人至关重要的抗微生物药物。预防原则也是有效措施之一，如抗微生物药物使用前增加药敏感性试验、优先使用窄谱兽用抗微生物药、优化兽用微生物药物给药方案[8]。以上措施都是旨在消除宠物的病原微生物。但是耐药决定的主要来源不是病原微生物而是共生微生物。而且，目前给宠物使用的抗微生物药物作用和分布的低选择性会使宠物胃肠道的正常菌群受到影响。创新绿色抗微生物药是一类新型的兽用抗微生物药，对环境中的耐药因子几乎没有生态学影响是该类药物的显著特点[9]。新型创新绿色抗微生物药需同时具备药动学和药效学选择性。首先，要求该药物主要分布在靶向微生物所在位置。其次，需对使用该药的宠物的共生微生物和环境生态系统没有药效作用。

3.2 共患病有效防控

迄今为止，新老重大共患病的流行因素依然存在，公共卫生突发事件时有发生，这与近百年来人类生产生活方式的巨大转变有着密切的联系但人医和兽医一体化公共卫生体系的缺位，某种程度上严重制约了新患病的有效防控。

传统思想的根深蒂固导致人医和兽医之间缺乏有效合作，协调不足。它们隶属于两个独立的行政主管部门，机构编制和人员设置的不同使它们难以进行有效的沟通和合作。这种情况也存在于人医和兽医的科研管理和科研活动当中。兽医应受重视，理由有三点：一是兽医对重大疫情先知先觉。二是兽医是重大疫情的第一道防火墙。多数重大动物疫情往往是从动物传播到人，只要遏制疫情在动物中的暴发和流行，就能及时为人类建立起第一道防火墙，阻止它向人类蔓延。三是兽医是重大疫病净化和消灭的关键。共患病净化工作的重点应着力于易感动物，同时做好易感染人群的隔离工作。一旦发现重大疫情在动物中的传播，应及时扑杀，并做好无害化处理。

参考文献：

[1] 陈宝江，李福彬，梁陈冲.单胃动物肠道微生态营养调控研究进展[J].饲料与畜牧，2012（1）：43-45.

[2] 王世荣，岳寿松.试论微生态制剂对反刍动物的作用机制[J].中国微生态学杂志，2003，15（1）：60-63.

[3] VAUGHANEE，SCHUTF，HEILIGGH J，et al.A molecular view of the intestinal ecosystem[J].Curr Issues Intest Microbio，2000， 1（1）：1-12.

[4] TAJIMAK，AMINOVR，OGATAK，et al.Rumen bacterial diversity as determined by sequence analysis of 16sDNA libraries[J].FEMS Microbiol Eco，1999，29（4）：159-169.

[5] 徐杂睿刘 和.454测序法在环境微生物生态研究中的应用[J].生物技术通报，2006（4）：54-58.

[6] 邓冠华.抗微生物药长期给药对小鼠肠道微生物组多样性的影响[D].广州：南方医科大学，2013.