微生物實驗內容體系的教學改革與實踐

李紅強 李海玉 郭振清 秦保平

摘要微生物學是生命科學類專業的基礎課程，在實際教學過程中存在實驗課內容單一、零散，學生參與度低等問題。對生物科學專業微生物實驗課程內容進行整體性、模塊化、多樣性等改革。經實踐證實，改革后明顯激發了學生對該實驗課程的興趣和主動性，教學質量得到了明顯提高。

關鍵詞內容體系;微生物實驗;生命科學類;教學改革

中圖分類號S-01文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）02-0278-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.082

微生物學是生命科學的基礎學科，該課程以顯微鏡為基本設備，核心內容是揭示細菌、病毒、真菌等微小生物的形態和生長規律。該課程是一門以實驗為基礎和支撐的課程，課程內容具有較強的應用性。因此，微生物實驗教學顯得十分重要，它不僅關乎學生對課本知識的理解、實驗技能的掌握，而且對學生發掘生活現象、培養學生興趣具有重要作用。另外，根據各專業學生的培養方案和課程設置，該課程一般開設在大學

二年級第一學期，是學生進入高校以來開設較早的專業課，所以實驗技能、實驗思想、實驗習慣的好壞直接影響以后的其他實驗課程甚至科研水平[1]。近年來，筆者不斷梳理和總結微生物實驗課程的優缺點，吸取兄弟院校的有關經驗，結合河北科技師范學院的實際情況，對微生物學實驗教學內容進行了全面、深入改革。經過改革調整后的實驗內容包括實驗室常規介紹及一般實驗設計思路、基礎性實驗、綜合性實驗、工廠實地考察四大模塊。筆者結合河北科技師范學院實驗室的具體情況以及學生基礎等實際情況，對改革前后微生物實驗內容進行了歸納和總結，以期為河北科技師范學院應用型大學的建設提供理論基礎。

1微生物學實驗教學中存在的問題

隨著現代生物技術的飛速發展，微生物學發生了巨大的變化，也極大地推動了微生物學理論和研究方法、手段的發展，同時隨著科研團隊協作的不斷深化等，使得微生物實驗教學顯現出諸多問題。首先，重理論、輕實驗。實驗課時數少，理論課時數多，實驗課程結構整體聯系松散，缺乏整體性，學生不能學以致用。經過近幾年的教學改革與實踐，實驗課時數得到較大提升。其中，生物科學類專業（包括生物科學專業、生物技術專業）微生物學課程總課時數64，實驗課時數26，實驗課課時數占總課時數的40.6%;植物生產類總課時數46，實驗課時數20，實驗課課時數占總課時數的43.5%;資源與環境總課時數36，實驗課時數10，實驗課課時數占總課時數的27.8%;植物科學類總課時數54，實驗課時數20，實驗課課時數占總課時數的37.0%;植物保護專業總課時數46，實驗課時數20，實驗課課時數占總課時數的43.5%。其次，實驗內容缺乏整體性、系統性。微生物實驗課程內容大多為驗證性實驗且限于單一性實驗，各實驗間缺乏連貫性。由于課程內容較為零散，難以調動學生的興趣以及對科學問題的探究熱情，學生處于一種被動式接收的狀態。再次，理論知識與社會需求脫節。傳統的微生物實驗課內容只需要學生按照書本或寫好的實驗步驟按部就班地完成任務即可，一般很難將理論與實踐相結合，與當今社會需求脫節，無法激發學生的求知欲，甚至容易養成學生的依賴思想，非常不利于課程學習。最后，普通高校微生物學理論課程和實驗課程基本都是獨立開課，實驗教學往往滯后于理論教學，導致二者不能較好結合。此外，還存在由于教學資源不足、大班滾動式教學等帶來的教學質量不高問題。

2教學內容的優化整合

由于微生物實驗課大多為驗證性、基礎性實驗，所以要通過實驗內容改革構建新的整體性、設計性、開放性、探究性的實驗體系。改革后的實驗內容分為四大模塊[2-3]。

2.1模塊一：實驗室常規介紹及一般實驗設計思路（2學時）

該模塊主要包括4個方面的內容。首先，介紹實驗室守則及注意事項，實驗室是進行實驗教學、科研技能訓練、專業技能訓練的重要場所，由于實驗室存放一些劇毒、易爆化學品以及可能對身體造成潛在損傷的試劑與儀器設備，所以要求學生進入實驗室必須穿白大褂，嚴禁在實驗室吃東西、喝水、打鬧嬉戲等。其次，常規藥品的配制，可通過教師講解和實際操作，讓學生掌握常規實驗試劑的配制原理與方法，母液與工作液的關系以及注意事項等。第三，實驗室常用儀器設備的使用，主要講解使用方法、注意事項和規范操作，如移液器、滅菌鍋、離心機、超凈工作臺等。最后，給學生介紹一般研究性實驗的設計思路。

2.2模塊二：基礎性實驗（16～18學時）

該部分主要由8個實驗組成，包括微生物顯微技術介紹和細菌3種形態的觀察、培養基的制備、微生物的接種方法、細菌的革蘭氏染色、酵母菌與霉菌形態的觀察、微生物大小測定、微生物顯微計數、環境中微生物的檢測。

2.2.1培養基的制備與滅菌（2學時）。根據要求清洗各種玻璃器皿，并進行包扎。配制液體培養基和固體培養基，并進行高壓蒸汽滅菌，要求學生掌握培養基的配制流程、試劑計算以及高壓蒸汽滅菌鍋的實驗方法。

2.2.2微生物顯微技術介紹和細菌3種形態的觀察（2學時）。光學顯微鏡的使用方法及注意事項，觀察內容有球菌、桿菌、螺旋菌、放線菌以及細菌的特殊結構（如莢膜、鞭毛、菌毛、芽孢）等。

2.2.3微生物的接種方法（2～4學時）。①平板畫線法。通常是從平板培養物上挑取單菌落，移種至斜面培養基上。要求接種環灼燒滅菌，接種時從底部開始向外畫蛇形線，此處注意區分單菌落和衛星菌落。②液體接種法。在火焰附近將盛有液體培養基的三角瓶打開，將挑取的菌落或菌液接種于液體培養基內。細菌平板置于37 ℃恒溫下培養18～24 h;酵母菌置于28 ℃培養箱培養1～2? d;霉菌和放線菌置于28 ℃培養箱培養2～3 d。菌落長出后，觀察菌落形態特征。

2.2.4細菌的簡單染色及革蘭氏染色[4]（2學時）。細菌的簡單染色主要利用細菌帶負電荷的特點，將美藍、甲紫、堿性復紅、孔雀綠等帶正電荷的堿性染料使其著色。大致流程主要包括細菌的干燥固定、細菌染色、水洗、第二次干燥、鏡檢等步驟。

細菌革蘭氏染色是利用細菌分解糖類產酸后正電荷增加，加入帶負電荷的酸性染料使其著色。主要過程有涂片、初染、媒染、脫色、復染、鏡檢等環節。

2.2.5酵母菌與霉菌的形態觀察（2學時）。酵母菌屬于單細胞真核生物，通過鏡檢可以觀察酵母菌的形狀、大小、構造、內含物及出芽生殖情況。將酵母培養液滴加在美藍液中，加蓋玻片后鏡檢。根據鏡檢的顏色，判斷酵母菌的狀態，死細胞為藍色，而活細胞為無色。

霉菌形態較為復雜，有分支的菌絲體和分化的繁殖器官。觀察方法如下：取乳酸-石炭酸液置于載玻片中央，然后將菌絲置于溶液中，加上蓋玻片后鏡檢。在高倍鏡下觀察孢子囊柄、孢子囊及子囊孢子。

2.2.6環境中微生物的檢測[5]（2學時）。空氣中微生物的檢測：盛有固體培養基的平皿在空氣中停滯5 s，蓋好平皿，37 ℃下恒溫培養48 h后進行觀察。自來水中微生物的檢測：取自來水400 μL，涂布于直徑90 mm的LB培養基平皿中，37 ℃下恒溫培養48 h后進行觀察。

其他位置微生物的檢測：將含有LB培養基的平皿分成6等份，從背面依次標記為A、B、C、D、E、F。A部分用手指輕輕按下手印;B部分用自來水清洗后，按下手印;C部分用香皂清洗手后，按下手印;D部分用70%乙醇洗手后，按下手印;E部分牙簽挑取牙垢后，涂布于平皿上;F部分對照或自選。

2.2.7微生物細胞大小的測定（2學時）。微生物細胞大小是微生物學的基本知識，該部分是各專業學生必須掌握的知識點。根據教學經驗，測微尺的使用方法是教學難點，個別學生不容易掌握。 測定步驟主要包括：接目測微尺的安裝和標定、大小的測量。需要注意觀察時從低倍鏡到高倍鏡的順序，每個樣本測量10～20個細胞，取平均值作為該菌的大小。

2.2.8微生物顯微計數（2學時）。該實驗使用血球計數板對微生物進行計數，根據多年的教學經驗，應給學生講清楚血球計數板的計數原理，因為涉及到數學、單位換算等問題，所以計數原理的介紹是該實驗的難點。

上述實驗基本為驗證性實驗，各實驗間相互獨立且更注重對學生實驗操作技能的訓練。

2.3模塊三：綜合性實驗和設計性實驗（4～6學時）

根據各專業學生的基礎以及專業要求和特點，可以對原有課程設計進行一些改動并增設一些綜合性和探究性實驗，以科學研究形式鼓勵學生參與[6]，例如增加綜合性試驗（如毛皮動物腸道微生物的分離、純化等）。根據各專業學生的課時數，該綜合實驗還可以增加革蘭氏染色、分離菌的種屬鑒定等。

設計性實驗在實驗設計方面更具有整體性和獨立性。志趣相投的學生可以組成學習小團隊，團隊以科研課題的形式設計試驗。全體成員查閱文獻，撰寫研究進展、試驗思路、項目可行性、預期結果等，學生通過深入學習，不僅可以培養其思考問題和解決問題的能力，而且有利于激發學生的團隊精神[7]。例如，設計性實驗采取自由結組的形式，團隊成員參與實驗全過程。 團隊成員提出試驗方案，再由教師進行改正和完善，由學生獨立完成，并分析試驗現象和數據，做出總結。

2.4模塊四：與社會接軌（2學時）

教師可帶學生參觀微生物相關產業工廠，如華夏長城干紅酒廠、茅臺干紅酒廠、朗格斯酒莊等。深入生產車間進行實地考察與學習，并與工作人員面對面交流，了解一線員工的實際需求，讓學生將課本的知識應用到現實生產生活中。

3建立開放型實驗室，讓學生自主安排實驗

對于微生物學實驗，很多學生都不認真思考和操作，針對這類問題，利用7 d左右時間進行開放性實驗。學生可根據自己的興趣愛好自由結組，也可以單獨申請，自行設計試驗、配制試劑，完成自己的實驗方案[8]。例如，學生可以進行酸奶乳酸菌的分離純化及酸奶的制作等與理論課程密切相關且自己非常感興趣的課題。此外，開放型實驗室作為學生獨立設計實驗的一個場所，該課程結束后可以繼續申請[9]。

4利用網絡技術，進行多媒體互動實驗教學

多媒體互動教學是利用多媒體實驗室，將微生物畫面直接呈現給學生，這種模式十分直觀，另外教師也能夠實時掌握學生的操作情況，有針對性地糾正學生的問題，實現師生之間的互動[10]。

例如，在細菌革蘭氏染色實驗中，教師可以利用真實的圖片給學生呈現陰性菌和陽性菌的細胞壁構造，使學生對革蘭氏染色原理進行講解，這樣不僅使學生接收的信息更加直觀形象，而且能夠激發學生的學習興趣，縮短學習時間，提高學習效率。

5結語

根據各專業的特點和對微生物理論和實驗的不同要求，對四大模塊內容進行有機整合。在模塊二中，以微生物接種、革蘭氏染色、微生物大小和顯微計數為重點內容。微生物教學改革的道路還很漫長，希望在微生物實驗教學模式更加合理的情況下，能夠提高學生學習的積極主動性，培養學生的團隊意識，養成獨立分析問題和解決問題的好習慣，不斷提升自身科研素質，為今后的工作或更進一步深造奠定良好的基礎，成為真正的創新型科技人才。

參考文獻

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