依據(jù)科研系統(tǒng)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(yè)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(yǎng)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(yǎng)及觀察、酵母計數(shù)和大小測定等，各實驗間缺乏關(guān)聯(lián)性，半年課程后學生對微生物實驗熟悉度不高。依據(jù)科研系統(tǒng)性原則，通過調(diào)整微生物實驗課程單項實驗順序，增強教學實驗內(nèi)容之間的時序性和關(guān)聯(lián)性，轉(zhuǎn)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(fā)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(yǎng)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(shù)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(nèi)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(tǒng)性的宏觀認知，激發(fā)本科生實驗興趣，以培養(yǎng)出既具有扎實理論基礎，又有較高實驗技能和實驗創(chuàng)新能力的未來生命科學工作者。

1 調(diào)整教學方案，增強實驗內(nèi)容間的時序性和關(guān)聯(lián)性

學生以往都是依據(jù)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(nèi)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(guī)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(shù)學生只是盲目地重復書本實驗流程?，F(xiàn)在我們調(diào)整教學方案和改變實驗內(nèi)容編排，在原微生物單個實驗訓練本科生實驗技術(shù)的基礎上，將學生所做實驗按照實際科研流程串聯(lián)起來，增加本科生微生物訓練實驗之間的時序性和聯(lián)系性［1］。

將無菌操作和微生物分離、培養(yǎng)實驗調(diào)整靠前，以符合一般科研順序規(guī)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(yǎng)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(shù)、環(huán)境因素對菌種的影響、微生物生理生化及其他后續(xù)實驗，達到本科實驗訓練的有機整合。同時，進行實驗順序調(diào)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(yǎng)基配置和滅菌環(huán)節(jié)與后續(xù)的生物分離和培養(yǎng)等實驗的成敗有直接關(guān)系，若處理不當或?qū)嶒炇д`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(jīng)驗和教訓；另外無菌操作的規(guī)范性也會影響后續(xù)所有實驗，這樣可以促使學生更好地理解每一步之間的關(guān)聯(lián)性，提高分析問題、解決問題的能力，同時還能灌輸學生系統(tǒng)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(zhuǎn)化科研實驗，豐富本科微生物實驗內(nèi)容

在微生物實驗教學改革過程中，轉(zhuǎn)化部分重現(xiàn)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(tài)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。可采用雙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(tài)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(yǎng)條件優(yōu)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(tài)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(nèi)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(guān)資料、了解相關(guān)進展、熟悉新的實驗技術(shù)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(yǎng)了學生實驗前檢索文獻、實驗中操作訓練和實驗后數(shù)據(jù)收集整理等能力；同時通過轉(zhuǎn)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(xiàn)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(yǎng)學生協(xié)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(yè)知識相對少，專業(yè)實驗動手能力相對弱，基于此現(xiàn)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(nèi)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(chǎn)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(nèi)容、觀察并得到相應的實驗結(jié)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(zhì)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(jié)果討論和結(jié)果分析。部分學生通過合作實驗，利用現(xiàn)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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目”和“大學生挑戰(zhàn)杯創(chuàng)業(yè)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(nèi)容，增強其動手能力，并且能夠提高學生的科研協(xié)作能力，這與當前科研工作發(fā)展規(guī)律和一些企業(yè)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(fā)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(nèi)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(tǒng)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(fā)酵［11］、酸奶制備［12］、名貴藥食用真菌發(fā)酵及條件優(yōu)化［13］等。學生選擇了藏區(qū)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(fā)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(yǎng)基配置及滅菌、無菌操作技術(shù)、微生物分離技術(shù)、抗生素使用、微生物顯微觀察、微生物計數(shù)、環(huán)境因素對微生物的作用、菌株DNA提取和PCR技術(shù)、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(shù)、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(fā)酵實驗，學生掌握了真菌培養(yǎng)、形態(tài)觀察和發(fā)酵條件優(yōu)化技術(shù)等。學生根據(jù)實驗結(jié)果可以討論川西北高原抗生素使用狀況，并關(guān)注身邊抗生素使用現(xiàn)狀和食品安全問題；可以制備雙層培養(yǎng)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(fā)酵改善有色功能稻米產(chǎn)品性質(zhì)；可以培養(yǎng)出特色松茸和桑黃蕈菌，并利用有色稻米加工副產(chǎn)物優(yōu)化蕈菌培養(yǎng)，提高蕈菌生物量和分析其營養(yǎng)物質(zhì)。這些貼近生活的實驗內(nèi)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(jù)科研系統(tǒng)性原則，培養(yǎng)學生系統(tǒng)構(gòu)思實驗的創(chuàng)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(gòu)思、文獻整理、實驗設計、材料準備、實驗實施以及結(jié)果分析和總結(jié)等一整套系統(tǒng)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(nèi)容安排順序和關(guān)聯(lián)性等因素限制，課程結(jié)束后學生對科研訓練仍舊缺乏系統(tǒng)性認知，所以需要依據(jù)科研系統(tǒng)性原則，改革微生物實驗教學內(nèi)容和方式，除培養(yǎng)學生掌握基本微生物相關(guān)實驗操作技能外，還要培養(yǎng)學生實驗構(gòu)思的完整性和系統(tǒng)性，以及培養(yǎng)學生科研創(chuàng)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(jié)要領和意義的同時，也弄清了實驗內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)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(yǎng)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(huán)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(guān)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(nèi)容和時間規(guī)劃、結(jié)果分析等具體問題，這對于培養(yǎng)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(xiàn)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(jié)束語

依據(jù)科研系統(tǒng)性原則，改革微生物實驗教學，通過調(diào)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(jié)合。在保障微生物實驗基本操作訓練的基礎上，向?qū)W生灌輸科研設計的原理和重要性的同時，豐富實驗教學內(nèi)容、完善實驗教學的系統(tǒng)性，培養(yǎng)學生科研協(xié)作能力，增強學生自信心和學習興趣，充分發(fā)揮學生的實驗潛能和創(chuàng)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(yǎng)出既具有扎實理論基礎，又有較高實驗技能和實驗創(chuàng)新能力的未來生命科學工作者。

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