設(shè)計(jì)性試驗(yàn)在微生物實(shí)驗(yàn)中的探索與體會(huì)

王光利，楊倩倩，劉婉茹，李 峰

（淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物類(lèi)專(zhuān)業(yè)的骨干課程之一.通過(guò)對(duì)微生物基礎(chǔ)理論知識(shí)的實(shí)踐與應(yīng)用，使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，也能夠培養(yǎng)并提高動(dòng)手能力，正確恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)模式還能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力，充分挖掘?qū)W生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的潛能.

“九五”期間，國(guó)家教委組織實(shí)施高等師范教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃，共完成教改項(xiàng)目213 項(xiàng)，取得豐碩的成果［1］.旨在對(duì)當(dāng)代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行深化改革，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较蚓C合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降霓D(zhuǎn)變.在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用，往往忽視學(xué)生的主體地位，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中不能夠充分鍛煉自己的動(dòng)手能力，思維也常受到教師教學(xué)定式的影響，不利于學(xué)生創(chuàng)造性的培養(yǎng)，從而使其發(fā)展受到限制.因此，就需要有一個(gè)能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式.

1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的概念

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)指學(xué)生在掌握一定的微生物相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用課堂中學(xué)到的實(shí)驗(yàn)方法，自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并在微生物開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立自主完成，且能夠根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出相應(yīng)分析，同時(shí)能夠得出合理結(jié)論的過(guò)程.進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不僅能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，而且在全程參與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，既能夠充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，還能讓學(xué)生在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到自身各方面的不足，從而全面提高學(xué)生綜合分析能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?所以，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中必將成為主流.

2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的探索

2.1 微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀

就目前來(lái)看，為讓學(xué)生更好地掌握微生物基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高基本實(shí)驗(yàn)的操作能力，許多高校普遍的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭€是傳統(tǒng)模式，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞且越處煘橹?，學(xué)生為輔，教師依據(jù)教學(xué)計(jì)劃安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，執(zhí)行教學(xué)程序，而學(xué)生僅是機(jī)械地模仿和驗(yàn)證，然后按部就班地完成實(shí)驗(yàn)并寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告.學(xué)生在此過(guò)程中并未真正參與到實(shí)驗(yàn)中，因此學(xué)習(xí)積極性不高，加上傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街械膶?shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容較為單一，缺乏趣味性，更加不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式扼殺學(xué)生的創(chuàng)造性和能動(dòng)性，也不利于學(xué)生科研思維的培養(yǎng).因此，微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革迫在眉睫.

2.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的引入

在教學(xué)過(guò)程中，可通過(guò)圖1有效地引入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：

圖1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)引入模式Fig.1 The introducing mode of designable experiment

3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在具體教學(xué)中的實(shí)施

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)區(qū)別于傳統(tǒng)的驗(yàn)證性試驗(yàn)，但其必須在傳統(tǒng)驗(yàn)證性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行.具體實(shí)施步驟見(jiàn)圖2：

圖2 設(shè)計(jì)性試驗(yàn)在具體教學(xué)中的實(shí)施模型Fig.2 The implementation of model test in the teaching practice in the specific teaching

在具體的教學(xué)過(guò)程中，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過(guò)程較為繁瑣，但若找準(zhǔn)思路和方向，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程要比傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要有趣的多.多鼓勵(lì)學(xué)生貼近生活，從生活中獲取實(shí)驗(yàn)課題，發(fā)現(xiàn)實(shí)際生活中的科學(xué)，并能夠把每個(gè)實(shí)驗(yàn)都當(dāng)作微型科學(xué)研究，這才是實(shí)施設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正意義.以具體案例說(shuō)明設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在具體教學(xué)中的實(shí)施過(guò)程.

近年來(lái)，氯代乙酰胺類(lèi)除草劑應(yīng)用最廣泛，占據(jù)主導(dǎo)地位，該類(lèi)除草劑是優(yōu)良的觸殺性禾本科雜草除草劑，尤其是丁草胺，但農(nóng)藥的毒性危害以及所引起的農(nóng)藥殘留（Residence）、抗藥性（Resistanee）和再猖撅（Resurgenee）即所謂的3R問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注.下面以“丁草胺降解菌分離以及降解特性的研究”這一實(shí)驗(yàn)為例，闡述設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施步驟.

3.1 選取可行性實(shí)驗(yàn)課題

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為微生物實(shí)驗(yàn)中的中流砥柱，著重于對(duì)學(xué)生積極動(dòng)手、獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)，其課題的選擇不可忽視.綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題過(guò)小或過(guò)于簡(jiǎn)單會(huì)失去設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的意義，難以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的；反之，題目選擇過(guò)大或?qū)嶒?yàn)指標(biāo)過(guò)高，會(huì)使學(xué)生無(wú)從下手、望而生畏，從而喪失信心和勇氣，也不能達(dá)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的［2］.本例中選擇“丁草胺降解菌株的分離及降解特性的研究”，其難易適中，且可行性、探索性較強(qiáng)，符合教學(xué)大綱要求，亦在學(xué)生的能力范圍之內(nèi).

3.2 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料

根據(jù)丁草胺結(jié)構(gòu)特性，查閱丁草胺生化性質(zhì)，上網(wǎng)搜集相關(guān)菌株分離及降解相關(guān)實(shí)驗(yàn)的文獻(xiàn)資料，明確實(shí)驗(yàn)原理并列出所需的實(shí)驗(yàn)藥品及儀器設(shè)備.在對(duì)丁草胺性質(zhì)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)的原理方法基本掌握之后，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)方案的討論與設(shè)計(jì).

3.3 討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

在確定實(shí)驗(yàn)思路后，以4～6個(gè)學(xué)生為一小組，在查閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行討論，并設(shè)計(jì)出合理可行的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)而做出合理的分工，教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修正并給予建設(shè)性建議.

Soprod的SOP A10機(jī)心可以替代ETA2892。但是由于產(chǎn)量較低，無(wú)法直接與ETA 或Sellita打價(jià)格戰(zhàn)。Soprod A10-2，ETA 2892的替代品Festina集團(tuán)在瑞士約有400名員工，自產(chǎn)機(jī)心的極小比例僅7%到8%左右。另一方面，Candino則使用ETA或Ronda石英機(jī)心。

3.4 準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案中各步驟，列舉出所需實(shí)驗(yàn)藥品、儀器設(shè)備，根據(jù)小組分工學(xué)生獨(dú)立完成.

3.5 實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案

在準(zhǔn)備工作完成后，小組內(nèi)各成員再次做出合理分工，并在教師指導(dǎo)下，實(shí)施修正后具體實(shí)驗(yàn)方案：

3.5.1 丁草胺降解菌的富集和分離

（1）樣品采集：丁草胺處理的污泥或長(zhǎng)期受丁草胺污染的土壤.

（2）富集培養(yǎng)：將污泥或污染土壤置于以丁草胺作為唯一碳源的富集培養(yǎng)基中，于搖床中震蕩培養(yǎng)，每隔一周以5%的接種量接種至新鮮富集培養(yǎng)基中，循環(huán)多次.

（3）富集液的獲取及檢測(cè)：經(jīng)測(cè)定，連續(xù)4代能降解丁草胺達(dá)90%以上的富集液，即為有活性的富集液.將活性富集液進(jìn)行梯度稀釋涂布LB 平板.挑取單菌接種液體富集分離培養(yǎng)基，通過(guò)紫外掃描和HPLC分析等驗(yàn)證其降解能力.

3.5.2 降解菌株的培養(yǎng)特征及生理生化鑒定

3.5.3 降解菌株16S rRNA基因序列的擴(kuò)增與分析

（1）菌體總DNA的提??；

（2）降解菌株的16S rDNA基因序列的擴(kuò)增和酶連；

（3）降解菌株的系統(tǒng)發(fā)育分析.

學(xué)生可根據(jù)在具體實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題，對(duì)之前的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行再次修正、完善.

3.5.4丁草胺降解菌降解特性研究

以降解菌株為實(shí)驗(yàn)材料，以丁草胺作為靶標(biāo)農(nóng)藥，研究溫度、pH、通氣量、金屬離子、輔助碳源等對(duì)菌株降解的影響.

3.6 觀察結(jié)果、分析總結(jié)

學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，獨(dú)立思考，再在小組內(nèi)討論，在之前查閱資料的基礎(chǔ)上，最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，做出總結(jié)，并能夠?qū)W(xué)習(xí)到的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到新的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和完善中.

3.7 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告

在教師指導(dǎo)下，完成對(duì)“丁草胺降解菌分離以及降解特性的研究”，并對(duì)一系列結(jié)果做出分析討論，并總結(jié)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及體會(huì).

4 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體會(huì)

當(dāng)今世界，深化高校教育改革，旨在培養(yǎng)高素質(zhì)、全方位的人才，以適應(yīng)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì).通過(guò)對(duì)微生物設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不僅有利于挖掘?qū)W生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的潛能，還可以增強(qiáng)教師與學(xué)生的互動(dòng)，提高教師教學(xué)質(zhì)量.此外，新穎有趣的實(shí)驗(yàn)課題還能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)探索的積極能動(dòng)性，有利于學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)以及科研素質(zhì)的全面提高.

總之，建立以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的新型教學(xué)模式，可使學(xué)生動(dòng)手能力、職業(yè)技能、科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)［3］.當(dāng)然，在具體實(shí)施過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如實(shí)驗(yàn)本身比較繁瑣，耗時(shí)耗力，教師與學(xué)生時(shí)間安排上沖突等，這也是對(duì)教師自身能力的考驗(yàn)，就要求教師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，同時(shí)也要注意在學(xué)生小組分工、時(shí)間分配以及實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律的管理等方面作出合理的安排.因此，微生物的新型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降母母镏愤€很漫長(zhǎng)，這就需要我們不斷地在實(shí)踐中對(duì)其進(jìn)行探索.

［1］吳永寧.現(xiàn)代食品安全科學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］張文平，劉波蘭，馬廉蘭.結(jié)合科研課題開(kāi)設(shè)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)系列綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)［J］.時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2008，19（8）：1861-1863.

［3］李劍平，吳秀珍，陶建華，等.綜合與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在微生物檢驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐［J］.中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2007，(11)：21-27.

［4］東秀珠，蔡妙英.常見(jiàn)細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊(cè)［M］.北京：科學(xué)出版社，2001.

［5］HORT J G，KRIEG N R，SNEATH P H，et al.Bergey’s manual of determinative bacteriology［M］.9 edition.Balti?more：The Williams & Wilkins Co，1994:150.