淺談林學專業《微生物學》課程的重要性和教學改革

孫學廣

摘 要：微生物作為主要的生物類群之一是林學知識體系中的重要組成部分，《微生物學課程》的學習有助于林學專業學生系統知識結構的建立。鑒于林學專業的特點，《微生物學課程》改革應結合林學實際從理論教學和實驗教學兩方面加強微生物學與林學其他相關知識的結合，重視案例教學、思維導圖、多媒體教學和開放性實驗等在微生物學教學中的引入，培養學生建立微生物學的思考能力。

關鍵詞：微生物學；教學改革；理論教學；實驗教學

微生物學是一門歷史較短、發展較快、縱橫交錯和廣泛聯系實際的學科，具有內容覆蓋面廣和跨度大等特點[1]，在生命科學重大基礎理論和現代生物技術的行程和發展中起著重要作用，是當前生命科學中發展最快并與其他學科交叉與滲透的前沿研究領域[2]。微生物學的內容廣泛涉及幾乎所有生物學科，微生物在自然界物質循環、養分轉化、環境凈化、動植物生長、工農業生產等方面起著不可替代的作用[3]。正因如此，《微生物學》這門課程成為了生物學相關專業本科生的基礎必修課程。

鑒于國內林學專業通常把微生物學作為專業選修課，林學專業教師和本科生對微生物學這門課程沒有足夠的認識，本文對微生物學在林學專業知識體系構建中的重要性做一探討，并結合自身經驗探討林學專業《微生物學》課程的教學改革。

一、林學專業《微生物學》課程的重要性

（一）微生物學是林學知識體系的重要組成部分

微生物是生物的主要類群之一，與植物、動物的生理生態息息相關。微生物涉及很多林學相關的生物學過程，如林木生長發育和形態建成、林木抗逆生理、森林土壤營養循環、森林植被恢復等；同時微生物學的知識涉及到《森林培育學》《土壤學》《樹木生理學》《森林生態學》《林木病理學》《森林資源經營管理學》等多門林學專業課程。因而《微生物學》課程作為基礎先導課程有利于學生進一步學習林學專業課程。

（二）微生物學的學習有助于學生對傳統林學理論的把握

微生物學的內容龐雜、知識點繁多，涉及生物化學、分子生物學、生理學、細胞生物學、酶學等多個學科的基礎理論。對微生物學課程的學習，有助于學生將這些課程的內容融會貫通，更有助于學生全面理解林學相關的生物學過程，如凋落物分解、植物與病原微生物互作、共生微生物對植物生長發育過程的調控等。

二、林學專業《微生物學》課程的教學改革

（一）理論教學環節

微生物學的理論知識結構同植物生物學和動物生物學一樣，均從形態結構、生理代謝、遺傳變異、生態分布和分類進化五個層面揭示微生物的生物學規律。鑒于林學專業的特點，在針對林學專業本科生的微生物教學中應當側重森林微生物相關內容的介紹。另外，在具體教學環節中可以從如下方面著手：

1.教學內容的傾向性

可適當刪減介紹動物和人體微生物的相關內容，轉而更多地介紹林學專業涉及的微生物學知識。如動物微生物相關的“傳染和免疫”章節只做了解性介紹，反之可擴展微生物生態章節中植物病原微生物和共生微生物的教學內容。

2.思維導圖的運用

思維導圖（Mind Map）是放射性思維（Radiant thinking）的可視化表達，是一種輔助思考和記憶的工具[4]，自20世紀60年代Tony Buzan發明思維導圖后，已經有不少人提出將思維導圖應用于教學實踐中。邏輯性和創造性是備課的核心要求，思維導圖的發散結構決定了這一工具應用于微生物學教學備課的可行性和優越性。

人腦對圖像的加工記憶能力遠遠大于文字。思維導圖以核心概念為中心向四周發散出的若干結構，使用文字、線條、圖形圖表等將零散的知識信息系統化整合，轉變成容易記憶的“圖”[5]。如圖1所示為微生物生態章節知識結構的思維導圖，通過思維導圖可以讓學生迅速把握本章節的知識點和邏輯構成。思維導圖的運用，一方面使教師能夠清楚地把握講課重點，另一方面有助于學生快速掌握整個課程的邏輯和知識結構。

3.案例啟發式教學

針對課堂上學生參與度不高的現狀，在教學過程中多引入案例和生物學現象，從案例和生物學現象中引申問題引導學生主動思考，激發學生的求知欲。如地衣作為真菌和藻類的共生體能夠抵御各種極端環境，華山松大小蠹攜帶藍變真菌腐蝕木材等生物學現象的引入可激發學生的學習和探知興趣。

針對林學專業的特點，開設微生物學在林學中的應用相關專題講座，如“林木微生物病害的發生、識別和防治”、“土壤微生物與森林健康”、“林下寶庫——食用菌”等內容。這些專題講座可以將原本抽象的知識系統化和形象化，有助于學生對課堂知識的消化吸收、激發學生的科研興趣。

在授課過程中引入微生物領域奠基人和知名專家事跡，培養和陶冶學生的科研熱情和情操。如微生物學之父——Louis Pasteur通過試驗否定了微生物的“自生說”，建立了病原學說，其發明的巴氏滅菌法目前仍然廣泛應用于食品業；細菌學家Rorbert Koch提出了病原體驗證的經典理論——科赫原則，其創立的微生物學方法為微生物學發展成為生命科學的一個重要獨立分支學科奠定了堅實的基礎；Joshua Lederberg因發現細菌遺傳物質及基因重組現象而獲得1958年諾貝爾生理學或醫學獎；Carl Woese率先研究了原核生物的進化關系，發現并定義了古生菌（Archaea）；2005年諾貝爾生理學或醫學獎得主Marshall和Warren以身試菌，發現了胃潰瘍的罪魁禍首——幽門螺桿菌。

4.多媒體教學工具及教學模型的使用

微生物個體微小、形態、營養和遺傳類型多樣、代謝機制錯綜復雜，往往使學生感到微生物知識繁瑣、抽象和難以理解。多媒體技術如動畫、顯微觀測視頻、PPT課件等在微生物教學中的應用可以使微觀世界宏觀化，使抽象的教學內容更加形象化，從而達到良好的教學效果。另外，教學模型的使用對學生理解一些重要的微生物結構和功能有良好的助益作用。例如病毒體型微小，不能通過普通光學顯微鏡觀測，因而針對病毒結構的介紹比較晦澀難懂。然而借助現有的商品化模型可以很形象的解決這一難題。

5.微生物學最新研究技術和理論介紹

微生物學是一個相對年輕但發展迅速的學科，相關的知識和技術更新速度極快。因而在教學材料的準備中應當實時關注學科的最新動態。例如，近些年環境微生物的分析技術正迎來劇變，高通量測序技術的引入從微生物群落角度極大的提高了人們對環境微生物多樣性和功能的認識；從細菌對病毒的免疫反應開發而來的CRISPR技術廣泛應用于植物和動物基因組編輯，已成為生命科學最熱門的技術。在課程中穿插引入這些知識有助于學生把握學科的最新發展方向和動態，有助于培養學生的科研積極性和熱情。

（二）實驗和實踐教學環節

現行微生物實驗課程通常由若干個獨立的實驗構成，實驗之間缺乏關聯性，導致學生對微生物學實驗沒有系統的認識；學生掌握的是一些零星分散的實驗技術，如何將有關知識技術整合并應用于解決實際生產和科研應用問題則顯得比較欠缺[6]。基于此，我們認為在具體實驗和實踐教學環節，可將微生物學實驗和實踐課程分為基礎實驗技能訓練和開放性實驗探索兩個方面，具體如下：

1.基礎共性實驗技能訓練

微生物學基礎共性實驗技能是進行微生物研究的基礎必備技能，通過基礎共性實驗技能訓練，首先要讓學生樹立實驗室安全意識，特別是規范化使用易制毒試劑和高壓容器；其次，同植物組織培養一樣，微生物學實驗也要養成“無菌”操作意識，避免環境微生物對目標微生物的污染。

基礎共性實驗技能訓練主要以驗證為主，教師演示和學生實際操作相結合。針對微生物相關實驗操作的特點，重點讓學生掌握體式和復式顯微鏡、滅菌鍋、超凈工作臺、生化培養箱、搖床和小型發酵罐等儀器設備的操作，熟悉微生物的形態觀測、培養基配制及滅菌、菌種分離、純化和培養等實驗技能。

2.開放性實驗的開設

開放性實驗以探索為主，教師引導和學生自主實驗相結合。在教師的指導下，按照科學研究方法進行科研探索（圖2），讓學生切實參與到科研的每個過程，培養學生的科研思維能力。注重實驗過程中多學科實驗技能的交叉應用，如結合形態學、生理學、酶學、分子生物學等學科知識來鑒定微生物。

針對林學的特點設置開放性和探索性綜合實驗，如“林木葉片病斑識別和病原微生物分離鑒定”、“不同林分類型土壤微生物類群分析”、“植物內生菌的分離、鑒定、發酵和代謝產物提取”、“蘑菇的采集、形態觀測和鑒定”等。另外，鼓勵學生組建科研興趣小組，圍繞微生物在林學上的科學問題，通過野外觀察和現象分析獨立思考并提出自己的科學設想，在教師的指導下撰寫可行的實驗方案并依方案進行獨立實驗探索。開放性實驗以撰寫科研報告并結合小組PPT匯報的形式進行考核，旨在培養學生的科技寫作能力和團隊協作能力。

微生物學作為生命科學領域的專業基礎課程，對林學專業學生掌握基礎理論、提升綜合應用能力具有重要作用。《微生物學》課程的理論教學與實驗教學不應相互獨立，而應該相互配合、穿插進行，理論指導實踐，實踐檢驗并深化對理論的理解。為此，建議微生物學的理論教學與實驗教學平行進行，互為補益。

參考文獻：

[1]周德慶.微生物學教程[M].第三版.北京：高等教育出版社，2011.

[2]胡廷章，黃小云，劉仁華.提高微生物學課程教學效果的體驗[J].微生物學通報，2007，34（4）：812-815.

[3]宋富強.微生物生態學[M].北京：化學工業出版社，2008.

[4]Buzan T，Buzan B，Harrison J.2010.The mind map book：unlock your creativity，boost your memory，change your life.Pearson BBC Active，2010.

[5]陳小清，黃志堅.利用思維導圖有效加強生物課堂教學[J].教學與管理，2014，4：47-48.

[6]張茵，徐旭士，何偉等.微生物學實驗模塊“蛋白酶產生菌的篩選、培養和選育”的教改研究和實踐[J].微生物學通報，2010，37（11）：1698-1700.

[7]Ford ED.Scientific method for ecological research.United Kingdom：Cambridge University Press，2000.

（作者單位：貴州大學貴州省森林資源與環境研究中心）