改革微生物學實驗教學，激發(fā)學生創(chuàng)新潛力

馮遠航， 朱 勇， 王智文

(天津大學 化工學院，天津 300072)

微生物學的發(fā)展與實驗密不可分[1]，微生物學實驗技術(shù)是生物學專業(yè)人才的必備實驗技能。微生物學實驗課程是一門實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課[2]，在生物學相關(guān)專業(yè)教學中占有舉足輕重的地位。隨著高等院校本科教學改革的不斷推進，很多高校進行了微生物學實驗課程的教學改革[3-5]，通過優(yōu)化實驗內(nèi)容、增強實驗綜合性和研究性[6]，調(diào)動學生學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[7]。為此，我們立足《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設(shè)總體方案》中“培養(yǎng)具有國家使命感和社會責任心，富有創(chuàng)新精神和實踐能力的各類創(chuàng)新型、應用型、復合型的優(yōu)秀人才”這一建設(shè)任務[8]，通過對微生物學實驗內(nèi)容的深入分析，探索在微生物學實驗教學中構(gòu)建細菌分離鑒定綜合實驗，與時俱進地引入新媒體教學方式，培養(yǎng)學生的自主學習能力、創(chuàng)新思維和綜合能力。

1 改革實驗教學體系，依據(jù)內(nèi)在聯(lián)系構(gòu)建綜合實驗

1.1 構(gòu)建綜合實驗，強化系統(tǒng)性學習

微生物學實驗是一個連續(xù)、系統(tǒng)的知識體系，各實驗項目之間有著內(nèi)在聯(lián)系[9]。在傳統(tǒng)實驗教學中，側(cè)重對理論教學的驗證，其優(yōu)點是突出對實驗技術(shù)的掌握，但僅以驗證型實驗教學為主，會造成學生被動學習，缺乏學習興趣[10]，忽視了對知識的融會貫通，難以激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。

現(xiàn)有微生物學實驗內(nèi)容包括：培養(yǎng)基的制備和滅菌，土壤中微生物的分離純化和菌落形態(tài)觀察，顯微鏡的使用與微生物染色，微生物形態(tài)觀察，微生物的大小與生物量測定，環(huán)境因素對微生物的影響，大分子水解實驗和糖發(fā)酵實驗，IMVIC與硫化氫實驗，枯草桿菌的誘變效應和環(huán)境中微生物的檢測。教學過程中，各個實驗相對獨立，忽略了對各實驗之間的內(nèi)在聯(lián)系，不利于學生對微生物學基本實驗技術(shù)的總體認識。

總結(jié)以上微生物學實驗內(nèi)容，主要包括基礎(chǔ)實驗操作技術(shù)實驗(如培養(yǎng)基制備與滅菌)、微生物形態(tài)學觀察、微生物生理生化反應實驗和綜合實驗。而微生物形態(tài)學觀察與生理生化反應實驗，是細菌鑒定和分類的重要內(nèi)容。依據(jù)各實驗項目間內(nèi)在聯(lián)系，探索將培養(yǎng)基的制備和滅菌、微生物的分離純化、微生物形態(tài)觀察、微生物生理生化特性測定整合為一個綜合實驗來組織教學(表1)。從土壤樣品的采集到培養(yǎng)基的制備，微生物的分離、保藏、形態(tài)觀察到最后的細菌生理生化反應，全部由學生親自完成。在完成標準教學的基礎(chǔ)上，每組學生保存1株從土壤中分離的未知細菌，完成一系列后續(xù)的形態(tài)觀察、大小測定、染色及生理生化實驗。這一教學體系的改革已經(jīng)在2013和2014級生物工程專業(yè)本科生中實施，學生通過對自己分離菌株的觀察與分析，激發(fā)了學習興趣，提高了學習的主觀能動性，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識。學生對實驗的興趣有了顯著提高，不僅鞏固和提高了原有教學體系內(nèi)容，同時能夠鍛煉其分析問題和解決問題的綜合能力，取得了良好的教學效果。

表1 細菌分離鑒定綜合實驗

1.2 改革考評方式，促進綜合性學習

原有的考評方式是前9個實驗項目的實驗報告及課堂表現(xiàn)占70%，第10個實驗項目為環(huán)境中微生物的檢測占30%，這種考評方式雖然體現(xiàn)了注重實驗操作的實驗課考察特點，但忽略了對學生創(chuàng)新和綜合能力的考察。改革后考評方式為10個實驗項目的實驗報告及課堂表現(xiàn)占70%，細菌分離鑒定綜合報告占30%，從細菌的分離純化方法、形態(tài)、大小、革蘭染色、生理生化性質(zhì)等方面對菌株進行綜述，以科研報告的形式提交。這樣學生不僅完成了整個微生物實驗課程的復習，而且對這一課程有了連續(xù)性和系統(tǒng)性認識。由于每組學生分離到的菌株不盡相同，避免了實驗報告抄襲現(xiàn)象，督促學生查閱資料，加深了其對微生物實驗的理解，調(diào)動了學習積極性，變被動接受為主動學習。

2 創(chuàng)新實驗教學方式，引入新媒體提高教學效率

顯微鏡觀察的訓練是微生物學實驗課的學習重點，利用多媒體教學能夠突出實驗結(jié)果的“生動性”與“靈活性”，彌補了傳統(tǒng)教學的不足[11]。多媒體教學多為教師準備教學材料，將新媒體引入傳統(tǒng)教學，學生成為展示結(jié)果的主體，激發(fā)了學生的實驗熱情，提高了實驗教學效率。

在教學過程中建立微生物學實驗課程微信交流群，學生將實驗結(jié)果拍照上傳至微信群，教師對其實驗結(jié)果點評、指導，同時方便學生間交流、討論，使教學反饋更加及時。由于實驗結(jié)果全班可見，促進了學生實驗過程中的認真程度和競爭意識，提高了學習興趣，也為未觀察到結(jié)果的學生提供了學習素材。如在微生物的形態(tài)觀察實驗中，學生用手機記錄了放線菌、米根霉、米曲霉、產(chǎn)黃青霉的典型形態(tài)照片(圖1)，極大地調(diào)動了學習積極性，這是傳統(tǒng)教學方式無法達到的。課程微信群將教學內(nèi)容變得直接生動，使學生感受到了實驗對象的客觀存在，增強了提高實驗技能的信心，提高了授課效果。

圖1 微生物的形態(tài)觀察Fig.1 Microbial morphology observation

3 存在的問題及解決辦法

學生普遍認為，細菌分離鑒定綜合大實驗的設(shè)計和實施能夠激發(fā)學習主動性，鍛煉創(chuàng)新思維，在掌握實驗技術(shù)的基礎(chǔ)上提高了分析問題、解決問題的能力。但在實施過程中，也存在一些問題。由于學生初次接觸微生物實驗，對形態(tài)接近的細菌菌落與酵母菌落形態(tài)認識不足，選擇用于分離鑒定的菌株誤選了酵母而不是細菌；其次，選定的細菌菌株非單一菌株。針對這一問題，采取了兩方面措施，一是指導教師在菌株分離時對每組學生進行指導，確認選擇和分離到的細菌菌落；二是在顯微鏡觀察實驗中，通過鏡檢和染色實驗進一步確認細菌純度，若菌株不單一再一次涂布平板劃線分離，以確保得到單一菌株。

4 展 望

隨著分子生物學、基因組學的發(fā)展，僅以基礎(chǔ)型、綜合實驗項目為主導的實驗課程難以滿足學生的學習需求[12]。為使學生掌握現(xiàn)代生物技術(shù)在微生物學領(lǐng)域的應用技術(shù)，在綜合性實驗的基礎(chǔ)上，逐漸向科研性實驗過渡[13]，創(chuàng)建多層次微生物學實驗教學體系，培養(yǎng)科研創(chuàng)新型人才[14]?？稍谡n后增選菌株16S rDNA的PCR擴增與測序?qū)嶒烅椖浚箤W有余力的同學今后更加順利地參加“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目”“大學生挑戰(zhàn)杯創(chuàng)業(yè)計劃大賽項目”等，培養(yǎng)具有扎實實驗技能和創(chuàng)新能力的科研人才。菌株16S rDNA的PCR擴增與測序是分離鑒定菌株的常用分子手段[15]，將 16S rDNA PCR 擴增產(chǎn)物測序，登陸NCBI利用Blast將16S rDNA測序結(jié)果與GenBank中的已知序列進行比對，從分子水平確定菌株所屬種屬。這樣學生掌握了分離鑒定菌株的完整研究方法，從形態(tài)學特征(革蘭染色、桿狀或球狀、有無芽胞)，生理生化特征(淀粉水解、糖發(fā)酵、IMVIC、硫化氫、檸檬酸鹽實驗)和分子水平鑒定菌株，為學生今后的科研工作打下堅實基礎(chǔ)。

良好的微生物學實驗教學可以提高微生物學課程的整體教學水平和質(zhì)量，使學生更好地理解和消化理論知識，培養(yǎng)學生的動手及分析問題、解決問題的能力。學生通過教學體系改革，掌握細菌分離鑒定的實驗技術(shù)，提高自主學習能力，以新媒體形式促進課堂的反饋交流，增強了實驗課程的應用性，調(diào)動了學生的積極性，激發(fā)了學生創(chuàng)新能力，取得了良好的微生物學實驗教學效果。