微生物技術綜合實驗教學改革

摘要：學校提倡“人心向學”，對創新型人才培養提出了新的思路。微生物技術綜合實驗教學改革以此大環境為依托，順應微生物技術綜合實驗特點，進行包括實驗項目和實驗手段上的一系列改革，教學效果顯著。

關鍵詞：課程改革；微生物技術綜合實驗；前沿

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）52-0043-02

21世紀對人才培養提出了新的挑戰，如何培養具有綜合素質的創新型、復合型人才是當今高等院校面臨的問題。中山大學堅持貫徹以“培養具有國際視野、滿足國家與社會需求的高素質復合型拔尖創新人才”為目標，提倡“人心向學”，對創新型人才培養提出了新的思路。從2012年開始，學校開始執行大類招生政策，堅持以“厚基礎，寬口徑”為原則，這是針對我國現行高等教育的弊端實行的深層次的教學改革。大類招生勢必涉及到各個學院專業的課程體系設置、教學方式、人才培養模式的改革。其實早在1998年教育部就頒布了新修訂的專業目錄和《關于普通高等院校修訂本科專業教學計劃的原則意見》，指出：“教學計劃修訂的核心是調整學生的知識、能力、素質結構，淡化專業意識，拓寬基礎，加強素質和能力培養。”實驗教學是培養應用型、創新型、復合型人才的重要組成部分，在學校教學培養中起著舉足輕重的作用。這就需要我們對實驗教學進行大膽改革和創新。微生物學是當前生命科學中發展最為迅速、影響最廣泛的學科之一。近年來微生物學實驗技術的不斷創新和發展，使微生物研究者得以在分子水平上深入探索微生物的生命活動規律。《微生物技術綜合實驗》是生命科學學院為生物技術、生物技術與應用、逸仙班開設的專業選修課，是繼《微生物學實驗》后的一門對于學生的知識、能力和綜合素質的培養與提高起著至關重要的作用的課程。

本課程改革的目的是讓學生真正感受到微生物學工作者從事微生物學工作的氛圍，同時與一些微生物學熱點研究或實際應用相結合，開展創新性微生物學實驗與研究。通過本課程的學習，學生經過嚴格的訓練，能規范地掌握現代微生物技術，熟悉現代儀器的基本使用；在培養學生掌握實驗的基本操作、基本技能和基本知識的同時，努力培養學生的創新意識與創新能力。為實現這一目標，在課程內容安排上采用保留少量經典的驗證性實驗內容外，主要將基本操作融入綜合實驗中，增加綜合性實驗，在實驗內容方面更注重微生物技術在科研、生產中的應用。課程內容方面分為三個層次：驗證性實驗、綜合實驗與自己設計實驗，強調實驗的綜合性、探索性、研究性和連貫性。在綜合性實驗中，引入本系教師的科研成果，目的在于通過實驗，增加培養學生獨立解決實際問題的機會，以提升學生的科研素質與創新意識。同時提出具體的科學問題，引導學生設計解決問題的方案，并通過實驗驗證相關解決方案。將整個微生物學實驗課程按幾個主題分成若干個實驗教學模塊，每個模塊由若干次實驗課組成，相互關聯，前后銜接，共同組成一個研究性的實驗。實驗項目的安排體現了橫向縱向四結合：①使傳統和前沿有機結合。②依賴培養技術和不依賴培養技術相結合。③形態鑒定和分子鑒定相結合。④單個菌落和微生物群落研究相結合。傳統和前沿有機結合：在實驗內容安排上貫穿兩條主線，即有傳統的微生物發酵工程實驗，發酵工程實驗由一個小個實驗結合在一起，包括菌種的選擇、發酵條件的優化，而不依賴于培養技術的分子研究，如變性梯度凝膠電泳DGGE（denaturing gradient gel electrophoresis）、16srDNA分子鑒定等代表前沿生物技術的實驗。生物技術研究手段層出不窮，各種技術手段各有其利弊，對同一個對象，用不同手段來研究，讓同學們開闊了研究思路。例如，依賴培養技術和不依賴培養技術相結合：傳統的微生物需要在培養基上培養，進行形態觀察或分子鑒定，而DGGE技術則是不依賴于培養的技術，學生直接從土壤中提取樣品DNA，進行DGGE電泳，用SYBR染料染色檢測。形態鑒定和分子鑒定相結合：對稀有放線菌進行傳統培養，用埋片法進行形態觀察，同時對鑒定的放線菌提取DNA，進行16srDNA分子鑒定，使學生了解兩種手段的差別和優勢。同時觀摩DNA測序過程，對測序結果進行BLast，并用mega軟件學習構建進化樹。單個菌落的16srDNA分子鑒定和微生物群落研究相結合：對放線菌的形態和分子鑒定只是對單個菌的研究。而DGGE研究則是對整個微生物群落的研究，可以讓學生建立微生物個體與群體差異的概念，加深對微生物群落概念的理解，通過課程學習讓學生建立縱向和橫向的知識結構。生物技術綜合實驗中微生物發酵實驗也是重要的部分，實驗項目為菌株產蛋白酶發酵條件優化。由學生自己進行菌種的選擇，發酵條件的優化采用單因子實驗法和正交實驗法，發酵產物進行蛋白酶活性測定。“工欲善其事，必先利其器。”學院配置的多媒體數碼顯微鏡互動系統應用，為本課程觀察放線菌和真菌的形態結構提供設備保障。先進的交互手段，使得教師通過講臺上的計算機，就可以看到每個學生所觀察到的顯微鏡畫面，能及時發現問題并指導學生。學生還可應用數碼顯微鏡將觀察結果直觀呈現在電腦屏幕上，并且可以在自己的計算機上清晰地看到講課的PPT和示范，可用顯微鏡的示教指針與教師交流討論。學生對學習的興趣和課堂效率都顯著提高。由于變性梯度凝膠電泳DGGE實驗以及微生物發酵的特殊性，不可能人手一套實驗儀器，教學視頻和模擬實驗的應用尤為重要。在變性梯度凝膠電泳DGGE實驗課堂上，應用http：//learn.genetics.utah.edu/美國猶他大學的虛擬PCR virtual lab技術和虛擬電泳技術，該制作圖像精美、直觀，實驗步驟清晰，使枯燥的實驗生動地展現在學生面前，更加有利于學生理解、記憶。加深學生對實驗內容的理解并提高他們對實驗的興趣。微生物發酵實驗，實驗步驟煩瑣，牢記每個步驟尤為重要，而教師的講課未必能使每個同學掌握，所以我們自己錄制相關的教學視頻和多媒體課件，可隨時再現操作過程。將教學中的抽象內容具體化、形象化，從而有利于學生對知識的理解、掌握，使其實驗的積極性和主動性都能得到提高。

隨著計算機技術、網絡技術與電子通訊技術的迅速發展和應用，人類已經進入了現代化的信息社會，因特網是世界上最大的知識庫、資源庫，它擁有最豐富的信息資源，而且這些知識庫與資源庫都是按照符合人類聯想思維特點的超文本結構組織起來的，因而適合學生進行自主學習。信息社會需要有高度的創造性，并且有很強的自學能力和信息檢索、獲取及處理能力的創新型人才。為培養學生獲取、分析、處理微生物基因組信息的能力，教師指導學生上網查詢基因組信息的方法，對16s核糖體RNA測序結果在物學國際綜合網站NCBI上blast程序與公開數據庫進行相似性序列比較，找出最相似序列。指導學生學會簡單的生物軟件。學會用mega軟件構建進化樹。近幾年來，由于學校對實驗室建設的高度重視和大力支持，學院中心實驗室添置了凝膠成像系統多媒體數碼顯微鏡、全自動自控發酵罐、液相色譜分析儀、變性梯度凝膠電泳儀器，為微生物技術綜合實驗的順利進行創造了硬件條件，使實驗教學改革上一個新的臺階。

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