環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

蔣麗娟， 王曉琳， 尹 穎， 楊柳燕， 肖 琳， 崔益斌

(南京大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江蘇 南京 210023)

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環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

蔣麗娟， 王曉琳， 尹 穎， 楊柳燕， 肖 琳， 崔益斌

(南京大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江蘇 南京 210023)

環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)是南京大學(xué)環(huán)境類專業(yè)本科生重要的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程。該課程在秉承傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)師生互動(dòng)，拓寬學(xué)生視野，構(gòu)建基礎(chǔ)性—自主性—?jiǎng)?chuàng)新性階梯式新型教學(xué)模式。同時(shí)在教學(xué)方法和內(nèi)容方面，采用多種方式方法，進(jìn)行不斷的教學(xué)改革與探索。

環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)； 教學(xué)模式； 教學(xué)方法； 教學(xué)內(nèi)容

0 引 言

“環(huán)境微生物學(xué)”一直以來是南京大學(xué)環(huán)境類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)類課程，面向環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程專業(yè)本科三年級學(xué)生開設(shè)，已經(jīng)有近30年歷史。環(huán)境微生物學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在近30年的努力下，積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，2008年該課程被評為江蘇省精品課程。

“環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)”作為該課程的一個(gè)重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是課程理論知識與實(shí)踐應(yīng)用的紐帶[1]，本課程旨在促進(jìn)學(xué)生掌握微生物操作技能，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用環(huán)境微生物學(xué)的理論和技術(shù)探索和解決實(shí)際環(huán)境問題的能力。

1 新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)技能，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)多為操作性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)[2]。然而隨著高等教學(xué)改革的不斷深化，實(shí)踐教學(xué)越來越注重創(chuàng)新性、研究性人才的培養(yǎng)[3-4]，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式勢必需要進(jìn)行改進(jìn)，在秉承傳統(tǒng)的同時(shí)，需要加注新的內(nèi)涵。遵循南京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心“夯實(shí)基礎(chǔ)、強(qiáng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高應(yīng)用實(shí)踐能力，激發(fā)創(chuàng)新潛能”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，構(gòu)建出新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

(1) 秉承傳統(tǒng)，夯實(shí)基礎(chǔ)。對于環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)來說，微生物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是重要的基石，掌握一套規(guī)范、系統(tǒng)的操作技術(shù)是開展本實(shí)驗(yàn)課程最初也是最基本的要求[1，3]。因此在實(shí)驗(yàn)最初，需要非常重視培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范、正確的操作技能，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。教師在授課過程中首先通過講解相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照教師要求進(jìn)行重復(fù)練習(xí)，教師在旁觀察并對不規(guī)范操作進(jìn)行及時(shí)糾正，保證學(xué)生掌握的實(shí)驗(yàn)技能規(guī)范化。

(2) 師生互動(dòng)，拓寬視野。實(shí)驗(yàn)技能的掌握和應(yīng)用需要師生間、學(xué)生間進(jìn)行更為廣泛的交流。① 教師在講解實(shí)驗(yàn)中會適時(shí)提出一些拓展性的問題，引發(fā)學(xué)生的思考和討論。比如在“生長曲線測定”實(shí)驗(yàn)中，提出“微生物生物量測定還有其他哪些方法？”讓學(xué)生思考并展開討論，學(xué)生回答的同時(shí)教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，并讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后通過查閱資料獲取更多的信息，將收獲寫進(jìn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師根據(jù)學(xué)生的報(bào)告再歸納總結(jié)，促進(jìn)學(xué)生在掌握“生長曲線測定”的實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，掌握更多的生物量測定方法。② 學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，教師需要親自在旁觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況，對學(xué)生的問題及時(shí)作答并提出問題讓學(xué)生思考，并且在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中增加實(shí)驗(yàn)心得這一項(xiàng)內(nèi)容，要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的成敗進(jìn)行總結(jié)。對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的比較典型的問題，教師在下一次課程中將加強(qiáng)訓(xùn)練。③ 通過建設(shè)顯微互動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，促進(jìn)學(xué)生在開展顯微觀察實(shí)驗(yàn)過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的教師—學(xué)生、學(xué)生—學(xué)生之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)，通過顯微互動(dòng)教學(xué)，更好的掌握顯微觀察技術(shù)。

(3) 基礎(chǔ)性—自主性—?jiǎng)?chuàng)新性階梯式學(xué)習(xí)模式。在新型教學(xué)模式下，需要注重培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和國際視野的環(huán)境界拔尖人才，這樣的培養(yǎng)不是一蹴而就，而是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。在環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)課程中，建立了基礎(chǔ)性-自主性-創(chuàng)新性三步階梯式學(xué)習(xí)模式。 第一步，通過多個(gè)基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，掌握基本實(shí)驗(yàn)技能；第二步，利用之前所學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技能，完成綜合性、設(shè)計(jì)性和獨(dú)立性程度很高的自主性實(shí)驗(yàn)專題，學(xué)會靈活應(yīng)用各項(xiàng)微生物實(shí)驗(yàn)技能來解決簡單的實(shí)際環(huán)境問題；第三步，在完成第二步的前提下，對部分感興趣的同學(xué)提出更高的要求，開展創(chuàng)新性與研究性很強(qiáng)的開放性實(shí)驗(yàn)專題。

2 多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和內(nèi)容的探索

2.1 啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)是教師運(yùn)用多種方法、多種形式有效的引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生，激勵(lì)學(xué)生積極主動(dòng)發(fā)掘問題、解決問題的一種教學(xué)方法[5]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，必須引導(dǎo)使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體?；A(chǔ)微生物實(shí)驗(yàn)部分，教師以啟發(fā)式講解演示輔導(dǎo)為主，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程規(guī)范操作，引導(dǎo)學(xué)生把學(xué)習(xí)和探究結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生科研意識和創(chuàng)新精神。在實(shí)驗(yàn)講解完畢后，往往會提出一些問題供學(xué)生展開討論。自主性實(shí)驗(yàn)部分，以學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)為主，教師采用提問式和討論式進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考問題、分析問題和解決問題的能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由基礎(chǔ)微生物實(shí)驗(yàn)和環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分組成。微生物的基本操作技能包括器皿包扎和培養(yǎng)基技術(shù)、無菌操作技術(shù)、顯微觀察技術(shù)、滅菌技術(shù)和微生物純培養(yǎng)技術(shù)等，對此開設(shè)了玻璃器皿的清潔和滅菌、培養(yǎng)基的配置、各類微生物的形態(tài)觀察、微生物的染色(革蘭氏染色和芽孢染色)、顯微鏡測微技術(shù)和微生物的顯微鏡直接技術(shù)、大腸桿菌生長曲線的測定、微生物的生理生化反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)。

環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)部分，更注重自主性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，促進(jìn)學(xué)生能將所學(xué)基礎(chǔ)微生物實(shí)驗(yàn)技能靈活應(yīng)用。這部分實(shí)驗(yàn)包括土壤中氨化細(xì)菌的測定、水的細(xì)菌學(xué)檢測、有機(jī)污染物高效降解菌的篩選分離和鑒定、污染物對土壤微生物活性的影響、微生物吸附法去除重金屬、校園水體富營養(yǎng)化調(diào)查等。

另外，隨著分子生物學(xué)技術(shù)越來越多的應(yīng)用到環(huán)境微生物中，在課程中增設(shè)了大腸桿菌質(zhì)粒DNA的提取、大腸桿菌基因組DNA的提取和PCR擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)。選擇這幾個(gè)經(jīng)典性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生建立基本概念和方法。這些技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用到環(huán)境微生物監(jiān)測和微生物群落結(jié)構(gòu)分析中。在后續(xù)的自主性實(shí)驗(yàn)(如鄰苯二甲酸丁酯高效降解菌的篩選分離和鑒定、污染物對土壤微生物活性影響研究)中，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，自由選擇應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)，講所學(xué)知識靈活應(yīng)用到研究實(shí)驗(yàn)環(huán)境問題中。

2.3 增設(shè)自主性實(shí)驗(yàn)

隨著新時(shí)代教學(xué)要求的不斷提升，實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)不再僅僅滿足于掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，更多的要求學(xué)生能學(xué)以致用，能夠?qū)⒄莆盏膶?shí)驗(yàn)技能應(yīng)用到解決實(shí)際環(huán)境問題中[6-10]。在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大量的實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能后印象不深刻。針對這一問題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，增設(shè)了自主性實(shí)驗(yàn)專題，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)提出了更高的要求。在完成基本實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練后，教師會布置2～3個(gè)自主性實(shí)驗(yàn)專題供學(xué)生選擇，由4～5名學(xué)生組成一組完成實(shí)驗(yàn)。一個(gè)完整的自主性實(shí)驗(yàn)包括學(xué)生選題、查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)和完成研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告五部分。

自主性實(shí)驗(yàn)的選題一般為當(dāng)前的環(huán)境熱點(diǎn)(如：增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯高效降解菌的篩選分離和鑒定)，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料能了解當(dāng)前環(huán)境研究熱點(diǎn)和環(huán)境研究進(jìn)展。在實(shí)驗(yàn)開始之前學(xué)生需要撰寫一份詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，教師針對計(jì)劃提供參考意見和建議。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對初學(xué)環(huán)境微生物的大三學(xué)生需要具有可操作性，實(shí)驗(yàn)難度適中，既能獨(dú)立的將前面所學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)操作技能應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中，又能在實(shí)驗(yàn)中有所發(fā)現(xiàn)，提升學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的興趣。通過自主性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠深刻的學(xué)會如何科學(xué)安排和節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間、如何進(jìn)行團(tuán)隊(duì)之間的合作、如何節(jié)約實(shí)驗(yàn)耗材、實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)問題如何尋找原因等，而不再是簡單機(jī)械的重復(fù)教師所布置的任務(wù)。通過自主性實(shí)驗(yàn)的鍛煉，有興趣的學(xué)生可以進(jìn)一步深入進(jìn)入到創(chuàng)新性研究型實(shí)驗(yàn)中。

2.4 科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)

對于研究型大學(xué)來說，高水平的科研工作永遠(yuǎn)是提高教學(xué)水平的助推器，將科研與教學(xué)緊密結(jié)合是提高教學(xué)水平的有效途徑之一[11]，高等學(xué)校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中越來越重視將科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容[12-15]。環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)歷來重視將科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)。將科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：“有機(jī)污染物的微生物降解—高效脫酚菌的分離和篩選實(shí)驗(yàn)”、“鼠傷寒沙門氏菌/哺乳動(dòng)物肝微粒體致突變性實(shí)驗(yàn)”、“增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯高效降解菌的篩選分離和鑒定”、“污染物對土壤微生物活性的影響”等。

2.5 注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)不可或缺的一個(gè)重要部分，在環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)課程中，教師對實(shí)驗(yàn)報(bào)告提出了很高的要求。首先，在開展實(shí)驗(yàn)之前，需要撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告，通過預(yù)習(xí)報(bào)告，敦促學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)，初步了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和步驟。實(shí)驗(yàn)完成后，要求學(xué)生認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中“實(shí)驗(yàn)心得和實(shí)驗(yàn)思考”部分內(nèi)容的撰寫。微生物實(shí)驗(yàn)注重細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)往往決定成敗，因此在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，學(xué)生要學(xué)會總結(jié)。在實(shí)驗(yàn)心得部分，學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過程中成功和失敗的原因加以總結(jié)，加深實(shí)驗(yàn)的印象。另外，教師在實(shí)驗(yàn)課程中往往會根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出一些拓展性的思考題，要求學(xué)生通過查閱資料來拓寬知識面，并記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，通過實(shí)驗(yàn)思考部分，拓寬學(xué)生的知識面，掌握實(shí)驗(yàn)以外更多的知識。

3 結(jié) 語

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師需要與學(xué)生不斷進(jìn)行溝通和交流，靈活機(jī)動(dòng)的應(yīng)用多種教學(xué)方法，及時(shí)更新和不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)努力培養(yǎng)具有“扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能，卓著的科研創(chuàng)新能力和寬闊的視野”的環(huán)境類精英人才。

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Reform and Exploration on Environmental Microbiological Experiment Teaching

JIANGLi-juan,WANGXiao-lin,YINYing,YANGLiu-yan,XIAOLin，CUIYi-bin

(Experimental Teaching Center of Environmental Science and Engineering, Nanjing University,Nanjing 210023, China)

Environmental microbiology environments is an important basic experimental course for undergraduate in School of the Environment, Nanjing University. Upholding the tradition, we strengthen the interaction between teachers and students, broaden their horizons and build basic - autonomy - innovative new teaching model. We try to use diverse teaching methods and content to do some continuous teaching reform and exploration.

environmental microbiological experiment; teaching mode; teaching methods; content of courses

2014-04-28

蔣麗娟(1979-)，女，江蘇常州人，博士，高級工程師，從事環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

Tel.：025-89680511；E-mail: jianglj@nju.edu.cn

G 642.0；Q 93-3

A

1006-7167(2015)03-0226-02