依据科研系统性原则改革本科微生物实验教学

2013-09-08王梦瑶于正洋王冠儒

实验技术与管理 2013年8期

王梦瑶，于佳，于正洋，徐政，李浩，王冠儒，汪红，张杰，赵建

（四川大学生命科学学院，四川成都 610064）

微生物学是我国综合性大学生物专业本科生的一门基础必修课，“微生物学实验”是微生物学教学不可分割的一部分，同时也是所有生命学科科学研究的实验基础。以往教学只注重重点培养学生掌握单项实验技能和熟练实验操作，如单纯细菌染色及显微观察、教学霉菌菌种培养及观察、酵母计数和大小测定等，各实验间缺乏关联性，半年课程后学生对微生物实验熟悉度不高。依据科研系统性原则，通过调整微生物实验课程单项实验顺序，增强教学实验内容之间的时序性和关联性，转化部分科研实验，增加贴近日常生活的综合性实验，如食品耐药菌分离鉴定、酸奶制作、蛭弧菌观察及应用研究、蕈菌分离及深层发酵等，在保障本科生掌握微生物基本实验技能的基础上，帮助学生从文献检索和学习过渡到实验设计、安排和实施。通过在科研训练和论文设计本科生、生物学基础学科拔尖人才培养试验班学生、学分制指导学生、本科大班授课学生中逐步进行实验教学改革，要求学生完成基础实验技术训练的同时，能够充分利用本科实验教学平台配备的各项资源从事综合性实验内容，从而不断提高本科生的实验技能和提升对实验整体性和系统性的宏观认知，激发本科生实验兴趣，以培养出既具有扎实理论基础，又有较高实验技能和实验创新能力的未来生命科学工作者。

1 调整教学方案，增强实验内容间的时序性和关联性

学生以往都是依据实验指导书在教师预备好实验材料的基础上进行部分实验内容的单独操作训练，这样既不符合微生物研究设计和操作规律，也不便于理解每个实验在整个研究体系中所起的作用和意义，多数学生只是盲目地重复书本实验流程。现在我们调整教学方案和改变实验内容编排，在原微生物单个实验训练本科生实验技术的基础上，将学生所做实验按照实际科研流程串联起来，增加本科生微生物训练实验之间的时序性和联系性［1］。

将无菌操作和微生物分离、培养实验调整靠前，以符合一般科研顺序规律，促使学生按一般实验流程掌握基本实验技能，更加全面地理解实验编排的意义，亦可减少实验材料的浪费和实验准备时间［2］。从培养基的配置到无菌操作和目标菌种的分离，本科生对自己独立分离到的目的菌种进行保存，并可以连接微生物染色、显微观察、大小的测量、计数、环境因素对菌种的影响、微生物生理生化及其他后续实验，达到本科实验训练的有机整合。同时，进行实验顺序调整后，每个小实验之间的时序性和连贯性得到增强，例如培养基配置和灭菌环节与后续的生物分离和培养等实验的成败有直接关系，若处理不当或实验失误可能会造成菌种生长的限制或者杂菌侵入，学生可以在熟悉基本实验技能训练的同时从中获得经验和教训；另外无菌操作的规范性也会影响后续所有实验，这样可以促使学生更好地理解每一步之间的关联性，提高分析问题、解决问题的能力，同时还能灌输学生系统性实验的理念和增加其对自己独立分离到的目的菌种的实验兴趣。

2 转化科研实验，丰富本科微生物实验内容

在微生物实验教学改革过程中，转化部分重现性好的成熟科研成果［3］，将其编排入本科生微生物实验教学，如噬菌蛭弧菌分离及形态学观察、植物病原菌拮抗微生物筛选等。蛭弧菌比细菌小，能通过细菌滤器，故蛭弧菌在普通显微镜下不易观察到，一般需要使用电子显微镜［4－5］，而普通高校本科实验教学平台不具备此科研条件。可采用双层平板法分离并纯化蛭弧菌，通过硝酸银染色法在光学显微镜下观察噬菌蛭弧菌，使学生对蛭弧菌的形态及其生物特性进行了解（见图1）。通过植物病原菌及其拮抗微生物的分离实验，使学生能够完成病原菌的分离、拮抗微生物的分离、微生物的生长测定及培养条件优化、微生物之间的拮抗作用等实验训练［6－7］（见图2）。

图1 蛭弧菌分离及形态学观察

图2 植物病原菌及其拮抗微生物的分离和相互作用

由于嫁接了部分科研实验，其内容较为新颖，本科生不能仅仅凭借实验指导书解决问题，而是需要查阅相关资料、了解相关进展、熟悉新的实验技术和方法、参与实验方案设计、提前准备所需要的实验器材和研究材料。通过以上改革，培养了学生实验前检索文献、实验中操作训练和实验后数据收集整理等能力；同时通过转化科研实验及成果，可以充分挖掘高校本科微生物实验教学平台的教学潜力，在现有实验室条件下，拓宽对微生物的了解和实验训练。

3 增强学生间的合作，培养学生协作能力

四川大学微生物实验课开设时间是本科二年级上学期，学生专业知识相对少，专业实验动手能力相对弱，基于此现状，通过实验课程改革，利用有限课堂时间和实验室资源使学生接触更多新近研究和涉猎更多实验内容。在微生物基本操作训练基础上，通过设计综合性实验，如高产淀粉酶真菌分离、拮抗金葡放线菌筛选和食品中抗生素抗性细菌检测等（图3），增强学生之间的实验合作。因为课程时间、教学资源和实验设置等因素，促使学生组间或者班级间进行必要的分工合作，以练习并完成实验内容、观察并得到相应的实验结果。

实验组间学生有相同的实验目的和操作训练，具备了组间学生进行实验交流和共享资料的合作基础。通过学生间的讨论、质疑和相互借鉴，学习效果比直接从课本获得或者单独实验更好，更能完成实验结果讨论和结果分析。部分学生通过合作实验，利用现有教学平台和课余实验，逐渐向科研性实验过渡，组队申报了“能力提高项目”、“大学生创新创业训练计划项目”和“大学生挑战杯创业计划大赛项目”等。学生之间分组合作，不仅能有效利用课堂学习时间和资源成本，以涉猎更多更新的实验训练内容，增强其动手能力，并且能够提高学生的科研协作能力，这与当前科研工作发展规律和一些企业的管理理念相符，这对于学生日后有很大帮助，可以缩短参加科研工作后的适应周期，利于学生向“两用型”人才发展［5］。

图3 食品中抗生素抗性细菌检测

4 增设贴近生活的综合性实验，提高学生实验兴趣

在实验内容编排时增加了贴近生活并吸引学生兴趣的综合性实验［8－9］，如传统食品中抗生素抗性菌分离［10］、蛭弧菌分离及观察、有色稻米酿发酵［11］、酸奶制备［12］、名贵药食用真菌发酵及条件优化［13］等。学生选择了藏区牦牛酸奶和四川特色食药用蕈菌等日常实验对象，这种贴近生活的实验设计能激发学生的兴趣和探索欲。通过抗生素抗性菌分离实验，学生掌握了培养基配置及灭菌、无菌操作技术、微生物分离技术、抗生素使用、微生物显微观察、微生物计数、环境因素对微生物的作用、菌株DNA提取和PCR技术、分子和生理生化鉴定等；通过蛭弧菌分离实验，学生掌握了双层平板制备技术、负菌落观察和硝酸银染色法等；通过四川特色食药用蕈菌发酵实验，学生掌握了真菌培养、形态观察和发酵条件优化技术等。学生根据实验结果可以讨论川西北高原抗生素使用状况，并关注身边抗生素使用现状和食品安全问题；可以制备双层培养基分离到噬菌斑，并光镜显微观察小于大肠杆菌的蛭弧菌；可以通过微生物发酵改善有色功能稻米产品性质；可以培养出特色松茸和桑黄蕈菌，并利用有色稻米加工副产物优化蕈菌培养，提高蕈菌生物量和分析其营养物质。这些贴近生活的实验内容，既能提高学生实验兴趣，同时也能培训和巩固学生的微生物实验技能［14］。

5 依据科研系统性原则，培养学生系统构思实验的创新思维

科研训练不仅仅是单纯地按照书本或者参考书进行简单实验的模拟重复，或者只是单独地完成好某一些具体实验操作，而且还包括理论构思、文献整理、实验设计、材料准备、实验实施以及结果分析和总结等一整套系统训练的过程。过往本科微生物实验教学主要着重于学生对微生物实验操作技能上的掌握，由于实验内容安排顺序和关联性等因素限制，课程结束后学生对科研训练仍旧缺乏系统性认知，所以需要依据科研系统性原则，改革微生物实验教学内容和方式，除培养学生掌握基本微生物相关实验操作技能外，还要培养学生实验构思的完整性和系统性，以及培养学生科研创新思维。

通过综合性实验的设置，学生在理解每一步实验的细节要领和意义的同时，也弄清了实验内容之间的关联性。例如在川西北高原牦牛酸奶中分离抗生素耐药菌实验中，学生在进行了培养基配置、菌种分离、革兰氏染色、显微观察、大小和生物量测定、抗生素和pH环境因素对微生物的影响、DNA提取和分子鉴定等实验操作训练后，掌握了无菌操作及目的菌种的相关研究方法，并在实验过程中独立或集体性地充分思考了梯度选择、实验方法选择、对照选择、实验组设置、实验内容和时间规划、结果分析等具体问题，这对于培养学生独立思考和解决科研问题的能力、全局性了解实验目的和实验设计以及从实验学习向科研工作过渡等方面具有重要现实意义。同时，学生能体会到自主设计实验的乐趣，能充分分析和讨论实验的成败原因，极大地提高了学生的实验兴趣。

6 结束语

依据科研系统性原则，改革微生物实验教学，通过调整实验教学顺序、嫁接部分科研实验和开展贴近生活并吸引学生兴趣的综合性实验等，将本科生微生物实验训练和研究性科研进行有机结合。在保障微生物实验基本操作训练的基础上，向学生灌输科研设计的原理和重要性的同时，丰富实验教学内容、完善实验教学的系统性，培养学生科研协作能力，增强学生自信心和学习兴趣，充分发挥学生的实验潜能和创造力。同时，充分利用本科实验教学平台配备的各项资源，以培养出既具有扎实理论基础，又有较高实验技能和实验创新能力的未来生命科学工作者。

（References）

［1］王艳.浅谈职业技术教育微生物实验课的改革［J］.微生物学杂志，2007，27（5）：111－112.

［2］李哲斐，颜霞.基础微生物学实验课程改革初探［J］.西南农业大学学报：社会科学版，2011，9（11）：200－201.

［3］黄玉屏，邵雪玲，黄诗笺.微生物技术实验教学改革的探索［J］.实验室研究与探索，2011，30（11）：266－268.

［4］马志宏，丁文，杨莉，等.蛭弧菌对鱼类常见致病菌裂解作用的研究［J］.水产科技情报，1996，23（5）：220－224.

［5］杨叶，王兰英，王磊，等.混合杀菌剂对两种橡胶叶斑病的联合作用研究［J］.现代农药，2009，8（3）：47－49.

［6］柳焕章，刘建钗，周敬霄.微生物间拮抗的研究方法与农业应用［J］.安徽农业科学，2011，39（3）：1310－1314.

［7］郭景旭，张辉，李子钦，等.胡麻枯萎病生防芽孢杆菌筛选及抑菌效果研究［J］.中国油料作物学报，2011，33（6）：598－602.

［8］刘树青，江晓路，牟海津，等.创新性综合实验在食品科学专业人才培养中应用［J］.微生物学通报，2007，34（3）：680－611.

［9］杨清平，唐晓峰，唐兵，等.开放实验室，推进微生物学实验教学改革［J］.实验技术与管理，1999，16（2）：89－91.

［10］杨梅，陈霞，孙志宏，等.乳酸菌抗生素抗性的研究进展［J］.中国乳品工业，2009，12（37）：46－50.

［11］颜亮，罗强，聂远洋，等.功能性红米杂交稻微生物发酵研究及微量元素分析［J］.四川大学学报，2010，47（5）：1177－1182.