依據科研系統性原則改革本科微生物實驗教學

王夢瑤，于 佳，于正洋，徐 政，李 浩，王冠儒，汪 紅，張 杰，趙 建

（四川大學 生命科學學院，四川 成都 610064）

微生物學是我國綜合性大學生物專業本科生的一門基礎必修課，“微生物學實驗”是微生物學教學不可分割的一部分，同時也是所有生命學科科學研究的實驗基礎。以往教學只注重重點培養學生掌握單項實驗技能和熟練實驗操作，如單純細菌染色及顯微觀察、教學霉菌菌種培養及觀察、酵母計數和大小測定等，各實驗間缺乏關聯性，半年課程后學生對微生物實驗熟悉度不高。依據科研系統性原則，通過調整微生物實驗課程單項實驗順序，增強教學實驗內容之間的時序性和關聯性，轉化部分科研實驗，增加貼近日常生活的綜合性實驗，如食品耐藥菌分離鑒定、酸奶制作、蛭弧菌觀察及應用研究、蕈菌分離及深層發酵等，在保障本科生掌握微生物基本實驗技能的基礎上，幫助學生從文獻檢索和學習過渡到實驗設計、安排和實施。通過在科研訓練和論文設計本科生、生物學基礎學科拔尖人才培養試驗班學生、學分制指導學生、本科大班授課學生中逐步進行實驗教學改革，要求學生完成基礎實驗技術訓練的同時，能夠充分利用本科實驗教學平臺配備的各項資源從事綜合性實驗內容，從而不斷提高本科生的實驗技能和提升對實驗整體性和系統性的宏觀認知，激發本科生實驗興趣，以培養出既具有扎實理論基礎，又有較高實驗技能和實驗創新能力的未來生命科學工作者。

1 調整教學方案，增強實驗內容間的時序性和關聯性

學生以往都是依據實驗指導書在教師預備好實驗材料的基礎上進行部分實驗內容的單獨操作訓練，這樣既不符合微生物研究設計和操作規律，也不便于理解每個實驗在整個研究體系中所起的作用和意義，多數學生只是盲目地重復書本實驗流程?，F在我們調整教學方案和改變實驗內容編排，在原微生物單個實驗訓練本科生實驗技術的基礎上，將學生所做實驗按照實際科研流程串聯起來，增加本科生微生物訓練實驗之間的時序性和聯系性［1］。

將無菌操作和微生物分離、培養實驗調整靠前，以符合一般科研順序規律，促使學生按一般實驗流程掌握基本實驗技能，更加全面地理解實驗編排的意義，亦可減少實驗材料的浪費和實驗準備時間［2］。從培養基的配置到無菌操作和目標菌種的分離，本科生對自己獨立分離到的目的菌種進行保存，并可以連接微生物染色、顯微觀察、大小的測量、計數、環境因素對菌種的影響、微生物生理生化及其他后續實驗，達到本科實驗訓練的有機整合。同時，進行實驗順序調整后，每個小實驗之間的時序性和連貫性得到增強，例如培養基配置和滅菌環節與后續的生物分離和培養等實驗的成敗有直接關系，若處理不當或實驗失誤可能會造成菌種生長的限制或者雜菌侵入，學生可以在熟悉基本實驗技能訓練的同時從中獲得經驗和教訓；另外無菌操作的規范性也會影響后續所有實驗，這樣可以促使學生更好地理解每一步之間的關聯性，提高分析問題、解決問題的能力，同時還能灌輸學生系統性實驗的理念和增加其對自己獨立分離到的目的菌種的實驗興趣。

2 轉化科研實驗，豐富本科微生物實驗內容

在微生物實驗教學改革過程中，轉化部分重現性好的成熟科研成果［3］，將其編排入本科生微生物實驗教學，如噬菌蛭弧菌分離及形態學觀察、植物病原菌拮抗微生物篩選等。蛭弧菌比細菌小，能通過細菌濾器，故蛭弧菌在普通顯微鏡下不易觀察到，一般需要使用電子顯微鏡［4－5］，而普通高校本科實驗教學平臺不具備此科研條件?？刹捎秒p層平板法分離并純化蛭弧菌，通過硝酸銀染色法在光學顯微鏡下觀察噬菌蛭弧菌，使學生對蛭弧菌的形態及其生物特性進行了解（見圖1）。通過植物病原菌及其拮抗微生物的分離實驗，使學生能夠完成病原菌的分離、拮抗微生物的分離、微生物的生長測定及培養條件優化、微生物之間的拮抗作用等實驗訓練［6－7］（見圖2）。

圖1 蛭弧菌分離及形態學觀察

圖2 植物病原菌及其拮抗微生物的分離和相互作用

由于嫁接了部分科研實驗，其內容較為新穎，本科生不能僅僅憑借實驗指導書解決問題，而是需要查閱相關資料、了解相關進展、熟悉新的實驗技術和方法、參與實驗方案設計、提前準備所需要的實驗器材和研究材料。通過以上改革，培養了學生實驗前檢索文獻、實驗中操作訓練和實驗后數據收集整理等能力；同時通過轉化科研實驗及成果，可以充分挖掘高校本科微生物實驗教學平臺的教學潛力，在現有實驗室條件下，拓寬對微生物的了解和實驗訓練。

3 增強學生間的合作，培養學生協作能力

四川大學微生物實驗課開設時間是本科二年級上學期，學生專業知識相對少，專業實驗動手能力相對弱，基于此現狀，通過實驗課程改革，利用有限課堂時間和實驗室資源使學生接觸更多新近研究和涉獵更多實驗內容。在微生物基本操作訓練基礎上，通過設計綜合性實驗，如高產淀粉酶真菌分離、拮抗金葡放線菌篩選和食品中抗生素抗性細菌檢測等（圖3），增強學生之間的實驗合作。因為課程時間、教學資源和實驗設置等因素，促使學生組間或者班級間進行必要的分工合作，以練習并完成實驗內容、觀察并得到相應的實驗結果。

實驗組間學生有相同的實驗目的和操作訓練，具備了組間學生進行實驗交流和共享資料的合作基礎。通過學生間的討論、質疑和相互借鑒，學習效果比直接從課本獲得或者單獨實驗更好，更能完成實驗結果討論和結果分析。部分學生通過合作實驗，利用現有教學平臺和課余實驗，逐漸向科研性實驗過渡，組隊申報了“能力提高項目”、“大學生創新創業訓練計劃項目”和“大學生挑戰杯創業計劃大賽項目”等。學生之間分組合作，不僅能有效利用課堂學習時間和資源成本，以涉獵更多更新的實驗訓練內容，增強其動手能力，并且能夠提高學生的科研協作能力，這與當前科研工作發展規律和一些企業的管理理念相符，這對于學生日后有很大幫助，可以縮短參加科研工作后的適應周期，利于學生向“兩用型”人才發展［5］。

圖3 食品中抗生素抗性細菌檢測

4 增設貼近生活的綜合性實驗，提高學生實驗興趣

在實驗內容編排時增加了貼近生活并吸引學生興趣的綜合性實驗［8－9］，如傳統食品中抗生素抗性菌分離［10］、蛭弧菌分離及觀察、有色稻米釀發酵［11］、酸奶制備［12］、名貴藥食用真菌發酵及條件優化［13］等。學生選擇了藏區牦牛酸奶和四川特色食藥用蕈菌等日常實驗對象，這種貼近生活的實驗設計能激發學生的興趣和探索欲。通過抗生素抗性菌分離實驗，學生掌握了培養基配置及滅菌、無菌操作技術、微生物分離技術、抗生素使用、微生物顯微觀察、微生物計數、環境因素對微生物的作用、菌株DNA提取和PCR技術、分子和生理生化鑒定等；通過蛭弧菌分離實驗，學生掌握了雙層平板制備技術、負菌落觀察和硝酸銀染色法等；通過四川特色食藥用蕈菌發酵實驗，學生掌握了真菌培養、形態觀察和發酵條件優化技術等。學生根據實驗結果可以討論川西北高原抗生素使用狀況，并關注身邊抗生素使用現狀和食品安全問題；可以制備雙層培養基分離到噬菌斑，并光鏡顯微觀察小于大腸桿菌的蛭弧菌；可以通過微生物發酵改善有色功能稻米產品性質；可以培養出特色松茸和桑黃蕈菌，并利用有色稻米加工副產物優化蕈菌培養，提高蕈菌生物量和分析其營養物質。這些貼近生活的實驗內容，既能提高學生實驗興趣，同時也能培訓和鞏固學生的微生物實驗技能［14］。

5 依據科研系統性原則，培養學生系統構思實驗的創新思維

科研訓練不僅僅是單純地按照書本或者參考書進行簡單實驗的模擬重復，或者只是單獨地完成好某一些具體實驗操作，而且還包括理論構思、文獻整理、實驗設計、材料準備、實驗實施以及結果分析和總結等一整套系統訓練的過程。過往本科微生物實驗教學主要著重于學生對微生物實驗操作技能上的掌握，由于實驗內容安排順序和關聯性等因素限制，課程結束后學生對科研訓練仍舊缺乏系統性認知，所以需要依據科研系統性原則，改革微生物實驗教學內容和方式，除培養學生掌握基本微生物相關實驗操作技能外，還要培養學生實驗構思的完整性和系統性，以及培養學生科研創新思維。

通過綜合性實驗的設置，學生在理解每一步實驗的細節要領和意義的同時，也弄清了實驗內容之間的關聯性。例如在川西北高原牦牛酸奶中分離抗生素耐藥菌實驗中，學生在進行了培養基配置、菌種分離、革蘭氏染色、顯微觀察、大小和生物量測定、抗生素和pH環境因素對微生物的影響、DNA提取和分子鑒定等實驗操作訓練后，掌握了無菌操作及目的菌種的相關研究方法，并在實驗過程中獨立或集體性地充分思考了梯度選擇、實驗方法選擇、對照選擇、實驗組設置、實驗內容和時間規劃、結果分析等具體問題，這對于培養學生獨立思考和解決科研問題的能力、全局性了解實驗目的和實驗設計以及從實驗學習向科研工作過渡等方面具有重要現實意義。同時，學生能體會到自主設計實驗的樂趣，能充分分析和討論實驗的成敗原因，極大地提高了學生的實驗興趣。

6 結束語

依據科研系統性原則，改革微生物實驗教學，通過調整實驗教學順序、嫁接部分科研實驗和開展貼近生活并吸引學生興趣的綜合性實驗等，將本科生微生物實驗訓練和研究性科研進行有機結合。在保障微生物實驗基本操作訓練的基礎上，向學生灌輸科研設計的原理和重要性的同時，豐富實驗教學內容、完善實驗教學的系統性，培養學生科研協作能力，增強學生自信心和學習興趣，充分發揮學生的實驗潛能和創造力。同時，充分利用本科實驗教學平臺配備的各項資源，以培養出既具有扎實理論基礎，又有較高實驗技能和實驗創新能力的未來生命科學工作者。

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