微生物學(xué)教程緒論設(shè)計探討

李 敏

(菏澤學(xué)院，山東菏澤 274000)

微生物學(xué)是農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、理學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其緒論是整門課程的提綱和縮影，是對全書知識構(gòu)架的解析，同時也是對全書內(nèi)容和知識的高度概括和總結(jié)。講好緒論課有助于初學(xué)者更好地把握該課程知識體系和基本內(nèi)容，理清該課程與其他基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程的關(guān)系以及該課程在整個學(xué)科中的地位，有利于激發(fā)學(xué)生對這門課程的興趣和求知欲望，從而促進其開鑿思路，啟迪思想，樹立學(xué)好該課程的信心和決心。然而，由于緒論所講內(nèi)容往往不是整門課程的核心，知識點比較零碎，結(jié)構(gòu)相對松散，常常不能引起授課老師和學(xué)生的足夠重視，因而多數(shù)時候教學(xué)效果欠佳。為了探索教好微生物學(xué)緒論的有效途徑，筆者經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，找到了一條較優(yōu)路徑?，F(xiàn)以周德慶主編的《微生物學(xué)教程》(第2版)［1］為例，對微生物學(xué)緒論課設(shè)計進行探討。

1 教學(xué)目標

1.1 知識目標

按照教學(xué)大綱要求，《微生物學(xué)教程》緒論需要學(xué)生掌握微生物和微生物學(xué)的概念、微生物學(xué)發(fā)展簡史、微生物學(xué)的應(yīng)用、微生物的特點、微生物與人類關(guān)系、微生物學(xué)學(xué)科分支及其發(fā)展。

1.2 能力目標

一是通過對微生物特點的學(xué)習，培養(yǎng)學(xué)生對事物的歸納、整理以及推理能力，并養(yǎng)成用專業(yè)術(shù)語描述特定現(xiàn)象的能力。二是通過對微生物學(xué)發(fā)展史的學(xué)習，了解微生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題的背景和解決問題的思路、方法，啟迪學(xué)生形成科學(xué)的思維，逐漸養(yǎng)成善于觀察科學(xué)細節(jié)、發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題以及分析解決問題的能力。三是通過對微生物學(xué)發(fā)展史上的一些重要事件及重要實驗的剖析，展示微生物學(xué)家對待科學(xué)問題或科學(xué)疑點的思維方式和證實方法，促使學(xué)生掌握運用理論和實驗進行推理，證明一些科學(xué)問題或科學(xué)假設(shè)的基本思路，從而提升學(xué)生解決問題的綜合能力。四是通過了解微生物對人類進步的貢獻以及微生物學(xué)對本學(xué)科發(fā)展的貢獻，提高學(xué)生對微生物學(xué)重要性的認識，激發(fā)其學(xué)習熱情并引導(dǎo)學(xué)生主動檢索、查閱微生物學(xué)相關(guān)資料，形成自主學(xué)習能力，為其自我完善微生物學(xué)知識體系奠定良好基礎(chǔ)。

1.3 情感目標

改變傳統(tǒng)的單邊教學(xué)方式，即只管教不管學(xué)的方式，嘗試教與學(xué)的互動，在講授微生物及其相關(guān)基本概念的基礎(chǔ)上，通過提問方式讓學(xué)生列舉生活中的微生物現(xiàn)象和微生物知識在各行各業(yè)中的應(yīng)用，并由教師作簡要點評，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習的樂趣，從而樹立學(xué)好微生物學(xué)知識的堅定信心。

2 教學(xué)思路

按照“內(nèi)容全面、主次分明、條理清晰、重點突出”的原則，在講授過程中將微生物的概念、微生物學(xué)的概念、微生物學(xué)發(fā)展簡史、微生物的特點、微生物與人類的關(guān)系、微生物學(xué)發(fā)展前景及作用、微生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系等內(nèi)容進行全部講解，但突出微生物、微生物學(xué)概念、微生物特點的講解與分析，做到內(nèi)容透徹、詳盡。在講授方式上，輔以圖片展示、數(shù)據(jù)說明、典故講述、對比講解、應(yīng)用舉例等手段，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)其學(xué)習熱情，將緒論的知識性、趣味性、歷史性、現(xiàn)實性有機結(jié)合起來，努力取得最佳教學(xué)效果。

2.1 通過探究式教學(xué)，引入微生物學(xué)概念

在對微生物概念，即微生物是需借助顯微鏡才能觀察到的一切微小生命個體的總稱進行描述的前提下，通過提問方式讓學(xué)生列舉生活中遇到的微生物，然后進行簡單點評，再由教師進一步用豐富的實例來羅列生活中常見的微生物來充實學(xué)生頭腦中的微生物印象，比如饅頭、面包、酒、奶的發(fā)酵;肉、蛋、水果的腐敗變質(zhì)等，以縮小學(xué)生與微生物之間的空間距離感，讓學(xué)生覺得“看不見、摸不著”的微生物并不遙遠和神秘。緊接著通過微生物電鏡照片讓學(xué)生對微生物有一個直觀的視覺感受和感性印象，讓學(xué)生更深刻地理解微生物到底是什么，使其在一種輕松愉快的氛圍中認識和了解微生物，從而提高學(xué)習效果。

2.2 通過“典故”式教學(xué)，介紹我國微生物學(xué)輝煌成就，塑造學(xué)生民族自豪感

通過舉例和對比的方法，介紹中國古代在研究、應(yīng)用微生物方面的領(lǐng)先地位。比如，在釀造方面，我國早在殷商時期就開始釀酒，漢代就能制曲，周朝就能制醬油，北魏時就能用醋酸菌酶液進行釀醋，比國外早了上千年。在農(nóng)業(yè)方面，早在春秋戰(zhàn)國時期就知道用腐爛的野草和糞作為肥料，促進作物增產(chǎn)，前漢后期就利用瓜豆互作來提高土壤肥力，較英國“諾?？恕陛喿髦圃? 800多年。在醫(yī)學(xué)方面，宋真宗期間就有種痘防天花的記載，比英國的琴那“接種牛痘預(yù)防天花”的醫(yī)學(xué)運用早了800 a［2］。用這些史實讓學(xué)生加深對我國古代微生物學(xué)輝煌成就的理解，塑造一種民族自豪感和為國爭光的自信心。

近代微生物學(xué)的發(fā)展主要依賴于歐洲發(fā)達國家的研究工作，但是在引領(lǐng)微生物學(xué)發(fā)展的國際潮流中也不乏中國微生物學(xué)家的身影。比如在醫(yī)學(xué)方面，湯飛凡于1933年將美國保存的野口氏“顆粒桿菌”接種到包括自己在內(nèi)的13名志愿者眼睛里，證明其不致病，從而推翻了“細菌病原說”，他還于1955年在世界上首次分離出沙眼衣原體;謝少文于20世紀30年代在世界上首先用雞胚培養(yǎng)立克次體成功。在農(nóng)業(yè)方面，田波院士于1983年在國際上首先用病毒RNA作為生物防制劑防治植物病毒取得成功;李季倫院士證實HD的形成是固氮酶的通性，而且證明其是絕對依靠N2的;俞大紱1966年進行了水稻惡苗病菌異核遺傳研究，闡明了異核現(xiàn)象在自然界廣泛存在的理論。在釀造業(yè)方面，方心芳對高粱釀酒方法進行了改造，選出了糖化力強的米曲霉和發(fā)酵力強的酵母菌做成麩皮曲，極大地提高了出酒率。通過這些歷史事實和關(guān)鍵人物的講解和評析，使學(xué)生了解中國不僅在微生物應(yīng)用上歷史十分悠久，而且在微生物學(xué)的近現(xiàn)代發(fā)展史中也留有光輝燦爛的一頁，最終讓學(xué)生形成一種潛意識，微生物學(xué)不是“洋科學(xué)”，中國人是完全能夠?qū)W好的。

2.3 通過“案例”式教學(xué)，展示微生物學(xué)家嚴謹、周密的思維及其奉獻精神，激勵學(xué)生勇于探索

提到近現(xiàn)代微生物學(xué)的發(fā)展，必然就得提及微生物學(xué)發(fā)展的初創(chuàng)、奠基、發(fā)展、成熟4個階段。其中初創(chuàng)(形態(tài)描述)階段的代表人物是荷蘭的列文虎克，他在17世紀70年代制造了世界第一臺顯微鏡，并在1683年第一個描繪了細菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)，由此，微生物學(xué)開始形成一門學(xué)科。奠基(生理水平研究)階段主要涉及2個人—法國科學(xué)家巴斯德(Louis Pasteur)和德國醫(yī)生郭霍(Robert Koch)。前者創(chuàng)立了一整套微生物學(xué)的基本研究方法，并解決了當時困擾科學(xué)界的三大難題:一是證明了發(fā)酵是微生物作用的結(jié)果，且通過對啤酒加熱解決了啤酒變苦的問題;二是證明了每種傳染病都是因為有一種微生物在體內(nèi)作用的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)并根除了危害蠶卵的細菌，拯救了法國的絲綢工業(yè);三是證明了引起傳染病的微生物在特殊培養(yǎng)下可以減輕毒力，并將病毒轉(zhuǎn)化為疫苗。后者則創(chuàng)立了純培養(yǎng)技術(shù);提出了控制霍亂流行的法則和確定病原菌的原則—郭霍法則(Koch postulate);發(fā)明了細菌染色法。發(fā)展(生化水平研究)階段主要以德國布赫納(Edward Buchner)和英國醫(yī)學(xué)家弗萊明(Alexander Fleming)為代表。前者用來源于無細胞酵母壓榨汁中的“酒化酶”進行葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精，開創(chuàng)了微生物生化研究新時代;后者則于1928年發(fā)現(xiàn)青霉素，從而使微生物研究熱點開始趨向于“有益微生物代謝產(chǎn)物”的尋找。成熟(分子生物學(xué)水平研究)階段主要是以DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)為代表的一系列分子水平研究新成就。比如Arber、Smith、Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內(nèi)切酶，有力地推動了微生物分子學(xué)的研究，另外，如朊病毒(prion)的發(fā)現(xiàn)、酵母基因組的測序完成等使病毒學(xué)、微生物基因組學(xué)的研究達到一個全新的階段。

在對這些杰出微生物學(xué)家進行介紹時，可以將一些微生物學(xué)家當時的生活背景、工作環(huán)境、執(zhí)著精神等一同加以介紹，使學(xué)生能夠更深切地感受科學(xué)研究的艱辛和不易，從而樹立一種敢于拼搏、敢于追求真理的精神;同時也要讓學(xué)生明白一種危機意識—近現(xiàn)代的微生物學(xué)研究工作主要由西方發(fā)達國家主宰，我們已經(jīng)落后了，必須變危機為動力，奮力跨越和趕超，才能實現(xiàn)繁榮和興旺。當然，微生物學(xué)作為一門實驗科學(xué)，在進行史實介紹的時候，還應(yīng)對一些重要的實驗技術(shù)，比如純培養(yǎng)、免疫反應(yīng)、基因測序等的原理和過程稍加介紹，為學(xué)生今后的學(xué)習和實驗奠定一定的基礎(chǔ)。

2.4 通過“數(shù)字式”教學(xué)，向?qū)W生展示奇妙的微生物世界及其特點，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的熱情

微生物的五大特點是緒論中需要學(xué)生必須熟練掌握的內(nèi)容之一，看似簡單，但初學(xué)者常常會感到比較零散，不易記憶，怎樣讓學(xué)生記得深刻呢?“數(shù)字”講授是一個比較好的辦法。

比如，在講微生物“體積小、面積大”的特點時，可以將微生物的度量單位與通常的單位進行一個對比，即微生物的度量單位一般為微米，是通常使用的毫米的千分之一，是米的百萬分之一，也可以舉一些形象的例子:1 500個桿菌首尾相連的長度與一個芝麻粒的長度一樣;皮膚表面每平方厘米大約10萬個細菌;每個噴嚏里含有4 500～15 000個細菌等。在講授這一特點時，還應(yīng)注意將“面積大”指的面積向?qū)W生解釋清楚，即是指“比面值”，然后通過對一個正方體的分割來讓學(xué)生自己計算分割前后“比面值”的變化，進而弄清“比面值”的概念，從而更深刻地理解微生物“體積小、面積大”這一特點的含義。

在講授“吸收多，轉(zhuǎn)化快”特點時，可以舉兩個經(jīng)典的例子。大腸埃希菌1 h可分解其自重1 000～10 000倍的乳糖;產(chǎn)朊假絲酵母的蛋白質(zhì)合成能力是大豆的100倍，比食用牛強10萬倍。

在講授“生長旺，繁殖快”的特點時，可以先讓學(xué)生算個數(shù)學(xué)題:“假如大腸埃希菌在最適條件下每20 min分裂1次，那么一晝夜后，1個細胞將產(chǎn)生多少個大腸埃希菌?”當然，估計沒有學(xué)生能準確回答出具體結(jié)果，只知道是2的72次方，這時教師就可以進行補充了，一共是4 722 366 500萬億個，重量可達4 722 t，結(jié)果一出，學(xué)生肯定會一片嘩然，對微生物“生長旺，繁殖快”的神奇能力感到佩服，自然對微生物這一特點也會記得異常深刻。

講授“適應(yīng)強，易變異”的特點時，不僅要講到微生物在普通環(huán)境中能夠正常生長，更要講述其在極端環(huán)境下也能生存，突出其“適應(yīng)強”的特點。比如一些超嗜熱菌能在高于100℃的深?；鹕娇诟浇L;一些嗜冷菌在海面下100 m，終年溫度恒定在2～3℃的區(qū)域能夠良好生長;嗜酸熱原體在pH 0.5的環(huán)境下，極端嗜鹽菌在濃度達12% ～30%的NaCl溶液中均能正常生長。對“易變異”特點進行解釋時可舉個生活中大家都熟知的例子，比如我們身體假如一發(fā)炎就用抗生素進行消炎治療，久而久之用藥量會越來越大，其根本原因就是體內(nèi)病菌產(chǎn)生了耐藥性，簡單地說就是原來引起炎癥的病菌在體內(nèi)發(fā)生了變異，其變異速度比高等動植物快了數(shù)萬倍。這樣用數(shù)字和例子一充實，比生硬地記憶“適應(yīng)強，易變異”6個字效果好多了。

在講授“分布廣，種類多”的特點時，可以延續(xù)前面的“數(shù)字”講授法。在講微生物“分布廣”的特點時，需要突出其“無孔不入”的特點，除了火山中心區(qū)域外，上至幾千米的高空，下至幾百米的土層和大海，溫度高達沸點或低至冰點以下，到處都能發(fā)現(xiàn)微生物的蹤跡。講“種類多”時，則可以在物種多樣、代謝多樣、產(chǎn)物多樣、遺傳多樣和生態(tài)類型多樣上選取2～3個方面進行介紹，增加學(xué)生的印象。比如，全世界微生物物種數(shù)量可達20多萬種，代謝類型不僅有異養(yǎng)類型，也有自養(yǎng)類型，代謝產(chǎn)物達到3萬多種。

通過“數(shù)字式”教學(xué)，一方面可以讓學(xué)生對微生物有一個量的概念和把握，促進其理解，另一方面又有利于學(xué)生通過數(shù)字對微生物特點進行聯(lián)想，從而使這幾個本身比較“雜、散”的特點便于記憶，最終使教學(xué)成效大大提高。

2.5 通過“圖解”式教學(xué)，闡釋微生物在生態(tài)環(huán)境中的重要作用及其與人類關(guān)系，增強學(xué)生的感性認識

通過圖片講解(圖1)的方式向?qū)W生解析微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的重要角色，特別是在充當分解者，促進環(huán)境中物質(zhì)與能量按一定順序流動方面不可替代的作用，學(xué)生通過圖示一目了然地對微生物在生態(tài)環(huán)境及其物質(zhì)能量循環(huán)中的作用、地位有清晰的認識。在此基礎(chǔ)上，對微生物生態(tài)學(xué)的概念作一總結(jié)，即研究微生物與周圍生物和非生物環(huán)境之間相關(guān)性的科學(xué)，并對微生物生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容、研究方法、涉及的學(xué)科領(lǐng)域等再作簡單介紹。

圖1 微生物在生態(tài)循環(huán)中作用的模式圖Fig.1 The pattern diagram about microbial effects in ecological cycle

圖2 微生物與人類關(guān)系的樹狀圖Fig.2 The tree view of relationship between human and microbes

在講述微生物與人類關(guān)系時，采用“樹狀圖”(圖2)的方式介紹微生物在人類生產(chǎn)生活中的重要作用，分別從醫(yī)藥衛(wèi)生、化工能源、食品等方面簡要介紹微生物給人類帶來的好處與便利。在醫(yī)藥衛(wèi)生方面著重介紹青霉菌在青霉素的生產(chǎn)及對人類疾病治療方面的作用;在能源方面著重介紹產(chǎn)甲烷菌在沼氣等清潔能源生產(chǎn)方面的重要貢獻;在食品開發(fā)方面著重介紹酵母菌、乳酸菌等在保健食品和功能性食品生產(chǎn)中的重要作用;在農(nóng)業(yè)方面著重介紹蘇云金桿菌在農(nóng)業(yè)病蟲害防治上的優(yōu)勢和前景;在環(huán)境保護方面著重介紹發(fā)酵細菌、氫細菌、乙酸菌等在處理污水方面的突出優(yōu)點;在現(xiàn)代基因工程技術(shù)方面著重介紹微生物(包括質(zhì)粒等)在推動現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展方面的重要意義。另外，為了引導(dǎo)學(xué)生辯證地看問題，可以霉菌引起“稻瘟病”造成水稻大幅度減產(chǎn)，“口蹄疫”病毒造成的牲畜大量死亡，“非典”病毒給人類健康帶來巨大危害等為例，闡釋有害微生物給人類帶來的不利影響。

2.6 現(xiàn)存問題分析，展示微生物學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展前景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的動力

這部分內(nèi)容可以在承接前述內(nèi)容，充分肯定微生物學(xué)在對人類文明作出巨大歷史功績的的前提下，緊扣當前的科學(xué)前沿，進一步闡釋微生物學(xué)在解決人類五大危機方面的潛在可能和重大作用。

首先簡要講述當前公認的世界面臨的五大危機，即糧食、能源、資源、生態(tài)和人口危機，讓學(xué)生對當前世界五大難題有一個總體把握，然后將微生物學(xué)在解決這些問題上的潛在作用或可能用具體的事例一一進行解釋。比如，微生物在提高土壤肥力、防治糧食病蟲害等方面可促進糧食的增產(chǎn)，極大地緩解糧食危機;細菌發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的應(yīng)用使微生物在解決世界能源危機方面露出鋒芒;另外由于微生物在乙酸、甘油、甲乙酮、檸檬酸、水楊酸、烏頭酸等代謝產(chǎn)物生產(chǎn)上的獨特優(yōu)勢使得通過微生物來解決世界資源危機出現(xiàn)了希望的曙光。在生態(tài)危機解決上，可以列舉微生物在污染物脫臭、煤炭脫硫、重金屬污染治理等方面的突出作用。在人口危機上，則可通過微生物在新型藥物、疫苗生產(chǎn)上的作用進行解析。

通過這樣的介紹，學(xué)生頭腦里條理十分清晰，一個問題一種對應(yīng)的微生物解決辦法，使微生物的巨大應(yīng)用前景在學(xué)生心里扎上根，形成牢固的記憶。

3 教學(xué)反思

專業(yè)基礎(chǔ)課的理論課講授是比較枯燥的，特別是緒論課的講授，因為緒論課講授時學(xué)生接觸的是一門全新的學(xué)科，頭腦一片茫然，學(xué)習起來常常會手足無措。此時，如果教師的教學(xué)設(shè)計不佳，引導(dǎo)不好，學(xué)生必然就會產(chǎn)生厭學(xué)情緒，整堂課乃至整門課的教學(xué)效果可想而知;相反，如果教師將其教學(xué)設(shè)計進行不斷優(yōu)化和改進，貼近學(xué)生熟悉的知識范疇，貼近其思考、行為方式，必然極大地提高其學(xué)習熱情，使其樹立學(xué)好這門課程的信心和勇氣，從而提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量。

筆者在對《微生物學(xué)教程》(第2版)緒論進行教學(xué)設(shè)計時，根據(jù)多年的教學(xué)實踐，對緒論的設(shè)計進行不斷改進，從吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)其學(xué)習興趣這一根本點出發(fā)，運用圖解式形象化教學(xué)，問答式互動教學(xué)，數(shù)字式、對比式教學(xué)等多種手段進行綜合講解，使緒論內(nèi)容主次分明、條理清楚、重點突出、記憶方便，產(chǎn)生了良好的教學(xué)效果，可以在微生物學(xué)緒論教學(xué)實踐中推廣并進一步完善。

［1］ 周德慶.微生物學(xué)教程(第2版)［M].北京:高等教育出版社，2002:5.

［2］ 林稚蘭.微生物學(xué)緒論教學(xué)商榷［J].微生物學(xué)通報，1990，(4):249-251.