淺談林學(xué)專(zhuān)業(yè)《微生物學(xué)》課程的重要性和教學(xué)改革

孫學(xué)廣

摘 要：微生物作為主要的生物類(lèi)群之一是林學(xué)知識(shí)體系中的重要組成部分，《微生物學(xué)課程》的學(xué)習(xí)有助于林學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生系統(tǒng)知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立。鑒于林學(xué)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，《微生物學(xué)課程》改革應(yīng)結(jié)合林學(xué)實(shí)際從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩方面加強(qiáng)微生物學(xué)與林學(xué)其他相關(guān)知識(shí)的結(jié)合，重視案例教學(xué)、思維導(dǎo)圖、多媒體教學(xué)和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)等在微生物學(xué)教學(xué)中的引入，培養(yǎng)學(xué)生建立微生物學(xué)的思考能力。

關(guān)鍵詞：微生物學(xué)；教學(xué)改革；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

微生物學(xué)是一門(mén)歷史較短、發(fā)展較快、縱橫交錯(cuò)和廣泛聯(lián)系實(shí)際的學(xué)科，具有內(nèi)容覆蓋面廣和跨度大等特點(diǎn)[1]，在生命科學(xué)重大基礎(chǔ)理論和現(xiàn)代生物技術(shù)的行程和發(fā)展中起著重要作用，是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快并與其他學(xué)科交叉與滲透的前沿研究領(lǐng)域[2]。微生物學(xué)的內(nèi)容廣泛涉及幾乎所有生物學(xué)科，微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、環(huán)境凈化、動(dòng)植物生長(zhǎng)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面起著不可替代的作用[3]。正因如此，《微生物學(xué)》這門(mén)課程成為了生物學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生的基礎(chǔ)必修課程。

鑒于國(guó)內(nèi)林學(xué)專(zhuān)業(yè)通常把微生物學(xué)作為專(zhuān)業(yè)選修課，林學(xué)專(zhuān)業(yè)教師和本科生對(duì)微生物學(xué)這門(mén)課程沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)，本文對(duì)微生物學(xué)在林學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系構(gòu)建中的重要性做一探討，并結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)探討林學(xué)專(zhuān)業(yè)《微生物學(xué)》課程的教學(xué)改革。

一、林學(xué)專(zhuān)業(yè)《微生物學(xué)》課程的重要性

（一）微生物學(xué)是林學(xué)知識(shí)體系的重要組成部分

微生物是生物的主要類(lèi)群之一，與植物、動(dòng)物的生理生態(tài)息息相關(guān)。微生物涉及很多林學(xué)相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程，如林木生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成、林木抗逆生理、森林土壤營(yíng)養(yǎng)循環(huán)、森林植被恢復(fù)等；同時(shí)微生物學(xué)的知識(shí)涉及到《森林培育學(xué)》《土壤學(xué)》《樹(shù)木生理學(xué)》《森林生態(tài)學(xué)》《林木病理學(xué)》《森林資源經(jīng)營(yíng)管理學(xué)》等多門(mén)林學(xué)專(zhuān)業(yè)課程。因而《微生物學(xué)》課程作為基礎(chǔ)先導(dǎo)課程有利于學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)林學(xué)專(zhuān)業(yè)課程。

（二）微生物學(xué)的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)林學(xué)理論的把握

微生物學(xué)的內(nèi)容龐雜、知識(shí)點(diǎn)繁多，涉及生物化學(xué)、分子生物學(xué)、生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、酶學(xué)等多個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)理論。對(duì)微生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生將這些課程的內(nèi)容融會(huì)貫通，更有助于學(xué)生全面理解林學(xué)相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程，如凋落物分解、植物與病原微生物互作、共生微生物對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的調(diào)控等。

二、林學(xué)專(zhuān)業(yè)《微生物學(xué)》課程的教學(xué)改革

（一）理論教學(xué)環(huán)節(jié)

微生物學(xué)的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)同植物生物學(xué)和動(dòng)物生物學(xué)一樣，均從形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類(lèi)進(jìn)化五個(gè)層面揭示微生物的生物學(xué)規(guī)律。鑒于林學(xué)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，在針對(duì)林學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生的微生物教學(xué)中應(yīng)當(dāng)側(cè)重森林微生物相關(guān)內(nèi)容的介紹。另外，在具體教學(xué)環(huán)節(jié)中可以從如下方面著手：

1.教學(xué)內(nèi)容的傾向性

可適當(dāng)刪減介紹動(dòng)物和人體微生物的相關(guān)內(nèi)容，轉(zhuǎn)而更多地介紹林學(xué)專(zhuān)業(yè)涉及的微生物學(xué)知識(shí)。如動(dòng)物微生物相關(guān)的“傳染和免疫”章節(jié)只做了解性介紹，反之可擴(kuò)展微生物生態(tài)章節(jié)中植物病原微生物和共生微生物的教學(xué)內(nèi)容。

2.思維導(dǎo)圖的運(yùn)用

思維導(dǎo)圖（Mind Map）是放射性思維（Radiant thinking）的可視化表達(dá)，是一種輔助思考和記憶的工具[4]，自20世紀(jì)60年代Tony Buzan發(fā)明思維導(dǎo)圖后，已經(jīng)有不少人提出將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中。邏輯性和創(chuàng)造性是備課的核心要求，思維導(dǎo)圖的發(fā)散結(jié)構(gòu)決定了這一工具應(yīng)用于微生物學(xué)教學(xué)備課的可行性和優(yōu)越性。

人腦對(duì)圖像的加工記憶能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于文字。思維導(dǎo)圖以核心概念為中心向四周發(fā)散出的若干結(jié)構(gòu)，使用文字、線條、圖形圖表等將零散的知識(shí)信息系統(tǒng)化整合，轉(zhuǎn)變成容易記憶的“圖”[5]。如圖1所示為微生物生態(tài)章節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)的思維導(dǎo)圖，通過(guò)思維導(dǎo)圖可以讓學(xué)生迅速把握本章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)和邏輯構(gòu)成。思維導(dǎo)圖的運(yùn)用，一方面使教師能夠清楚地把握講課重點(diǎn)，另一方面有助于學(xué)生快速掌握整個(gè)課程的邏輯和知識(shí)結(jié)構(gòu)。

3.案例啟發(fā)式教學(xué)

針對(duì)課堂上學(xué)生參與度不高的現(xiàn)狀，在教學(xué)過(guò)程中多引入案例和生物學(xué)現(xiàn)象，從案例和生物學(xué)現(xiàn)象中引申問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲。如地衣作為真菌和藻類(lèi)的共生體能夠抵御各種極端環(huán)境，華山松大小蠹攜帶藍(lán)變真菌腐蝕木材等生物學(xué)現(xiàn)象的引入可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和探知興趣。

針對(duì)林學(xué)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，開(kāi)設(shè)微生物學(xué)在林學(xué)中的應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)題講座，如“林木微生物病害的發(fā)生、識(shí)別和防治”、“土壤微生物與森林健康”、“林下寶庫(kù)——食用菌”等內(nèi)容。這些專(zhuān)題講座可以將原本抽象的知識(shí)系統(tǒng)化和形象化，有助于學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的消化吸收、激發(fā)學(xué)生的科研興趣。

在授課過(guò)程中引入微生物領(lǐng)域奠基人和知名專(zhuān)家事跡，培養(yǎng)和陶冶學(xué)生的科研熱情和情操。如微生物學(xué)之父——Louis Pasteur通過(guò)試驗(yàn)否定了微生物的“自生說(shuō)”，建立了病原學(xué)說(shuō)，其發(fā)明的巴氏滅菌法目前仍然廣泛應(yīng)用于食品業(yè)；細(xì)菌學(xué)家Rorbert Koch提出了病原體驗(yàn)證的經(jīng)典理論——科赫原則，其創(chuàng)立的微生物學(xué)方法為微生物學(xué)發(fā)展成為生命科學(xué)的一個(gè)重要獨(dú)立分支學(xué)科奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；Joshua Lederberg因發(fā)現(xiàn)細(xì)菌遺傳物質(zhì)及基因重組現(xiàn)象而獲得1958年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)；Carl Woese率先研究了原核生物的進(jìn)化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)并定義了古生菌（Archaea）；2005年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主Marshall和Warren以身試菌，發(fā)現(xiàn)了胃潰瘍的罪魁禍?zhǔn)住拈T(mén)螺桿菌。

4.多媒體教學(xué)工具及教學(xué)模型的使用

微生物個(gè)體微小、形態(tài)、營(yíng)養(yǎng)和遺傳類(lèi)型多樣、代謝機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，往往使學(xué)生感到微生物知識(shí)繁瑣、抽象和難以理解。多媒體技術(shù)如動(dòng)畫(huà)、顯微觀測(cè)視頻、PPT課件等在微生物教學(xué)中的應(yīng)用可以使微觀世界宏觀化，使抽象的教學(xué)內(nèi)容更加形象化，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。另外，教學(xué)模型的使用對(duì)學(xué)生理解一些重要的微生物結(jié)構(gòu)和功能有良好的助益作用。例如病毒體型微小，不能通過(guò)普通光學(xué)顯微鏡觀測(cè)，因而針對(duì)病毒結(jié)構(gòu)的介紹比較晦澀難懂。然而借助現(xiàn)有的商品化模型可以很形象的解決這一難題。

5.微生物學(xué)最新研究技術(shù)和理論介紹

微生物學(xué)是一個(gè)相對(duì)年輕但發(fā)展迅速的學(xué)科，相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)更新速度極快。因而在教學(xué)材料的準(zhǔn)備中應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)科的最新動(dòng)態(tài)。例如，近些年環(huán)境微生物的分析技術(shù)正迎來(lái)劇變，高通量測(cè)序技術(shù)的引入從微生物群落角度極大的提高了人們對(duì)環(huán)境微生物多樣性和功能的認(rèn)識(shí)；從細(xì)菌對(duì)病毒的免疫反應(yīng)開(kāi)發(fā)而來(lái)的CRISPR技術(shù)廣泛應(yīng)用于植物和動(dòng)物基因組編輯，已成為生命科學(xué)最熱門(mén)的技術(shù)。在課程中穿插引入這些知識(shí)有助于學(xué)生把握學(xué)科的最新發(fā)展方向和動(dòng)態(tài)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研積極性和熱情。

（二）實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

現(xiàn)行微生物實(shí)驗(yàn)課程通常由若干個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)之間缺乏關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)；學(xué)生掌握的是一些零星分散的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如何將有關(guān)知識(shí)技術(shù)整合并應(yīng)用于解決實(shí)際生產(chǎn)和科研應(yīng)用問(wèn)題則顯得比較欠缺[6]?；诖耍覀冋J(rèn)為在具體實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可將微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)探索兩個(gè)方面，具體如下：

1.基礎(chǔ)共性實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練

微生物學(xué)基礎(chǔ)共性實(shí)驗(yàn)技能是進(jìn)行微生物研究的基礎(chǔ)必備技能，通過(guò)基礎(chǔ)共性實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，首先要讓學(xué)生樹(shù)立實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)，特別是規(guī)范化使用易制毒試劑和高壓容器；其次，同植物組織培養(yǎng)一樣，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)也要養(yǎng)成“無(wú)菌”操作意識(shí)，避免環(huán)境微生物對(duì)目標(biāo)微生物的污染。

基礎(chǔ)共性實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練主要以驗(yàn)證為主，教師演示和學(xué)生實(shí)際操作相結(jié)合。針對(duì)微生物相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作的特點(diǎn)，重點(diǎn)讓學(xué)生掌握體式和復(fù)式顯微鏡、滅菌鍋、超凈工作臺(tái)、生化培養(yǎng)箱、搖床和小型發(fā)酵罐等儀器設(shè)備的操作，熟悉微生物的形態(tài)觀測(cè)、培養(yǎng)基配制及滅菌、菌種分離、純化和培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)技能。

2.開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)以探索為主，教師引導(dǎo)和學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。在教師的指導(dǎo)下，按照科學(xué)研究方法進(jìn)行科研探索（圖2），讓學(xué)生切實(shí)參與到科研的每個(gè)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維能力。注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程中多學(xué)科實(shí)驗(yàn)技能的交叉應(yīng)用，如結(jié)合形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、酶學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科知識(shí)來(lái)鑒定微生物。

針對(duì)林學(xué)的特點(diǎn)設(shè)置開(kāi)放性和探索性綜合實(shí)驗(yàn)，如“林木葉片病斑識(shí)別和病原微生物分離鑒定”、“不同林分類(lèi)型土壤微生物類(lèi)群分析”、“植物內(nèi)生菌的分離、鑒定、發(fā)酵和代謝產(chǎn)物提取”、“蘑菇的采集、形態(tài)觀測(cè)和鑒定”等。另外，鼓勵(lì)學(xué)生組建科研興趣小組，圍繞微生物在林學(xué)上的科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)野外觀察和現(xiàn)象分析獨(dú)立思考并提出自己的科學(xué)設(shè)想，在教師的指導(dǎo)下撰寫(xiě)可行的實(shí)驗(yàn)方案并依方案進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)探索。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)以撰寫(xiě)科研報(bào)告并結(jié)合小組PPT匯報(bào)的形式進(jìn)行考核，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科技寫(xiě)作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

微生物學(xué)作為生命科學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)林學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論、提升綜合應(yīng)用能力具有重要作用?！段⑸飳W(xué)》課程的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)不應(yīng)相互獨(dú)立，而應(yīng)該相互配合、穿插進(jìn)行，理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐檢驗(yàn)并深化對(duì)理論的理解。為此，建議微生物學(xué)的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)平行進(jìn)行，互為補(bǔ)益。

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（作者單位：貴州大學(xué)貴州省森林資源與環(huán)境研究中心）