《微生物學(xué)》理論教學(xué)中實踐元素的提煉及其應(yīng)用

張俊會

(臺州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，臺州318000)

微生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，它是人們不斷在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題的過程中建立起來的。微生物學(xué)理論課則以概念的邏輯體系為學(xué)生提供微生物學(xué)的發(fā)展歷程，規(guī)范學(xué)生對微生物世界的理解，使學(xué)生掌握微生物學(xué)獨(dú)特的研究思路與方法，因此理論教學(xué)內(nèi)容中充斥著大量實踐元素。傳統(tǒng)的理論教學(xué)往往強(qiáng)調(diào)特定“知識點”的傳授，對這些知識的發(fā)生歷程卻很少介紹，這就導(dǎo)致了理論與實踐內(nèi)在聯(lián)系的剝離，使學(xué)生只知其然，卻不知其所以然。盡管實驗課可以在一定程度上彌補(bǔ)這一不足，但由于課時緊張，往往收效甚微。從理論課中提煉實踐元素，可將知識的發(fā)生過程巧妙地穿插入理論教學(xué)中，不僅有助于學(xué)生全面系統(tǒng)掌握微生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，而且有助于提高學(xué)生的課堂參與程度，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，同時可增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐和自主學(xué)習(xí)能力，從而提高微生物學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

1 實踐元素的提煉原則

在教學(xué)過程中可以圍繞教學(xué)主體、新聞熱點、重難點和教學(xué)目標(biāo)本著以下原則提煉實踐元素。

1.1 與學(xué)生日常生活有關(guān)的實踐元素

興趣是最大的老師，唯有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣才能使其真正成為教學(xué)過程的主體，所以在教學(xué)過程中應(yīng)首先針對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣選取實踐元素。教學(xué)中可圍繞學(xué)生日常生活，從衣食住行到疾病防治選取實踐元素。例如:雖然霉菌可引起的紡織品和皮革制品的霉變，但霉菌生產(chǎn)的纖維素酶則參與了高級成衣的制作過程;乳酸細(xì)菌、釀酒酵母、根霉等微生物參與了酸奶、黃酒、醬油和面包等制品相關(guān)的發(fā)酵過程，但霉菌也會引起食物腐敗，甚至部分微生物還會引起食物中毒;霉菌會引起壁紙和一些家居制品霉變，也會因空氣中霉菌孢子的擴(kuò)散而導(dǎo)致特定人群過敏;沼氣發(fā)酵可作為煤氣和天然氣的替代品，乙醇發(fā)酵和生物制氫則有望替代汽油成為未來汽車的主要能源;淚液中的溶菌酶會分解細(xì)菌肽聚糖的糖苷鍵，脂多糖會引起人類發(fā)燒，菌群失調(diào)會導(dǎo)致人類腹瀉，變異鏈球菌的莢膜會引起人類齲齒，接種疫苗可以預(yù)防特定疾病。通過與上述內(nèi)容相關(guān)實踐元素的選取，可以將單純的理論教學(xué)與學(xué)生的日常生活實踐相結(jié)合，充分提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的參與程度并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.2 與新聞或廣告有關(guān)的實踐元素

許多新聞熱點問題，如超級細(xì)菌、艾滋病、太湖“藍(lán)藻”事件等都與微生物存在密切聯(lián)系。針對這些問題可補(bǔ)充相關(guān)實踐基礎(chǔ)，讓學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識發(fā)表個人觀點，提出相應(yīng)的治理措施，部分內(nèi)容還可用所學(xué)理論設(shè)計實驗加以證實。通過這些相關(guān)實踐元素的提煉，不僅鞏固了相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)，還可培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)實的品格，縮小理論教學(xué)與現(xiàn)實問題之間的距離。

廣告充斥著我們的生活，但部分與微生物學(xué)相關(guān)的乳制品、消毒液和牙膏產(chǎn)品的廣告卻過分夸大其效果。教學(xué)中可適當(dāng)插播廣告，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，鼓勵學(xué)生用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)其不合理之處，并提供實驗思路證實。

1.3 與重難點突破有關(guān)的實踐元素

對于教學(xué)的重點和難點，可適當(dāng)選取實踐元素，展示前人的實驗設(shè)計，再現(xiàn)知識的發(fā)生過程，從而幫助學(xué)生掌握理解。例如結(jié)合和轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)過程、與生物拮抗相關(guān)的青霉素的發(fā)現(xiàn)、突變自發(fā)性的證明、鞭毛的運(yùn)動方式、對病毒本質(zhì)的認(rèn)識等。通過這些實踐元素的補(bǔ)充，可以使學(xué)生了解了這些知識的發(fā)生過程，學(xué)習(xí)前人的實驗設(shè)計思路與研究方法，同時也可對科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度有所了解。

1.4 與完成教學(xué)目標(biāo)有關(guān)的實踐元素

微生物學(xué)中有很多實踐性較強(qiáng)的概念，如“接種”、“滅菌”、“無菌操作”、“培養(yǎng)基的配制”、“病毒的培養(yǎng)和鑒定”、“原生質(zhì)體融合”等。為幫助學(xué)生掌握這些概念，相關(guān)內(nèi)容同時也是必選的實踐元素。

2 實踐元素的教學(xué)處理

對于不同的實踐元素，可采用不同的教學(xué)手段，具體有以下幾種方法。

2.1 質(zhì)疑

質(zhì)疑即提出疑難問題，適當(dāng)質(zhì)疑可以調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，并與教師形成積極的反饋，調(diào)控教師的教學(xué)。教學(xué)中可以配合教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)過程的關(guān)鍵點主動質(zhì)疑。例如關(guān)于細(xì)菌鞭毛的運(yùn)動方式，有“旋轉(zhuǎn)論”和“揮鞭論”兩種學(xué)說。課堂上可先鼓勵學(xué)生思考其運(yùn)動機(jī)理，再介紹兩種學(xué)說，啟發(fā)學(xué)生對比這兩種學(xué)說的合理性，并提供一種研究思路設(shè)計實驗證實。之后再介紹著名的“栓菌實驗”，讓學(xué)生體會實驗的獨(dú)特研究思路和研究方法，并與自己的思路形成對比，從而完成對這一知識點的掌握。同時也可藉由特定案例介紹前人的質(zhì)疑過程。例如Joshua Lederberg和Edward L.Tatum想探究細(xì)菌中是否存在有性過程，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的“接合”。Norton Zinder想分析其它細(xì)菌是否同樣存在“結(jié)合”過程，卻發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的“轉(zhuǎn)導(dǎo)”。通過對這些疑問的解答，學(xué)生可以明確這些理論的發(fā)生過程，同時可借助于這些實例的講解，鼓勵學(xué)生永遠(yuǎn)保持好奇心，大膽質(zhì)疑。

2.2 情境教學(xué)

對于一些微生物學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，可以創(chuàng)設(shè)情境，和學(xué)生一起重溫其發(fā)現(xiàn)過程。例如對接合過程的全面解讀，首先應(yīng)介紹相關(guān)背景并展示問題的由來。Joshua Lederberg和Edward L.Tatum在1946年選用多重營養(yǎng)缺陷型作為標(biāo)記菌株進(jìn)行雜交試驗，證實了細(xì)菌中存在類似有性生殖過程的個體間基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。但二人的實驗尚不能證明此過程是否需要細(xì)胞之間的直接接觸。至此，“結(jié)合過程是否需要細(xì)胞間的直接接觸?”這一問題已經(jīng)展現(xiàn)在學(xué)生面前。課堂上可讓學(xué)生討論分析這一問題的解決策略?最后再介紹Davis的U型管實驗，提供前人對這一疑問的解答。通過相關(guān)情境的設(shè)置，可讓學(xué)生明確特定知識的由來及解答歷程，學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，了解微生物學(xué)獨(dú)特的研究思路和研究方法。

2.2 課堂調(diào)查

對于一些學(xué)生普遍感同身受的內(nèi)容可開展簡單的課堂調(diào)查。例如酸奶是大部分學(xué)生喜歡的食物，可在課堂上調(diào)查學(xué)生是否了解其發(fā)酵菌種和發(fā)酵過程，從而將理論與實踐相聯(lián)系。再如講到共生菌群時，可向?qū)W生介紹人類皮膚表面存在金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌等多種微生物，洗手會輕微影響這些微生物在皮膚表面的定殖情況。這時可開展簡單的課堂調(diào)查，詢問學(xué)生日常的洗手方式，順便讓學(xué)生思考流水沖洗、肥皂和洗手液三種不同洗手方式對皮膚表面微生物數(shù)量的影響，并提出設(shè)計方案加以證實。

2.3 課后作業(yè)

課后作業(yè)作為課堂的延伸，可以鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生對微生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。課后作業(yè)可采取觀看視頻、查閱資料和設(shè)計實驗等多種形式。例如天花給人類造成了巨大的災(zāi)難，通過讓學(xué)生觀看科普視頻《戰(zhàn)痘紀(jì)》可以讓學(xué)生了解人類和天花的斗爭歷史。細(xì)菌的耐藥性已成為全球關(guān)注的問題，可布置課后作業(yè)讓學(xué)生查閱資料了解細(xì)菌的耐藥性機(jī)制。青霉素和溶菌酶的作用靶位同是細(xì)菌的肽聚糖，但二者的作用機(jī)制不同，可讓學(xué)生通過查閱資料，從性質(zhì)、作用機(jī)制、效果、適用對象等多角度對比二者之差異，從而鞏固“肽聚糖”這一知識點。再如，關(guān)于近年出現(xiàn)的諸多新興病毒，安排學(xué)生自學(xué)，并查閱資料制作5 min的PPT課堂講授新興病毒的種類、特征及危害。

2.4 播放視頻

微生物學(xué)涉及許多與實踐相關(guān)的專業(yè)術(shù)語，如接種、無菌操作、配制培養(yǎng)基、高壓滅菌和原生質(zhì)體融合等等，這些術(shù)語往往造成學(xué)生理解上的障礙。教學(xué)中可播放一些相關(guān)的操作視頻，增加學(xué)生的感性認(rèn)識。此外部分教學(xué)重點，如噬菌體的一步生長曲線、溶源性細(xì)菌的檢出、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)等內(nèi)容講解時需與特定實驗內(nèi)容相結(jié)合，教學(xué)中可通過播放相關(guān)視頻，幫助學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容。

2.5 補(bǔ)充與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的背景實驗

限于篇幅影響，部分教學(xué)內(nèi)容教材中僅有特定知識點的描述，缺乏其相關(guān)發(fā)生歷程的介紹，這就增加了學(xué)生掌握的難度。例如微生物自身有害代謝產(chǎn)物，如過氧化氫的積累是自發(fā)突變的原因之一。關(guān)于這一知識點，教材并無相關(guān)內(nèi)容支持。教學(xué)中可補(bǔ)充關(guān)于該知識點發(fā)現(xiàn)的相關(guān)背景實驗。最初是發(fā)現(xiàn)過氧化氫對粗糙脈孢霉有誘變作用，添加過氧化氫酶則突變率恢復(fù)到正常水平，但如果添加過氧化氫酶抑制劑氰化鉀，突變率又進(jìn)一步提高，由此得出結(jié)論:細(xì)胞的有害代謝產(chǎn)物——過氧化氫是自發(fā)突變的原因之一。

2.6 展示知識發(fā)生過程中的重要圖表或數(shù)據(jù)，啟發(fā)學(xué)生從數(shù)據(jù)中獲取知識

培養(yǎng)學(xué)生的圖表和數(shù)據(jù)分析能力是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素養(yǎng)訓(xùn)練的重要內(nèi)容，也是增強(qiáng)理論和實踐聯(lián)系的重要手段。教學(xué)中，可針對教學(xué)重點展示重要圖表和數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出相關(guān)規(guī)律。從而變知識的被動接受為主動探究。例如在講解指數(shù)期微生物代時長短的因素時，可針對其中的多組數(shù)據(jù)，讓學(xué)生匯總分析:菌種、營養(yǎng)成分和營養(yǎng)物質(zhì)濃度對微生物生長的影響。

2.7 與實驗課相結(jié)合

對于前文提到的各種有關(guān)設(shè)計實驗的作業(yè)，可結(jié)合實驗課或開放實驗室等形式，讓學(xué)生將其付諸實踐，一方面加深對有關(guān)理論知識的掌握，另一方面，可鍛煉學(xué)生自主設(shè)計實驗并獨(dú)立完成實驗及后期的數(shù)據(jù)分析，完成一個“現(xiàn)象→假設(shè)→檢驗→結(jié)論”循環(huán)，體會實驗學(xué)科的思維規(guī)律，從而達(dá)到科學(xué)素養(yǎng)鍛煉之目的。

總之，《微生物學(xué)》是一門實踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容富含實踐元素。實踐元素的具體提煉原則和教學(xué)處理手段沒有一個固定的模式，它涉及教學(xué)條件、教師的教學(xué)理念、選課同學(xué)的特點等多種因素。授課教師可以根據(jù)上述因素，因地制宜選取合適的教學(xué)手段。通過實踐元素的提煉和恰當(dāng)處理，可將理論與實踐密切聯(lián)系，增強(qiáng)選課同學(xué)對《微生物學(xué)》這門課程的學(xué)習(xí)興趣，同時有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

［1］陳春燕，郭曉奎.傳統(tǒng)教學(xué)法與 PBL結(jié)合在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.微生物學(xué)通報，2008，35(9):1494-1496.

［2］朱宏飛.微生物教學(xué)中激發(fā)學(xué)生興趣的幾點探索［J］.微生物學(xué)通報，2007，34(1):173-175.

［3］張香美，李樹立，賈月梅，等.淺談微生物學(xué)課堂教學(xué)中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］.微生物學(xué)通報，2009，36(7):1077-1079.

［4］魏培蓮，劉士旺.淺談微生物學(xué)課堂教學(xué)中學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)［J］.浙江科技學(xué)院學(xué)報，2008，20(1):68-71.

［5］汪珍春，陳瓊?cè)A.提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力探討─談“細(xì)菌和噬菌體的重組與連鎖”一章的教學(xué)改革［J］.廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003，2(2):190-193.

［6］柯 野，黃曉敏，方白玉，等.提高微生物學(xué)教學(xué)質(zhì)量的幾點體會［J］. 生物學(xué)雜志，2008，25(3):73-74.

［7］程國軍，何冬蘭，李曉華，等.微生物學(xué)教學(xué)改革與實踐［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008，20(11):146-147.

［8］胡雪芹，張洪斌，葉 明.制藥工程專業(yè)微生物學(xué)教學(xué)改革與實踐［J］. 生物學(xué)雜志，2011，28(2):101-102.

［9］劉 新，方 芳，陳冬梅，等.“開放式、研究型”微生物學(xué)教學(xué)的探討［J］.中國病原生物學(xué)雜志，2008，3(11):876-878.

［10］殷月蘭，焦新安，潘志明，等.微生物生物學(xué)研究型教學(xué)改革初探［J］.微生物學(xué)通報，2008，35(12):1977-1979.

［11］廖宇靜，張利平，謝響明，等.微生物遺傳育種學(xué)［M］.北京:氣象出版社，2010:40.