教師科研項目引入食品微生物學(xué)實驗課程教學(xué)的探索與實踐

摘要 以“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選及生物學(xué)功能研究”為主線，構(gòu)建了食品微生物學(xué)綜合實驗的教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)方法、教學(xué)模式、考核方式等方面進行了探索和實踐，取得較好的教學(xué)效果?；诳蒲姓n題形成的實驗教學(xué)，既鍛煉了學(xué)生的微生物基礎(chǔ)實驗技能，又培養(yǎng)了學(xué)生初步的科學(xué)研究能力。

關(guān)鍵詞 科研項目;食品微生物學(xué)實驗;科教融合;實踐

中圖分類號 S-01? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）05-0276-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.072

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Exploration and Practice on Introducing Teacher’s Scientific Research Projects into the Teaching of Food Microbiology Experiment Course

GUO Zhi-hua

（College of Biology and Food Engineering， Suzhou University，Suzhou，Anhui 234000）

Abstract The teaching contents of the comprehensive experiment of food microbiology were constructed with “screening and biological function research of nitrite-degrading lactic acid bacteria in pickles” as the main line. We carried out the exploration and practice in the teaching methods， teaching mode， assessment methods， and achieved good teaching results. The experimental teaching based on scientific research projects not only exercised students’ basic microbiological experimental skills， but it also cultivated students’ preliminary scientific research ability.

Key words Scientific research projects;Food microbiology experiment;Integration of science and education;Practice

基金項目 安徽省質(zhì)量工程 “六卓越、一拔尖”卓越人才培養(yǎng)創(chuàng)新項目（2019zyrc108）;安徽省教學(xué)研究項目（2019jyxm1120）;安徽省大規(guī)模在線開放課程（MOOC）示范項目（2018mooc386）;宿州學(xué)院校級精品課程課題（szxy2019xxkf01）;宿州學(xué)院課程思政建設(shè)研究項目（szxy2020ksjy04）;安徽省2020年新農(nóng)科項目（45）;安徽省教育廳2020年“食品微生物學(xué)”省級示范課項目（2020SJJXSFK2569）。

作者簡介 郭志華（1979—），女，安徽宿州人，副教授，碩士，從事食品微生物學(xué)研究。

收稿日期 2021-05-21

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及生產(chǎn)力的提高，各行各業(yè)對創(chuàng)新型人才的需求急劇增加。高校是培養(yǎng)高級專業(yè)人才的搖籃，肩負著義不容辭的責(zé)任。實踐教學(xué)是高等教育重要的組成部分，是培養(yǎng)大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的重要途徑。2000年后，教育部先后頒發(fā)了《關(guān)于進一步加強和改進普通高等學(xué)校實踐教學(xué)工作的若干意見》《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》《全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》等文件，明確指出要大力加強實踐教學(xué)，切實提高大學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，全面推進素質(zhì)教育[1]。科研和教學(xué)是推動高校發(fā)展的雙翼，教學(xué)是大學(xué)之根本任務(wù)，科研是促進教學(xué)的重要手段，二者相互促進，缺一不可。在大學(xué)教育環(huán)境下，要以教學(xué)為本，讓科研成果促進教學(xué)，實現(xiàn)科教融合。

食品微生物學(xué)實驗課是食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)的一門重要專業(yè)核心課程。食品微生物學(xué)實驗課是一門實驗課程，是食品微生物學(xué)的重要組成部分，其主要目標是使學(xué)生掌握食品微生物學(xué)實驗的基本操作技能，加深學(xué)生對食品微生物學(xué)基本概念和原理的理解。對于食品科學(xué)類學(xué)生和食品領(lǐng)域從業(yè)人員來說，食品微生物學(xué)實驗是必備的實驗技能[2]。該課程主要包含微生物基礎(chǔ)實驗、食品微生物學(xué)檢驗技術(shù)、微生物發(fā)酵實驗技術(shù)等。從類型上又可以分為驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗，其中綜合設(shè)計性實驗是多個基礎(chǔ)驗證性實驗的連續(xù)開展，可以提升學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰?，使學(xué)生的創(chuàng)新思維得到提升。傳統(tǒng)食品微生物學(xué)實驗教學(xué)項目的設(shè)置受制于理論課程，驗證性實驗項目過多，且容易忽略實驗項目之間的有機聯(lián)系，各項目之間相對獨立，缺乏內(nèi)在聯(lián)系，嚴重制約著學(xué)生綜合解決問題能力和創(chuàng)新能力的提高[3-4]。探索將整個微生物學(xué)基礎(chǔ)實驗課程設(shè)計為綜合性研究型實驗，將本科微生物實驗教學(xué)向探索型、研究型發(fā)展，對于提高學(xué)生的科學(xué)研究思維有著積極的作用。

為了深化實驗教學(xué)改革，整合食品微生物相關(guān)實驗，利用任課教師的科研項目開設(shè)新型綜合實驗，使學(xué)生既學(xué)會基礎(chǔ)實驗操作，又能初步接觸科學(xué)研究理念，營造創(chuàng)新性氛圍，以提升實驗教學(xué)水平，激發(fā)學(xué)生的研究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。為了提高學(xué)生的綜合實驗技能，提高學(xué)生設(shè)計、分析及解決實驗中出現(xiàn)問題的能力，食品微生物學(xué)實驗嘗試引入郭志華老師的安徽省教育廳優(yōu)秀人才項目“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選及生物學(xué)功能研究”作為綜合設(shè)計性實驗案例，將微生物學(xué)基本實驗技術(shù)和方法與教師的科研項目巧妙整合在一起，形成一種綜合性、研究性微生物學(xué)實驗課程教學(xué)模式，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過此次教學(xué)改革，取得了良好的實驗教學(xué)效果，為進一步深化食品微生物實驗教學(xué)改革提供了參考。

1 構(gòu)建食品微生物學(xué)綜合實驗的重要性和必要性

食品微生物學(xué)實驗是以微生物為研究對象的實驗課程，操作多，技能要求高，國內(nèi)食品專業(yè)一般都開設(shè)了食品微生物學(xué)實驗課，開設(shè)的課程內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)實驗和綜合實驗兩類?；A(chǔ)實驗大多是簡單的驗證性實驗，培養(yǎng)學(xué)生嚴格、規(guī)范和準確地進行各類操作，包括操作訓(xùn)練和微生物的特征觀察等，前者包括材料準備、滅菌以及微生物的分離、培養(yǎng)、染色和顯微鏡觀察等，后者包括微生物的計數(shù)、生理生化特征和生物學(xué)活性研究等。綜合實驗是綜合運用基礎(chǔ)實驗技能和方法，大多為測定或分離等工作，如稀釋培養(yǎng)測數(shù)法（MPN）測定水中總大腸菌群等。這些教學(xué)內(nèi)容主要在教師全程指導(dǎo)下完成，工作不連續(xù)，內(nèi)容比較零散，結(jié)果可預(yù)期，不利于學(xué)生對知識整體性和系統(tǒng)性的把握，不能充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，忽視了學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐素質(zhì)的培養(yǎng)[5]。因此，在實驗課學(xué)時有限、教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)科不斷發(fā)展的情況下，對食品微生物學(xué)實驗教學(xué)進行改革勢在必行。以科研提升教學(xué)，將科研實驗轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，并進一步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容向科研工作的延伸，對于學(xué)生了解最新實驗技術(shù)與手段、提高創(chuàng)新能力具有不可比擬的作用[6]。“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選及生物學(xué)功能研究”科研項目具有微生物實驗的代表性、安全性、可行性、趣味性、先進性等優(yōu)點，不僅能鍛煉學(xué)生微生物的實驗操作，而且能增加學(xué)生對食品微生物學(xué)實驗的興趣。

2 以“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選及生物學(xué)功能研究”為主線的微生物綜合實驗教學(xué)內(nèi)容

泡菜是以新鮮蔬菜為原料，在乳酸菌和酵母菌等菌群的作用下通過厭氧發(fā)酵生成的一種發(fā)酵食品[7]。泡菜在腌制過程中不可避免地會產(chǎn)生亞硝酸鹽，過量的亞硝酸鹽能夠與胃內(nèi)食物中的仲胺類物質(zhì)相互作用，轉(zhuǎn)化為亞硝胺，而亞硝胺具有強烈的致癌作用。大量研究表明，乳酸菌在泡菜發(fā)酵過程中具有降低亞硝酸鹽含量的作用。這是由于乳酸菌產(chǎn)生的亞硝酸還原酶和代謝產(chǎn)物乳酸可以降解和清除亞硝酸鹽。

此項目主要是從泡菜中篩選降解亞硝酸鹽的乳酸菌并進行菌株鑒定，研究乳酸菌產(chǎn)酸能力、降低亞硝酸鹽能力、耐酸性、耐膽鹽、抑菌性和耐藥性等生物學(xué)特性，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全泡菜提供優(yōu)良發(fā)酵劑。此科研項目的實驗流程如圖1所示。

根據(jù)文獻資料和實驗教學(xué)的客觀情況，對部分實驗內(nèi)容進行了完善，使之成為食品微生物綜合研究實驗（表1）：既分離和觀察乳酸菌，也分離和觀察在泡菜發(fā)酵中存在的酵母菌;既觀察個體形態(tài)、菌落特征等表型特征，又采用分子生物學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)相結(jié)合，用16S rRNA序列鑒定乳酸菌;用實驗中分離的乳酸菌制作泡菜，研究乳酸菌在泡菜中的作用;同時檢測乳酸菌的安全性。這是一個比較完整、系統(tǒng)的微生物學(xué)研究課題，突出微生物學(xué)知識之間相輔相成的關(guān)聯(lián)特征，包括食品微生物學(xué)基礎(chǔ)實驗、發(fā)酵實驗和微生物檢驗實驗。實驗內(nèi)容貼近生活、有趣、安全，具有一定的探究性。這個實驗采用食品微生物經(jīng)典方法和研究路線，解決了有代表性的微生物學(xué)問題，研究過程較為完整和系統(tǒng)，實驗結(jié)果具有一定的開放性，著力于培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，兼具安全、有趣等特征，適合在本科生食品微生物學(xué)實驗課程中開設(shè)。

2.1 微生物基礎(chǔ)實驗

將培養(yǎng)基制備技術(shù)、無菌操作技術(shù)、顯微鏡技術(shù)、微生物分離技術(shù)、純培養(yǎng)技術(shù)、染色制片技術(shù)以及微生物生理生化指標測定技術(shù)等食品微生物學(xué)的基本實驗技術(shù)與科研項目分類整合，按由淺入深的順序編排實驗課程內(nèi)容，使基礎(chǔ)實驗連貫成科學(xué)研究，合理安排學(xué)時，對學(xué)生進行基本實驗技能的訓(xùn)練，使學(xué)生經(jīng)過這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練能掌握較全面的微生物實驗基本原理和基本實驗技能，為今后的工作和科學(xué)研究打好基礎(chǔ)[8]。

2.2 微生物分子基礎(chǔ)實驗

微生物分類鑒定是微生物學(xué)科研工作的基礎(chǔ)，微生物鑒定包括形態(tài)特征觀察、理化性質(zhì)檢測和分子鑒定，其中基于16S rRNA遺傳特征的分子鑒定是目前微生物學(xué)實驗教學(xué)不可缺少的內(nèi)容，用代表性片段同源性序列分析進行微生物鑒定，實驗內(nèi)容包括提取微生物基因組、PCR方法擴增代表性片段、測序、序列分析、數(shù)據(jù)庫比對與分析等。

2.3 微生物發(fā)酵實驗

用分離到的乳酸菌和酵母菌制作泡菜，研究它們在泡菜發(fā)酵中的活性，并比較自然發(fā)酵泡菜和篩選菌株接種泡菜的亞硝酸鹽含量。

2.4 微生物學(xué)檢驗實驗

微生物學(xué)檢驗是食品微生物學(xué)的重要部分，根據(jù)國家標準GB/T 4789.2—2016《食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》檢測泡菜中乳酸菌的數(shù)量，從耐藥性、有害代謝物2個方面評價分離的乳酸菌。

實驗教學(xué)的關(guān)鍵是讓學(xué)生理解實驗原理，領(lǐng)會實驗操作中需注意的細節(jié)，掌握實驗操作中關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)[9]。以教師科研項目為主線，把微生物學(xué)實驗貫穿在一起，使學(xué)生既鍛煉了微生物學(xué)基礎(chǔ)實驗技能，又完成一個“科研項目”。

3 教學(xué)方法

3.1 發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺優(yōu)勢，實現(xiàn)線上線下混合教學(xué)

提前將全班同學(xué)分成實驗小組，每4～6人為1個小組。課前由教師通過e會學(xué)平臺布置微課觀看任務(wù)給學(xué)生，微課視頻會詳細講解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟等教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生觀看微課，并結(jié)合實驗指導(dǎo)教材獨立完成實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)。教師通過e會學(xué)平臺了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[10]。實驗教學(xué)前，要求每小組派出1名同學(xué)簡單介紹自己的實驗方案及實驗注意事項，教師及時講解指導(dǎo)。學(xué)生實驗期間，教師對出現(xiàn)的問題給予指導(dǎo)，保證實驗的順利進行。

3.2 開放微生物實驗室，讓學(xué)生自己準備實驗

實驗前期準備工作異常煩瑣，教師除了要檢查實驗藥品、配制實驗試劑、消毒實驗器皿、擺放實驗用品、調(diào)試實驗儀器等外，還要進行多次預(yù)實驗，以確保實驗結(jié)果的準確性[11]。學(xué)生參與實驗前期的準備工作，不僅可以熟悉和掌握基本的實驗操作技能，而且可以加深對實驗機理的理解，熟悉實驗步驟以及相關(guān)儀器的原理與使用方法，學(xué)生要明確實驗耗材的種類、規(guī)格和數(shù)量，調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性。例如，“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選”和“亞硝酸鹽含量的測定”實驗中，前期準備工作包括對氨基苯磺酸溶液、萘基乙二胺溶液、亞硝酸鈉標準溶液的配制和分裝以及分光光度計的調(diào)試等;“乳酸菌基因組的提取、16S rDNA的擴增及序列比對”實驗中，前期準備工作包括吸頭、吸頭盒、離心管等耗材的準備，超凈臺的消毒，凝膠的制備及電泳技術(shù)。另外，由學(xué)生進行實驗前期準備工作，不僅可以讓教師有充足的精力投入實驗備課階段，提高教學(xué)質(zhì)量，而且可以激發(fā)學(xué)生的實驗興趣[12]。

4 食品微生物學(xué)實驗考核模式

由于實驗課程變成科學(xué)研究，不能簡單地用一次考試來評價成績，應(yīng)當(dāng)側(cè)重考查學(xué)生的知識綜合運用能力，分析問題、解決問題的能力以及實踐能力和創(chuàng)新能力等。為了保證考核的公平性和合理性，可以將成績分成2個部分：①實驗過程，約占60%，由教師打分。教師依據(jù)學(xué)生在實驗完成過程中的參與程度、操作水平、貢獻大小、數(shù)據(jù)分析能力、解決問題能力等方面在各個實驗結(jié)束時對學(xué)生進行評價，各階段成績之和即為這部分的總成績。②論文質(zhì)量，約占40%。由于整個微生物實驗是一個課題研究，全部實驗完成后，每組要完成一篇研究論文（或報告），每個小組對研究結(jié)果要進行分析，教師要依據(jù)學(xué)生的論文質(zhì)量、研究結(jié)果、成果創(chuàng)新性等方面進行評價。這種考核方式能夠客觀、公正地評價學(xué)生的科研能力[13]。

5 教學(xué)效果

5.1 該實驗?zāi)芗訌妼W(xué)生理論課與實踐課的緊密結(jié)合

科研項目引入實驗教學(xué)，實驗信息量大，手段多樣，包括食品微生物學(xué)的基礎(chǔ)實驗、發(fā)酵實驗和微生物學(xué)檢驗。在實驗過程中，將孤立的微生物實驗串聯(lián)成一個科研項目，同時該實驗還能夠?qū)嶒炁c相關(guān)學(xué)科前沿知識聯(lián)系起來。在2018、2019級食品科學(xué)與工程專業(yè)、食品質(zhì)量與安全專業(yè)共5個班級中進行探索，獲得了許多寶貴的實踐經(jīng)驗。學(xué)生一致反映自己的食品微生物學(xué)實驗操作能力得到了有效鍛煉，食品微生物學(xué)知識得到了進一步升華，指導(dǎo)教師對實驗結(jié)果也非常滿意，獲得了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和教師的認可與好評。

5.2 學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性大幅度提高

興趣是學(xué)習(xí)的最大動力，只有學(xué)生感興趣，才會主動花時間和精力鉆研所學(xué)內(nèi)容[14]。實驗內(nèi)容來自教師的科研項目，同時又貼近生活，學(xué)生興趣濃厚，能主動對實驗進行深入探索。另外，盡管教師提供了實驗步驟，但是科研實驗結(jié)果的不確定性吸引學(xué)生能深入研究，這就需要學(xué)生掌握更多的理論知識，學(xué)習(xí)更多的實驗方法和技巧，有利于其深入理解理論知識，把握其內(nèi)在聯(lián)系。實踐表明，科研與實驗教學(xué)相結(jié)合不僅加深了實驗課教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，而且培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)，消除了學(xué)生對科研工作的畏懼和神秘感，大大提高了學(xué)生對科研的興趣和自信心[15-16]。食品專業(yè)約50%的學(xué)生從大二下學(xué)期開始進入實驗室跟教師做科研，積極參加微生物學(xué)相關(guān)課題。“石榴皮多酚的抑菌活性及抑菌機理的研究”獲得安徽省第三屆生命科學(xué)競賽二等獎;“乳酸菌生物膜的篩選及對重金屬的吸附研究”“殼聚糖固定化天冬氨酸酶基因工程菌合成L-天冬氨酸的研究”“紅茶菌中降解亞硝酸鹽乳酸菌的分離及生物特性研究”等項目獲得安徽省第二屆大學(xué)生生命科學(xué)競賽三等獎。

6 結(jié)語

整個實驗教學(xué)過程完全以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生了解了科學(xué)研究的過程、方法和手段，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作精神、實踐動手能力、分析問題解決問題能力和初步的科學(xué)研究能力。在完成實驗教學(xué)任務(wù)的過程中，同時完成了一個科研項目，使學(xué)生接觸到相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點和前沿，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;將理論知識與實踐技能有機地結(jié)合起來，有效提高了學(xué)生的動手能力、知識綜合運用能力、分析問題解決問題的能力，使學(xué)生很好地理解科學(xué)研究的意義和方法，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神、創(chuàng)新意識和初步開展科學(xué)研究的能力，為以后從事微生物學(xué)相關(guān)研究和工作奠定基礎(chǔ)。

基于科研課題形成的實驗教學(xué)開設(shè)食品微生物學(xué)綜合實驗是一個系統(tǒng)工程，在以后的教學(xué)過程中需要在教學(xué)觀念、內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方式和結(jié)果評定等方面進一步協(xié)調(diào)和改革，及時收集學(xué)生的反饋，制訂相應(yīng)的措施。教師科研項目轉(zhuǎn)化成實驗教學(xué)的科教融合，有望在鍛煉學(xué)生微生物學(xué)基礎(chǔ)實驗技能，培養(yǎng)本科生初步的科學(xué)研究能力等方面發(fā)揮重要作用。

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