環境微生物學實驗教學改革與探索

蔣麗娟， 王曉琳， 尹 穎， 楊柳燕， 肖 琳， 崔益斌

(南京大學 環境科學與工程實驗教學中心，江蘇 南京 210023)

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環境微生物學實驗教學改革與探索

蔣麗娟， 王曉琳， 尹 穎， 楊柳燕， 肖 琳， 崔益斌

(南京大學 環境科學與工程實驗教學中心，江蘇 南京 210023)

環境微生物實驗是南京大學環境類專業本科生重要的基礎性實驗課程。該課程在秉承傳統的基礎上，加強師生互動，拓寬學生視野，構建基礎性—自主性—創新性階梯式新型教學模式。同時在教學方法和內容方面，采用多種方式方法，進行不斷的教學改革與探索。

環境微生物學實驗； 教學模式； 教學方法； 教學內容

0 引 言

“環境微生物學”一直以來是南京大學環境類專業的重要專業基礎類課程，面向環境科學和環境工程專業本科三年級學生開設，已經有近30年歷史。環境微生物學教學團隊在近30年的努力下，積累了豐富的教學經驗，2008年該課程被評為江蘇省精品課程。

“環境微生物實驗”作為該課程的一個重要實踐教學環節，是課程理論知識與實踐應用的紐帶[1]，本課程旨在促進學生掌握微生物操作技能，培養和訓練學生應用環境微生物學的理論和技術探索和解決實際環境問題的能力。

1 新型實驗教學模式的構建

傳統的實驗教學強調培養學生動手能力和實驗技能，開設的實驗多為操作性和驗證性實驗[2]。然而隨著高等教學改革的不斷深化，實踐教學越來越注重創新性、研究性人才的培養[3-4]，傳統的實驗教學模式勢必需要進行改進，在秉承傳統的同時，需要加注新的內涵。遵循南京大學環境科學與實驗教學中心“夯實基礎、強化專業實驗教學、提高應用實踐能力，激發創新潛能”的實驗教學體系，構建出新的實驗教學模式。

(1) 秉承傳統，夯實基礎。對于環境微生物實驗來說，微生物基礎實驗是重要的基石，掌握一套規范、系統的操作技術是開展本實驗課程最初也是最基本的要求[1，3]。因此在實驗最初，需要非常重視培養學生規范、正確的操作技能，養成良好的實驗習慣。教師在授課過程中首先通過講解相關實驗內容并進行演示實驗，學生按照教師要求進行重復練習，教師在旁觀察并對不規范操作進行及時糾正，保證學生掌握的實驗技能規范化。

(2) 師生互動，拓寬視野。實驗技能的掌握和應用需要師生間、學生間進行更為廣泛的交流。① 教師在講解實驗中會適時提出一些拓展性的問題，引發學生的思考和討論。比如在“生長曲線測定”實驗中，提出“微生物生物量測定還有其他哪些方法？”讓學生思考并展開討論，學生回答的同時教師進行適當的補充，并讓學生在實驗后通過查閱資料獲取更多的信息，將收獲寫進實驗報告，教師根據學生的報告再歸納總結，促進學生在掌握“生長曲線測定”的實驗的同時，掌握更多的生物量測定方法。② 學生在進行實驗過程中，教師需要親自在旁觀察學生實驗情況，對學生的問題及時作答并提出問題讓學生思考，并且在實驗報告中增加實驗心得這一項內容，要求學生對實驗的成敗進行總結。對實驗中出現的比較典型的問題，教師在下一次課程中將加強訓練。③ 通過建設顯微互動教學實驗室，促進學生在開展顯微觀察實驗過程中，能夠實現真正的教師—學生、學生—學生之間的實時互動，通過顯微互動教學，更好的掌握顯微觀察技術。

(3) 基礎性—自主性—創新性階梯式學習模式。在新型教學模式下，需要注重培養富有創新精神、實踐能力和國際視野的環境界拔尖人才，這樣的培養不是一蹴而就，而是一個循序漸進的過程。在環境微生物實驗課程中，建立了基礎性-自主性-創新性三步階梯式學習模式。 第一步，通過多個基礎性驗證性實驗的學習，掌握基本實驗技能；第二步，利用之前所學的基本實驗技能，完成綜合性、設計性和獨立性程度很高的自主性實驗專題，學會靈活應用各項微生物實驗技能來解決簡單的實際環境問題；第三步，在完成第二步的前提下，對部分感興趣的同學提出更高的要求，開展創新性與研究性很強的開放性實驗專題。

2 多樣化實驗教學方法和內容的探索

2.1 啟發式教學

啟發式教學是教師運用多種方法、多種形式有效的引導和啟發學生，激勵學生積極主動發掘問題、解決問題的一種教學方法[5]。在實驗教學過程中，必須引導使學生成為學習的主體。基礎微生物實驗部分，教師以啟發式講解演示輔導為主，強調實驗過程規范操作，引導學生把學習和探究結合起來，培養學生科研意識和創新精神。在實驗講解完畢后，往往會提出一些問題供學生展開討論。自主性實驗部分，以學生獨立進行實驗為主，教師采用提問式和討論式進行理論和實驗教學，鼓勵和引導學生獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。

2.2 實驗內容設計

環境微生物實驗內容由基礎微生物實驗和環境微生物實驗兩個部分組成。微生物的基本操作技能包括器皿包扎和培養基技術、無菌操作技術、顯微觀察技術、滅菌技術和微生物純培養技術等，對此開設了玻璃器皿的清潔和滅菌、培養基的配置、各類微生物的形態觀察、微生物的染色(革蘭氏染色和芽孢染色)、顯微鏡測微技術和微生物的顯微鏡直接技術、大腸桿菌生長曲線的測定、微生物的生理生化反應等實驗。

環境微生物實驗部分，更注重自主性實驗的開設，促進學生能將所學基礎微生物實驗技能靈活應用。這部分實驗包括土壤中氨化細菌的測定、水的細菌學檢測、有機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、校園水體富營養化調查等。

另外，隨著分子生物學技術越來越多的應用到環境微生物中，在課程中增設了大腸桿菌質粒DNA的提取、大腸桿菌基因組DNA的提取和PCR擴增實驗。選擇這幾個經典性實驗，為學生建立基本概念和方法。這些技術可以廣泛的應用到環境微生物監測和微生物群落結構分析中。在后續的自主性實驗(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，學生可以根據實驗進度，自由選擇應用分子生物學技術，講所學知識靈活應用到研究實驗環境問題中。

2.3 增設自主性實驗

隨著新時代教學要求的不斷提升，實驗教學已經不再僅僅滿足于掌握基本的實驗操作技能，更多的要求學生能學以致用，能夠將掌握的實驗技能應用到解決實際環境問題中[6-10]。在以往的實驗教學中，大量的實驗均為驗證性實驗，這就導致學生在學習相關實驗技能后印象不深刻。針對這一問題，在實驗教學中，增設了自主性實驗專題，對學生實驗提出了更高的要求。在完成基本實驗操作技能的訓練后，教師會布置2～3個自主性實驗專題供學生選擇，由4～5名學生組成一組完成實驗。一個完整的自主性實驗包括學生選題、查閱文獻資料、設計實驗、獨立開展實驗和完成研究性實驗報告五部分。

自主性實驗的選題一般為當前的環境熱點(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)，學生通過查閱文獻資料能了解當前環境研究熱點和環境研究進展。在實驗開始之前學生需要撰寫一份詳細的實驗計劃，教師針對計劃提供參考意見和建議。實驗內容對初學環境微生物的大三學生需要具有可操作性，實驗難度適中，既能獨立的將前面所學的基本實驗操作技能應用到實驗中，又能在實驗中有所發現，提升學生對實驗的興趣。通過自主性實驗，學生能夠深刻的學會如何科學安排和節省實驗時間、如何進行團隊之間的合作、如何節約實驗耗材、實驗結果出現問題如何尋找原因等，而不再是簡單機械的重復教師所布置的任務。通過自主性實驗的鍛煉，有興趣的學生可以進一步深入進入到創新性研究型實驗中。

2.4 科研內容轉化為教學

對于研究型大學來說，高水平的科研工作永遠是提高教學水平的助推器，將科研與教學緊密結合是提高教學水平的有效途徑之一[11]，高等學校在實驗教學中越來越重視將科研內容轉化為教學內容[12-15]。環境微生物實驗教學歷來重視將科研內容轉化為教學。將科研內容轉化為教學的實驗項目有：“有機污染物的微生物降解—高效脫酚菌的分離和篩選實驗”、“鼠傷寒沙門氏菌/哺乳動物肝微粒體致突變性實驗”、“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 注重實驗報告的撰寫

實驗報告是實驗不可或缺的一個重要部分，在環境微生物實驗課程中，教師對實驗報告提出了很高的要求。首先，在開展實驗之前，需要撰寫預習報告，通過預習報告，敦促學生熟悉實驗，初步了解實驗目的、原理和步驟。實驗完成后，要求學生認真完成實驗報告中“實驗心得和實驗思考”部分內容的撰寫。微生物實驗注重細節，細節往往決定成敗，因此在實驗結束之后，學生要學會總結。在實驗心得部分，學生將實驗過程中成功和失敗的原因加以總結，加深實驗的印象。另外，教師在實驗課程中往往會根據實驗內容提出一些拓展性的思考題，要求學生通過查閱資料來拓寬知識面，并記錄到實驗報告中，通過實驗思考部分，拓寬學生的知識面，掌握實驗以外更多的知識。

3 結 語

在實驗教學過程中，教師需要與學生不斷進行溝通和交流，靈活機動的應用多種教學方法，及時更新和不斷豐富教學內容，通過實驗教學努力培養具有“扎實的實驗技能，卓著的科研創新能力和寬闊的視野”的環境類精英人才。

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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，從事環境微生物實驗教學工作。

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

G 642.0；Q 93-3

A

1006-7167(2015)03-0226-02