微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容與方法改革的研究與實(shí)踐

何曉青 李志茹

北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 北京 100083

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是高等院校微生物學(xué)或生物技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課，也是生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)課程[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的紐帶，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能和應(yīng)用技術(shù)的場(chǎng)所，對(duì)整個(gè)教學(xué)質(zhì)量起著舉足輕重的作用。一方面，學(xué)科高速發(fā)展需要現(xiàn)代技術(shù)；另一方面，即使基因水平的研究，也離不開微生物學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法。自從列文虎克發(fā)現(xiàn)細(xì)菌以來，認(rèn)識(shí)和研究微生物的方法與技術(shù)已經(jīng)得到了很大發(fā)展，包括經(jīng)典與現(xiàn)代的、個(gè)體水平與分子水平的、微生物體內(nèi)與體外的等。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的之一是使學(xué)生在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)掌握和了解微生物學(xué)的基本技術(shù)與方法。不同的學(xué)科領(lǐng)域和院校所選擇的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不盡相同，作為一門基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該有一個(gè)基本的要求。我們?cè)诮鼛啄甑奈⑸飳W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行重組探索。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的合理設(shè)置

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以微生物學(xué)基礎(chǔ)方法與技術(shù)為主。微生物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)內(nèi)容包括：無菌操作(如接種、培養(yǎng)等)與無菌概念的建立，這是微生物學(xué)中最重要的基礎(chǔ)；幾大類微生物的形態(tài)特征與個(gè)體特征、微生物的基本染色方法、微生物的稀釋涂布技術(shù)及微生物的生理生化特性測(cè)定等。這些基礎(chǔ)的微生物學(xué)方法與技術(shù)作為學(xué)生必須掌握。在進(jìn)行這些基礎(chǔ)教學(xué)過程中，教師也介紹各種方法與技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新。只有了解基礎(chǔ)才知道“何為新”，只有掌握了基礎(chǔ)才明確“怎樣創(chuàng)”。近幾年的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

1.1 自然環(huán)境中微生物的檢測(cè)

盡管微生物的廣泛存在性作為相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生已有一定的概念，但還不深刻。在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生自己檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、學(xué)生宿舍、人體表面與體內(nèi)氣流、不同的水體、食品或飲用品中的微生物。一旦學(xué)生在平板上看到各種不同的菌落時(shí)，會(huì)大吃一驚，這樣會(huì)留下深刻的印象。

1.2 微生物的接種與培養(yǎng)技術(shù)

將微生物接種在不同的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，是微生物學(xué)研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括不同的接種工具、接種方法。液體、固體和半固體培養(yǎng)基的接種方法應(yīng)掌握熟練，特別要強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格的無菌操作與無菌概念。

1.3 微生物種類的識(shí)別

區(qū)分不同微生物的方法包括培養(yǎng)特征(液體與固體培養(yǎng)基)、生長特征(斜體、半固體等)、個(gè)體特征(顯微鏡下觀察)以及生理生化特性。通過菌落特征識(shí)別細(xì)菌、放線菌和霉菌三大類群，個(gè)體特征主要是選擇具有代表性的細(xì)菌(革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、桿菌、球菌、弧菌和螺旋菌、產(chǎn)鞭毛細(xì)菌等)、放線菌、酵母菌、絲狀真菌及其相關(guān)的染色方法。例如革蘭氏染色法、美蘭染色法、死活菌染色法、鞭毛染色法、芽孢染色法等，并能正確使用顯微鏡觀察微生物。生理生化特性的檢測(cè)，重在了解不同微生物在代謝上的差異，用以進(jìn)行微生物的鑒定。

1.4 微生物的生長與測(cè)定

微生物生長曲線、數(shù)量與大小的測(cè)定。生長曲線測(cè)定中平板活菌計(jì)數(shù)和光電比色法是學(xué)生應(yīng)掌握的方法。

1.5 環(huán)境因素對(duì)微生物的影響

這方面主要內(nèi)容包括不同物理化學(xué)與生物因素對(duì)微生物的影響。

根據(jù)重基礎(chǔ)的原則，同時(shí)也考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或?qū)嶒?yàn)方法與技術(shù)每年進(jìn)行更新約25%，開放實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)分別占學(xué)時(shí)的12.5 %左右，有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。

2 不斷更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，建立新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

2.1 更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論學(xué)習(xí)有效結(jié)合

有效地將實(shí)驗(yàn)課與基礎(chǔ)理論知識(shí)結(jié)合起來是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的之一。我們?cè)诮虒W(xué)中始終強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要與理論學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合。實(shí)驗(yàn)中觀察到的一些現(xiàn)象，教師啟發(fā)學(xué)生積極思考，鼓勵(lì)他們查閱相關(guān)資料，使他們對(duì)實(shí)驗(yàn)課程更感興趣。不少學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中除完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容之外，還特意進(jìn)行與此相關(guān)的其他實(shí)驗(yàn)或使用其他方法與技術(shù)。

對(duì)生命科學(xué)做出過巨大貢獻(xiàn)的微生物學(xué)近年來發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了許多新概念、新名詞和一些新的研究領(lǐng)域，我們的理論課教學(xué)從2003年開始，已經(jīng)采用國際權(quán)威教材“Brock Biology of Microorganisms”實(shí)施微生物學(xué)雙語教學(xué)活動(dòng)。結(jié)合微生物理論課的雙語教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課也適當(dāng)用英文展示部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)電子版的課件內(nèi)容不斷進(jìn)行修改和更新[2]。除了“Brock Biology of Microorganisms”，還包括其他影印版或原版英文教材，如“Prescott's Principles of Microbiology”，讓學(xué)生及時(shí)掌握微生物實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。

2.2 合理安排實(shí)驗(yàn)順序

以前實(shí)驗(yàn)課的順序基本上是按理論教學(xué)的內(nèi)容順序安排，如顯微鏡使用、染色技術(shù)、計(jì)數(shù)和大小測(cè)定等[3]，調(diào)整后增加了實(shí)驗(yàn)順序的連貫性和系統(tǒng)性，例如把培養(yǎng)基配制、微生物分離和微生物記數(shù)3個(gè)實(shí)驗(yàn)按順序連續(xù)做，類似一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生一個(gè)整體的概念。以前先做微生物分離的培養(yǎng)基，把培養(yǎng)基儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)室待用，然后來觀察由教師提供的細(xì)菌、放線菌和霉菌的形態(tài)，培養(yǎng)基的配置和微生物的分離之間要相隔幾周的時(shí)間。調(diào)整后，一方面不需要長時(shí)間儲(chǔ)存培養(yǎng)基，減少了培養(yǎng)基染菌的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，學(xué)生可以觀察自己從土壤中分離出來的微生物的形態(tài)，相當(dāng)于為形態(tài)觀察提供了材料，增加了學(xué)生的自主性。通過改革，使原來孤立、不連續(xù)的實(shí)驗(yàn)形成一個(gè)有機(jī)的整體，由于每次實(shí)驗(yàn)都是使用未知菌種，并且學(xué)生往往對(duì)自己分離的菌株有更強(qiáng)烈的興趣，形態(tài)特征也更容易記住。

2.3 讓學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)材料、自設(shè)實(shí)驗(yàn)因素等，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，為學(xué)生提供創(chuàng)新平臺(tái)

傳統(tǒng)微生物實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)因素等都是預(yù)先選定的，學(xué)生沒有選擇的余地，只能按照操作步驟把實(shí)驗(yàn)做完。改革后的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，實(shí)驗(yàn)中所涉及的實(shí)驗(yàn)材料很多都由學(xué)生自己選擇，學(xué)生還可以自己設(shè)定諸多實(shí)驗(yàn)因素，這充分考慮了學(xué)生的主動(dòng)性、探索性和創(chuàng)新性[4]。如在環(huán)境中微生物的分布實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己選擇測(cè)定環(huán)境的因素，每組學(xué)生除了接種指定小環(huán)境的微生物外，可以另外自由準(zhǔn)備幾個(gè)平板，比如其中一個(gè)平板分成4個(gè)區(qū)域，讓每組的4名學(xué)生用手指在平板表面劃線，比較各自手指上的微生物，其他平板可以接種身體表面任何部位的標(biāo)本。結(jié)果學(xué)生采集標(biāo)本的部位很廣，在身體表面容易取材的部位采取了標(biāo)本，還帶來了一些意想不到的物品以檢測(cè)其表面的微生物，如紙幣、手表、手機(jī)、鑰匙、飯卡等。自由選擇的空間廣闊，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣很濃，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的好奇心和動(dòng)手能力。

2.4 減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)

大多數(shù)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在一個(gè)教學(xué)單位時(shí)間內(nèi)往往難以完成，完全按課程表時(shí)間開設(shè)實(shí)驗(yàn)已不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要[5]。為了讓學(xué)生有充足的實(shí)驗(yàn)空間并能自行支配實(shí)驗(yàn)時(shí)間，我們單獨(dú)設(shè)置一周，讓學(xué)生完成不同選題的開放式實(shí)驗(yàn)。比如其中一個(gè)讓學(xué)生完成“不同環(huán)境(污染土壤、廢水等)中微生物(降解)菌株的分離、篩選、純化及初步鑒定(細(xì)菌、放線菌、真菌、酵母等)”的實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)?zāi)依ㄎ⑸镏信囵B(yǎng)基的制備、消毒和滅菌、無菌操作、染色技術(shù)、微生物計(jì)數(shù)及其大小測(cè)定、微生物的純培養(yǎng)、微生物生理生化實(shí)驗(yàn)等基本實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)。將學(xué)生分成小組，每組不超過4人，循環(huán)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教研室保證藥品和儀器設(shè)備的提供。具體的實(shí)驗(yàn)操作流程由學(xué)生自行設(shè)計(jì)，每組學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)前要做一個(gè)報(bào)告，面向全班同學(xué)講述實(shí)驗(yàn)方案，這樣既鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力，也提高了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。教師只糾正方案中的大問題，小問題可以不說，可以讓學(xué)生去試，對(duì)失敗的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析后可重復(fù)操作，學(xué)生的實(shí)踐能力得到了很大提高。

2.5 關(guān)鍵方法與技術(shù)重點(diǎn)把關(guān)

由于學(xué)生人數(shù)多，教師很難在每次實(shí)驗(yàn)中逐個(gè)檢查，但是幾項(xiàng)關(guān)鍵方法與技術(shù)需要教師嚴(yán)格把關(guān)。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“倒平板技術(shù)”“稀釋涂布技術(shù)”和“接種技術(shù)”，每名學(xué)生均要通過教師的嚴(yán)格檢查，并且實(shí)行考核。考核成績作為學(xué)期總成績的重要部分，這樣可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)這些重要實(shí)驗(yàn)操作的掌握。

3 結(jié)束語

以上是我校微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法改革的嘗試，結(jié)合微生物理論課雙語教學(xué)改革，目前已經(jīng)取得了較好的效果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我校已有多名畢業(yè)生在中國科學(xué)院微生物研究所、中國科學(xué)院武漢病毒研究所、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等科研院校攻讀研究生，從事微生物學(xué)方向的研究，有的學(xué)生本科畢業(yè)后直接到國外攻讀微生物學(xué)方向的研究生。隨著微生物學(xué)科的快速發(fā)展，我們必須在今后的實(shí)踐教學(xué)工作中不斷改進(jìn)、完善教學(xué)內(nèi)容和方法，以適應(yīng)教學(xué)改革的要求。新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)實(shí)驗(yàn)教師的素質(zhì)和能力也提出了更高的要求。今后我們還將不斷地探索與改革，建立更為完善的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才而努力。

[1] 李志茹.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革探討[J].中國林業(yè)教育,2000,18(1):52.

[2] 何曉青,謝響明,李志茹.理科(生物學(xué))基地班微生物實(shí)踐教學(xué)的研究與探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2009(4):123-125.

[3] 萬洪善.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革探討[J].微生物學(xué)雜志,2006,26(6):111-112.

[4] 龔明福,賀江舟,趙小亮.建立創(chuàng)新性微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的探討[J].塔里木大學(xué)學(xué)報(bào),2007,19(1):94-96.

[5] 裴國鳳,李曉華,閻春蘭.提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式初探[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010(11):123-125.