促進深度學習的微生物學實驗教學策略研究

鄒娟 付明 劉勝貴

[摘 要] 深度學習是基于學習者自發的、自主性的內在學習動機，并依靠對問題本身探究的內在興趣維持的，一種長期的、全身心投入的學習過程，強調學生在學習新知識時能將已有的知識和技能，建構新學科知識體系，解決具體實際問題。該文以微生物學實驗“微生物分離純化”的實驗教學為例，引導學生整合微生物學的理論知識和已有操作技能，分析并設計實驗方案，解決具體類型微生物分離純化和鑒定工作，從而達到深度學習的目的。

[關鍵詞] 深度學習;實驗教學;微生物的分離純化

[基金項目] 2018年度湖南省普通高等學校教學改革研究項目（湘教通[2018]436號）;2017年度懷化學院校級教學改革基本項目（懷院發

〔2017〕40號）

[作者簡介] 鄒 娟，博士，懷化學院生物與食品工程學院副教授，主要從事應用微生物研究;劉勝貴，碩士，懷化學院生物與食品工程學院教授（通信作者），主要從事微生物資源和應用研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0308-02? ? [收稿日期] 2020-01-06

深度學習是指，在教師的引導下，學生圍繞具有挑戰性的主題，主動投入、體驗成功、知識遷移能力提高，逐級建構學科知識體系的學習過程[1-2]。深度學習強調學生在學習新知時調動已有的知識和技能，通過主動參與，認知知識的本質特征以及新舊知識之間的內在聯系，使新舊知識融合為一體，最后將這些知識和技能遷移應用，從而解決具體問題。

一、源于生活，發現“你”

偉大教育家陶行知曾說“不以生活為背景的教學是死教學”。在微生物學實驗教學中，如何以生活中的常見現象為素材，引領學生進行專業知識的學習和探索，充分調動學生的積極性，激發學生學習興趣，尤為重要。這就要求教師課前做足工作，做好教學設計。課前，我們要求兩個同學一小組，尋找生活中微生物的身影。宿舍里發霉的木板、變質發粘的米飯、長毛的皮鞋和口腔里牙齒上齲洞黑斑等都成為了學生的研究對象。

在實驗素材方面，每組學生的實驗素材有三大類，一是自己發現的實驗材料;二是教師從學生采集的眾多實驗材料中篩選出來的具有典型特征的公共樣本;三是教師提供的補充材料。這三大類的實驗材料既啟發學生自由探索的興趣，又保證后續實驗的順利進行，彌補學生選材的局限性，引導其進入專業知識的學習和專業技能的訓練，激發學生自發的、自主性的內在學習動機。一旦學生進入這種情境中，各種原生態的微生物問題會接踵而來，這些問題較書本問題更能激發學生的學習興趣，使得學習向深度發展，從而提升學生解決具體問題的能力。

二、千里追尋，找到“你”

實驗圍繞分離純化微生物這一挑戰性主題，要求學生“找到”生活中的微生物。每組學生分別制備牛肉膏蛋白胨培養基、馬鈴薯葡萄糖培養基和高氏一號培養基三種不同類型的培養基，利用這三種常見的培養基將自己選擇的材料、公共樣本和補充材料中的微生物分離純化出來。這一過程涉及到一系列的專業技能訓練，培養基制備過程涉及了這三種類型的培養基分別用于培養哪種類型的微生物，如何配制培養和微量元素如何配制等;分離純化過程涉及了稀釋涂布平板法、平板劃線分離法和斜面接種法等操作。我們將這些技能操作拍攝成微視頻，借助校園網上教學平臺（http：//hhtc.fanya.chaoxing.com/portal）發布，并要求學生在課前進行觀看和演練，在課堂教學中利用這些操作完成材料的處理和微生物的分離純化。由于是第一次接觸微生物分離純化方面的實驗操作，不少學生操作過程中無菌意識不足，出現純化細菌的培養平板上長出了霉菌或者純化的霉菌培養平板上長出了細菌菌落等問題，學生會主動重復該實驗，并且將污染的材料再次分離純化。

三、“你”的樣子

學生分離純化出微生物后，接下來對其進行形態觀察，這一過程由三方面組成，一方面，在培養板上觀察分離的微生物的菌落形態，包括菌落的形狀、質地、大小、邊緣、表面和隆起等特征，該過程讓學生直觀地看到了微生物的樣子，并學會如何對微生物的菌落形態進行描述。另一方面，學生對純化出了的細菌和放線菌采用革蘭氏染色、芽胞染色后利用顯微鏡進行形態觀察，純化的霉菌通過乳酸石碳酸棉蘭染色后制備標本裝片，在顯微鏡下區分其菌絲、孢子和特化結構，該過程使學生在顯微鏡下看到微生物的樣子，學會使用顯微鏡、描繪細菌細胞和霉菌的顯微形態。第三方面，啟發學生思考如何確然分離純化的微生物是引起材料發霉、食物腐敗的“真兇”，這就將微生物學的理論知識和具體問題深度融合，利用理論知識中所學的Koch法則[3]解決具體的實際問題。

四、“你”是誰

雖然學生在培養平板上和顯微鏡下看到了自己分離純化的微生物，但是還是不知道這些微小的生物是屬于哪種類型的微生物，如何將自己分離純化的微生物鑒定到分類單元中的種，就需要學生進行知識遷移，將理論課中有關微生物分類的知識和方法靈活應用起來。一系列專業知識和技能隨之而來。例如，如何提取生物組織的DNA，如何配置PCR體系，通過引物擴增出目標片段，目標片段的克隆、測序、序列分析等[4]，這些涉及到了分子生物學的理論知識和操作技能。根據核酸序列分析將待測微生物鑒定到分離單元屬，再如何利用《伯杰氏系統細菌學手冊》《Anisworth分類系統》文獻資料等進一步鑒定到分類單元種[5]，這一過程涉如何使綜合利用多學科知識融合為一體，并這些知識和技能遷移應用，解決具體問題，達到建構學科知識體系的目的。

懷化地處湖南西部地區，有黃精、柑橘和天麻等特色農產品。因此，實驗課程后期安排了多個具有區域特色的主題，例如“黃精根腐病菌的分離鑒定”“黃精葉斑病的分離鑒定”“柑橘炭疽病菌的生物學特性”“天麻爛窖問題的探討”等，要求學生從中選擇一個主題，以4～5人為一小組，通過超星數字圖書館、萬方數據庫、知網等查閱書籍和期刊文獻，共同制定詳細的實驗方案，并制作PPT等多媒體課件，在課堂上講解其實驗設計，課堂其他組同學和教師并指出方案不足之處并提出建議，根據提出的建議完善實驗方案，最后展開實驗。

該教學模式已在生物類專業取得了明顯的教學效果。首先，激發了學生對“微生物學實驗”課程的興趣，提高了學習積極性，拓寬了學生的知識面，培養了學生的綜合能力和創新意識。其次，激發了學生參與生物學科研活動的熱情，在大學期間的第四學期，很多學生積極加入教師的科學研究和申報創新創業課題。近兩年來，學生以第一作者發表文章;獲批了一項國家級大學生創新創業訓練計劃項目;在第三屆和第四屆大學生生命科學創新創業大賽中取得了可喜的成績，其中有關微生物方面的項目取得一等獎2項、二等1項、三等獎6項;在第十三屆“挑戰杯”湖南省大學生課外學術科技作品獲三等獎1項。最后，在與學生的互動交流過程中，學生拋出各種問題，迫使教師不斷擴寬知識面，促使教師的教學水平上了新臺階，在2018年的校級微課競賽中，以“細菌的革蘭氏染色及其顯微形態的觀察”微視頻，獲得懷化學院首屆微課比賽二等獎。

參考文獻

[1]陳文莉，向治宇.設計創新實驗促進深度學習——以“密度與社會生活”的實驗教學設計為例[J].物理教學，2019，41（06）：35-37.

[2]奚紅云，丁奕然.深度學習視域下的生物學實驗教學解析與策略[J].生物學教學，2018，43（05）：40-41.

[3]沈萍，陳向東.微生物學（第八版）.北京：高等教育出版社.2016.

[4]鄒娟，姚卓，尚永華.柑橘炭疽病菌的生物學特性及枯草芽胞桿菌對其的抑制作用[J].植物保護，2016（1）：61-67.

[5]Kreig NR，Holt JG.（EditorinChief），Murray RGE et al.Bergey's Manual of Systematic Bacteriology.Volume 1.[J].1989，38（4）：89-100.

Study on Experimental Teaching Strategies of Microbiology Course to Promote Deep Learning-Taking Separation and Purification of Microorganism as an Example

ZOU Juan，FU Ming，LIU Sheng-gui

（College of Biological and Food Engineering，Huaihua University，Huaihua，Hunan 418000，China）

Abstract：Deep learning is based on the learner's spontaneous and autonomous internal motivation to learn，and it is maintained by the inherent interest in exploring the problem itself.As a long-term，whole-hearted learning process，it emphasizes that students can efficiently make use of the existing knowledge to build a new discipline knowledge system for solving specific practical problems.This article takes the experimental teaching of Separation and Purification of Microorganisms in Microbiology experiment as an example to guide students to integrate theoretical knowledge with existing operating skills of Microbiology，analyze and design experimental schemes，separate and identify microorganism types，so as to achieve the goal of deep learning.

Key words：deep learning;experimental teaching;separation and purification of microorganisms