促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的微生物學(xué)實驗教學(xué)策略研究

鄒娟 付明 劉勝貴

[摘 要] 深度學(xué)習(xí)是基于學(xué)習(xí)者自發(fā)的、自主性的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，并依靠對問題本身探究的內(nèi)在興趣維持的，一種長期的、全身心投入的學(xué)習(xí)過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識時能將已有的知識和技能，建構(gòu)新學(xué)科知識體系，解決具體實際問題。該文以微生物學(xué)實驗“微生物分離純化”的實驗教學(xué)為例，引導(dǎo)學(xué)生整合微生物學(xué)的理論知識和已有操作技能，分析并設(shè)計實驗方案，解決具體類型微生物分離純化和鑒定工作，從而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

[關(guān)鍵詞] 深度學(xué)習(xí);實驗教學(xué);微生物的分離純化

[基金項目] 2018年度湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（湘教通[2018]436號）;2017年度懷化學(xué)院校級教學(xué)改革基本項目（懷院發(fā)

〔2017〕40號）

[作者簡介] 鄒 娟，博士，懷化學(xué)院生物與食品工程學(xué)院副教授，主要從事應(yīng)用微生物研究;劉勝貴，碩士，懷化學(xué)院生物與食品工程學(xué)院教授（通信作者），主要從事微生物資源和應(yīng)用研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0308-02? ? [收稿日期] 2020-01-06

深度學(xué)習(xí)是指，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的主題，主動投入、體驗成功、知識遷移能力提高，逐級建構(gòu)學(xué)科知識體系的學(xué)習(xí)過程[1-2]。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)新知時調(diào)動已有的知識和技能，通過主動參與，認(rèn)知知識的本質(zhì)特征以及新舊知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，使新舊知識融合為一體，最后將這些知識和技能遷移應(yīng)用，從而解決具體問題。

一、源于生活，發(fā)現(xiàn)“你”

偉大教育家陶行知曾說“不以生活為背景的教學(xué)是死教學(xué)”。在微生物學(xué)實驗教學(xué)中，如何以生活中的常見現(xiàn)象為素材，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和探索，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，尤為重要。這就要求教師課前做足工作，做好教學(xué)設(shè)計。課前，我們要求兩個同學(xué)一小組，尋找生活中微生物的身影。宿舍里發(fā)霉的木板、變質(zhì)發(fā)粘的米飯、長毛的皮鞋和口腔里牙齒上齲洞黑斑等都成為了學(xué)生的研究對象。

在實驗素材方面，每組學(xué)生的實驗素材有三大類，一是自己發(fā)現(xiàn)的實驗材料;二是教師從學(xué)生采集的眾多實驗材料中篩選出來的具有典型特征的公共樣本;三是教師提供的補(bǔ)充材料。這三大類的實驗材料既啟發(fā)學(xué)生自由探索的興趣，又保證后續(xù)實驗的順利進(jìn)行，彌補(bǔ)學(xué)生選材的局限性，引導(dǎo)其進(jìn)入專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和專業(yè)技能的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生自發(fā)的、自主性的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)。一旦學(xué)生進(jìn)入這種情境中，各種原生態(tài)的微生物問題會接踵而來，這些問題較書本問題更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)習(xí)向深度發(fā)展，從而提升學(xué)生解決具體問題的能力。

二、千里追尋，找到“你”

實驗圍繞分離純化微生物這一挑戰(zhàn)性主題，要求學(xué)生“找到”生活中的微生物。每組學(xué)生分別制備牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基和高氏一號培養(yǎng)基三種不同類型的培養(yǎng)基，利用這三種常見的培養(yǎng)基將自己選擇的材料、公共樣本和補(bǔ)充材料中的微生物分離純化出來。這一過程涉及到一系列的專業(yè)技能訓(xùn)練，培養(yǎng)基制備過程涉及了這三種類型的培養(yǎng)基分別用于培養(yǎng)哪種類型的微生物，如何配制培養(yǎng)和微量元素如何配制等;分離純化過程涉及了稀釋涂布平板法、平板劃線分離法和斜面接種法等操作。我們將這些技能操作拍攝成微視頻，借助校園網(wǎng)上教學(xué)平臺（http：//hhtc.fanya.chaoxing.com/portal）發(fā)布，并要求學(xué)生在課前進(jìn)行觀看和演練，在課堂教學(xué)中利用這些操作完成材料的處理和微生物的分離純化。由于是第一次接觸微生物分離純化方面的實驗操作，不少學(xué)生操作過程中無菌意識不足，出現(xiàn)純化細(xì)菌的培養(yǎng)平板上長出了霉菌或者純化的霉菌培養(yǎng)平板上長出了細(xì)菌菌落等問題，學(xué)生會主動重復(fù)該實驗，并且將污染的材料再次分離純化。

三、“你”的樣子

學(xué)生分離純化出微生物后，接下來對其進(jìn)行形態(tài)觀察，這一過程由三方面組成，一方面，在培養(yǎng)板上觀察分離的微生物的菌落形態(tài)，包括菌落的形狀、質(zhì)地、大小、邊緣、表面和隆起等特征，該過程讓學(xué)生直觀地看到了微生物的樣子，并學(xué)會如何對微生物的菌落形態(tài)進(jìn)行描述。另一方面，學(xué)生對純化出了的細(xì)菌和放線菌采用革蘭氏染色、芽胞染色后利用顯微鏡進(jìn)行形態(tài)觀察，純化的霉菌通過乳酸石碳酸棉蘭染色后制備標(biāo)本裝片，在顯微鏡下區(qū)分其菌絲、孢子和特化結(jié)構(gòu)，該過程使學(xué)生在顯微鏡下看到微生物的樣子，學(xué)會使用顯微鏡、描繪細(xì)菌細(xì)胞和霉菌的顯微形態(tài)。第三方面，啟發(fā)學(xué)生思考如何確然分離純化的微生物是引起材料發(fā)霉、食物腐敗的“真兇”，這就將微生物學(xué)的理論知識和具體問題深度融合，利用理論知識中所學(xué)的Koch法則[3]解決具體的實際問題。

四、“你”是誰

雖然學(xué)生在培養(yǎng)平板上和顯微鏡下看到了自己分離純化的微生物，但是還是不知道這些微小的生物是屬于哪種類型的微生物，如何將自己分離純化的微生物鑒定到分類單元中的種，就需要學(xué)生進(jìn)行知識遷移，將理論課中有關(guān)微生物分類的知識和方法靈活應(yīng)用起來。一系列專業(yè)知識和技能隨之而來。例如，如何提取生物組織的DNA，如何配置PCR體系，通過引物擴(kuò)增出目標(biāo)片段，目標(biāo)片段的克隆、測序、序列分析等[4]，這些涉及到了分子生物學(xué)的理論知識和操作技能。根據(jù)核酸序列分析將待測微生物鑒定到分離單元屬，再如何利用《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》《Anisworth分類系統(tǒng)》文獻(xiàn)資料等進(jìn)一步鑒定到分類單元種[5]，這一過程涉如何使綜合利用多學(xué)科知識融合為一體，并這些知識和技能遷移應(yīng)用，解決具體問題，達(dá)到建構(gòu)學(xué)科知識體系的目的。

懷化地處湖南西部地區(qū)，有黃精、柑橘和天麻等特色農(nóng)產(chǎn)品。因此，實驗課程后期安排了多個具有區(qū)域特色的主題，例如“黃精根腐病菌的分離鑒定”“黃精葉斑病的分離鑒定”“柑橘炭疽病菌的生物學(xué)特性”“天麻爛窖問題的探討”等，要求學(xué)生從中選擇一個主題，以4～5人為一小組，通過超星數(shù)字圖書館、萬方數(shù)據(jù)庫、知網(wǎng)等查閱書籍和期刊文獻(xiàn)，共同制定詳細(xì)的實驗方案，并制作PPT等多媒體課件，在課堂上講解其實驗設(shè)計，課堂其他組同學(xué)和教師并指出方案不足之處并提出建議，根據(jù)提出的建議完善實驗方案，最后展開實驗。

該教學(xué)模式已在生物類專業(yè)取得了明顯的教學(xué)效果。首先，激發(fā)了學(xué)生對“微生物學(xué)實驗”課程的興趣，提高了學(xué)習(xí)積極性，拓寬了學(xué)生的知識面，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新意識。其次，激發(fā)了學(xué)生參與生物學(xué)科研活動的熱情，在大學(xué)期間的第四學(xué)期，很多學(xué)生積極加入教師的科學(xué)研究和申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題。近兩年來，學(xué)生以第一作者發(fā)表文章;獲批了一項國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目;在第三屆和第四屆大學(xué)生生命科學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中取得了可喜的成績，其中有關(guān)微生物方面的項目取得一等獎2項、二等1項、三等獎6項;在第十三屆“挑戰(zhàn)杯”湖南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品獲三等獎1項。最后，在與學(xué)生的互動交流過程中，學(xué)生拋出各種問題，迫使教師不斷擴(kuò)寬知識面，促使教師的教學(xué)水平上了新臺階，在2018年的校級微課競賽中，以“細(xì)菌的革蘭氏染色及其顯微形態(tài)的觀察”微視頻，獲得懷化學(xué)院首屆微課比賽二等獎。

參考文獻(xiàn)

[1]陳文莉，向治宇.設(shè)計創(chuàng)新實驗促進(jìn)深度學(xué)習(xí)——以“密度與社會生活”的實驗教學(xué)設(shè)計為例[J].物理教學(xué)，2019，41（06）：35-37.

[2]奚紅云，丁奕然.深度學(xué)習(xí)視域下的生物學(xué)實驗教學(xué)解析與策略[J].生物學(xué)教學(xué)，2018，43（05）：40-41.

[3]沈萍，陳向東.微生物學(xué)（第八版）.北京：高等教育出版社.2016.

[4]鄒娟，姚卓，尚永華.柑橘炭疽病菌的生物學(xué)特性及枯草芽胞桿菌對其的抑制作用[J].植物保護(hù)，2016（1）：61-67.

[5]Kreig NR，Holt JG.（EditorinChief），Murray RGE et al.Bergey's Manual of Systematic Bacteriology.Volume 1.[J].1989，38（4）：89-100.

Study on Experimental Teaching Strategies of Microbiology Course to Promote Deep Learning-Taking Separation and Purification of Microorganism as an Example

ZOU Juan，F(xiàn)U Ming，LIU Sheng-gui

（College of Biological and Food Engineering，Huaihua University，Huaihua，Hunan 418000，China）

Abstract：Deep learning is based on the learner's spontaneous and autonomous internal motivation to learn，and it is maintained by the inherent interest in exploring the problem itself.As a long-term，whole-hearted learning process，it emphasizes that students can efficiently make use of the existing knowledge to build a new discipline knowledge system for solving specific practical problems.This article takes the experimental teaching of Separation and Purification of Microorganisms in Microbiology experiment as an example to guide students to integrate theoretical knowledge with existing operating skills of Microbiology，analyze and design experimental schemes，separate and identify microorganism types，so as to achieve the goal of deep learning.

Key words：deep learning;experimental teaching;separation and purification of microorganisms