高校微生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)室用于科普教育的探索與實(shí)踐

徐欣欣，陳容容，王宏剛，鄧 飛，趙立青，魏東盛

(南開大學(xué)生物國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 天津300071)

2016 年5 月，習(xí)近平總書記在“科技三會(huì)”的講話中指出，“科技創(chuàng)新、科學(xué)普及是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置”[1]。依照 2002 年頒布的《中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)普及法》，將科普定義為自然科學(xué)知識(shí)和社會(huì)科學(xué)知識(shí)的普及、科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的促進(jìn)、科學(xué)方法的倡導(dǎo)、科學(xué)思想的傳播、科學(xué)精神的弘揚(yáng)等活動(dòng)，主要通過各種媒介以簡(jiǎn)明扼要的方式來(lái)促進(jìn)此類活動(dòng)。普及的內(nèi)容包括科學(xué)技術(shù)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)思想和科學(xué)精神[2]。科普是隨社會(huì)生產(chǎn)力提高和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)社會(huì)教育，同時(shí)科普也可作為一項(xiàng)公益事業(yè)，是我國(guó)建設(shè)社會(huì)主義物質(zhì)文明和精神文明的重要輔助手段和長(zhǎng)期發(fā)展任務(wù)[3]。在新時(shí)代背景下，進(jìn)一步推動(dòng)科普工作的開展具有重大意義。

生命科學(xué)是以生命為研究對(duì)象的科學(xué)和技術(shù)的總稱，是研究生命活動(dòng)及其規(guī)律的科學(xué)。生命科學(xué)與人類的關(guān)系非常密切，日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中都會(huì)遇到相關(guān)問題，普及生命科學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)于人類認(rèn)識(shí)世界、了解世界尤為重要。隨著社會(huì)對(duì)高水平、綜合型人才需求的不斷強(qiáng)化，藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等相關(guān)學(xué)科都會(huì)涉及生命科學(xué)，因此，推廣和普及生命科學(xué)相關(guān)知識(shí)恰逢其時(shí)。

高等院校存在開展科普活動(dòng)的天然優(yōu)勢(shì)，具有豐富的科普教育資源，如可參觀的動(dòng)物標(biāo)本室、植物標(biāo)本室、醫(yī)學(xué)標(biāo)本室；可開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)生物實(shí)驗(yàn)室、基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室；可參觀科研實(shí)驗(yàn)室；各類開放日活動(dòng)；科技周活動(dòng)等。現(xiàn)以南開大學(xué)生物國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心微生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)室為例，介紹在微生物學(xué)科普方面的探索與實(shí)踐。

微生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)室是南開大學(xué)生物國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心下設(shè)的五大教學(xué)實(shí)驗(yàn)室之一，在南開大學(xué)面向本科生和研究生的微生物學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分發(fā)揮了“微生物學(xué)”國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科優(yōu)勢(shì)，并建立了一套創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)境優(yōu)良[4-5]。

1 微生物科普的內(nèi)容選擇

微生物學(xué)是生命科學(xué)重要的分支學(xué)科[6-7]，同時(shí)微生物學(xué)又是一門與人們生活緊密關(guān)聯(lián)的學(xué)科[8]。因此，我們?cè)谖⑸锟破諆?nèi)容的選擇上從人們?nèi)粘Ｉ钊胧郑鶕?jù)微生物學(xué)科特點(diǎn)，選取科普切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)用以傳播微生物學(xué)的相關(guān)知識(shí)。

1.1 以環(huán)境為切入點(diǎn)

微生物無(wú)處不在，雖然大部分微生物是很微小的[9-10]，但它與人們的生活息息相關(guān)，如長(zhǎng)時(shí)間放置的面包、橘子會(huì)“長(zhǎng)毛”，香腸等肉類表面會(huì)出現(xiàn)白色粘稠物質(zhì)等。通過設(shè)計(jì)“環(huán)境及體表微生物的檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)來(lái)證明微生物無(wú)處不在，深入了解自然界中存在著不同的微生物；設(shè)計(jì)“細(xì)菌個(gè)體形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)”，了解微生物無(wú)菌操作和染色技術(shù)，觀察顯微鏡下的微小微生物。

1.2 以有益微生物為切入點(diǎn)

微生物給人們的生活帶來(lái)了許多便利，如鏈霉菌屬不同菌種可以產(chǎn)生多種天然抗生素，啤酒酵母發(fā)酵產(chǎn)生含有豐富氨基酸和維生素的美味啤酒[11]；甘薯曲霉AS3.324[12]作為糖化菌株參與增加食欲促進(jìn)消化的食醋的發(fā)酵；醬油、酸奶、泡菜等食物的制備都需要各種各樣的微生物參與其中。我們?cè)O(shè)計(jì)了“酵母菌的觀察與面包發(fā)酵實(shí)驗(yàn)”[13]和“酸奶發(fā)酵實(shí)驗(yàn)”，使用安琪酵母和某品牌酸奶作為發(fā)酵菌種來(lái)感受小小的有益微生物促成的發(fā)酵景象。而有些微生物的個(gè)體并不微小，如味道鮮美的蘑菇、具有藥用價(jià)值的靈芝和蟲草，這些都是微生物。為了解更多微生物學(xué)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了“大型真菌培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)，通過香菇的接種與培養(yǎng)來(lái)了解大型真菌的生命周期。

1.3 以有害微生物為切入點(diǎn)

除了有益微生物外，還有有害微生物。有些有害微生物可導(dǎo)致人類疾病(如新型冠狀病毒、SARS)，也危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(如稻瘟病、小麥銹病)。2020 年，突如其來(lái)的新型冠狀病毒肺炎嚴(yán)重影響了人們的正常生活，我們?cè)O(shè)計(jì)了新型冠狀病毒科普系列活動(dòng)，讓參與者了解新型冠狀病毒的結(jié)構(gòu)與生命周期和如何有效地做好自身防疫保護(hù)措施。

1.4 微生物之美

微生物是絢麗多彩的，包括黃色的金黃色葡萄球菌、黑色的根霉菌、紫色的紫色色桿菌[14]、黃色或橙色的黃色短桿菌、淺灰色的變色鏈霉菌[15]。我們?cè)O(shè)計(jì)“微生物涂鴉——體驗(yàn)微生物之美”實(shí)驗(yàn)，將嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)與藝術(shù)創(chuàng)作完美結(jié)合，以培養(yǎng)基為畫板、以微生物為顏料創(chuàng)作“繪畫”作品，展現(xiàn)絢麗多彩的微生物世界。

2 針對(duì)科普對(duì)象選擇科普形式

以往科普活動(dòng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示科普活動(dòng)參與者在各個(gè)年齡階段均有分布，各種學(xué)歷層次的人群均有涉及。其中以中小學(xué)生為主要人群，占43.67%；其次是本校大學(xué)生，占29.95%；幼兒園小朋友占14.8%；本校教職工占5.43%；社會(huì)人士占4.78%；中學(xué)教師占1.37%，見圖1。我們根據(jù)接受主體的不同需求探索，針對(duì)不同的科普對(duì)象選擇開展具有互動(dòng)性、參與感的科普活動(dòng)形式。

圖1 科普活動(dòng)參與者分布圖Fig.1 Distribution map of participants in popular science activities

我們將科普的對(duì)象劃分為在校大學(xué)生群體、中小學(xué)生與幼兒園群體、普通大眾群體，并根據(jù)各自群體的特征合理安排科普內(nèi)容與形式。

2.1 開設(shè)校級(jí)公共選修課

針對(duì)在校大學(xué)生群體開設(shè)了通識(shí)類公共選修課，包括《基礎(chǔ)生命科學(xué)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)》和《生活中的生命科學(xué)》。學(xué)生不僅可以了解不同專業(yè)、不同領(lǐng)域的知識(shí)，還可以開闊眼界、培養(yǎng)科學(xué)理念與科學(xué)素質(zhì)，進(jìn)而可以激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)和能力。

通識(shí)類公共選修課設(shè)計(jì)的微生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，其既具有科學(xué)性又能兼顧趣味性。課程安排如表1 所示，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以從微生物學(xué)角度解釋生活中的一些現(xiàn)象，如饅頭和面包發(fā)酵、啤酒釀造等；同時(shí)也可將微生物的知識(shí)運(yùn)用到生活中，如制作酸奶、制作泡菜等。該類實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的主要是在全校本科生中普及生物科學(xué)知識(shí)和提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，以及為提高我國(guó)未來(lái)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力貢獻(xiàn)微薄力量。

表1 通識(shí)類選修課實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目列表Tab.1 List of laboratory projects for general electives

2.2 開展寓教于樂的科普實(shí)踐活動(dòng)

對(duì)于中小學(xué)學(xué)生和幼兒園群體，雖然分布在不同年齡段，但其在學(xué)習(xí)新事物上有著相似的感知模式[16]，趣味性強(qiáng)的事物更容易吸引他們的注意力和激發(fā)他們探索未知的興趣。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了趣味性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。具體做法見表2。

3 微生物科普實(shí)踐及其效果

微生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)室始終堅(jiān)持以普及微生物學(xué)知識(shí)、提高科學(xué)素質(zhì)、提升實(shí)踐能力為目標(biāo)，常年面向社會(huì)、公眾開放，并利用實(shí)驗(yàn)室豐富的資源積極開展生物科普活動(dòng)，取得了良好的社會(huì)效果。

構(gòu)建了面向不同年齡、不同教育水平人員的全方位的微生物科普實(shí)驗(yàn)體系。面向幼兒園小朋友及小學(xué)生開展了操作簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，面向有一定知識(shí)儲(chǔ)備及動(dòng)手能力的中學(xué)生開展操作較復(fù)雜的小實(shí)驗(yàn)，面向在校大學(xué)生開展了通識(shí)類選修課，面對(duì)社會(huì)大眾還開展了以家長(zhǎng)和孩子組合為單位的科技周活動(dòng)，已經(jīng)舉辦了2 屆科技周活動(dòng)[17]，活動(dòng)形式和內(nèi)容也得到了參與者的認(rèn)可和肯定，詳細(xì)活動(dòng)見圖2、表3。通過這種互動(dòng)式、啟發(fā)式的科普活動(dòng)，激發(fā)了孩子們的好奇心，引導(dǎo)和培養(yǎng)了創(chuàng)新思維，進(jìn)而提高了他們的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)造能力。

圖2 南開大學(xué)科技周活動(dòng)Fig.2 Science and Technology Week of Nankai University

表3 科普活動(dòng)開展情況Tab.3 Development of popular science activities

4 結(jié) 語(yǔ)

高校開展科普活動(dòng)有重要的社會(huì)作用，能夠推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步，豐富公眾精神文明生活。同時(shí)，高校實(shí)驗(yàn)室是當(dāng)今高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的重要場(chǎng)所，通過發(fā)揮、發(fā)展實(shí)驗(yàn)室自身科普功能，能讓青少年對(duì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生濃厚的興趣，能夠引導(dǎo)其樹立科學(xué)思想，提高他們的實(shí)踐動(dòng)手能力。