土壤微生物學實驗模塊化教學研究

陳永敢 雷瑩 李珍

摘要 ? ?高校微生物學實驗教學注重培養學生的興趣和科學探究技能，但目前實驗教學模式單一，容易導致學生學習興趣喪失，自主學習能力下降，造成學習效果不佳。本文根據微生物學實驗教學特點，對土壤微生物學實驗設計了3個相互關聯、前后銜接的實驗模塊，分別為土壤微生物的采集與培養基制作、微生物的分離與純化、微生物的鑒定和保藏。同時，結合微生物學實驗教程將獨立的實驗內容連成整體，并通過學生自主研究及教師指導，達到加深學生對土壤微生物學知識理解及提高實驗操作技能的目的。

關鍵詞 ? ?土壤微生物學;實驗;模塊化

中圖分類號 ? ?G642.0 ? ? ? ? 文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）18-0253-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?The teaching of microbiology in colleges and universities pays attention to cultivating students′ interest and scientific inquiry skills.However，the present experimental teaching mode is simple，which can lead to the loss of students′ learning interest and the decline of independent learning ability.According to the characteristics of microbiology experimental teaching，this paper designed three interrelated experimental modules，which were the collection and observation of soil microorganisms，the separation and purification of microorganisms，the identification and preservation of microorganisms.At the same time，the independent experimental content was integrated，and through the independent research of students and the guidance of teachers，the purpose of deepening students′ understanding of knowledge and improving experimental operation skills was achieved.

Key words ? ?soil microorganisms;experiment;modular teaching pattern

微生物學實驗技術是生物學研究者應具備的基本技能，也是現代生命科學各分支基礎實驗技能。近年來，高校開展模塊化教學有利于學生對理論知識及實驗方法的理解和掌握，提高學生綜合應用能力。土壤具備微生物生長所需的營養物質和生長繁殖條件，蘊含豐富的微生物資源。土壤微生物學實驗歷時長，操作繁瑣，一般以分步實驗為主，難以實現系統掌握的效果。因此，土壤微生物學實驗模塊化顯得尤為必要。本文將無菌操作技術、顯微技術、菌株分離純化技術、菌種保藏及分子微生物學實驗技術貫穿到土壤微生物分離中，將實驗內容模塊化，以期達到培養學生綜合應用能力的目的[1]。

1 ? ?土壤微生物實驗教學現狀

傳統土壤微生物學實驗教學側重于傳授和訓練學生基本實驗技能和驗證理論知識，學生多而儀器設備有限是目前高校實驗教學普遍存在的問題，學生只能在有限時間內完成規定實驗項目，一般只用1～2種培養基來分離土壤微生物，實驗內容以驗證性實驗為主，缺少設計性實驗，實驗深度低，教學效果不能與實際應用相結合，這種被動教學使學生上課積極性差，學習興趣缺乏。更重要的是每個實驗間缺乏聯系，一系列分散的實驗安排易使學生缺乏整合并運用微生物實驗技術解決實際問題的能力[2-4]。筆者總結微生物學實驗教學經驗，結合教學內容，在2014級、2015級生物科學專業2個班進行土壤微生物學實驗模塊化教學改革，以增強土壤微生物學實驗的系統性，提高學生實驗綜合應用能力。

2 ? ?實驗內容模塊化概述

模塊化教學不僅重視知識點傳授，更重視知識由點及面宏觀把握，這就要求實驗模塊設計上層次分明、內容遞進、銜接緊密，將知識點模塊化后能促進相互間貫通。海南熱帶海洋學院教學團隊圍繞土壤微生物這個核心內容進行模塊化內容設計，根據土壤微生物實驗緊密銜接的特點，將實驗內容設計成土壤微生物采集與培養基制作、微生物分離與純化、微生物鑒定和保藏3個實驗模塊，形成連貫的知識體系。這種模塊設計一方面利于學生從宏觀上掌握土壤微生物分離的整體知識和操作技能，另一方面只要在教學過程中適當拓展，對實驗材料合理替換，如水體或食品等，學生均較易掌握對應微生物的分離方法，對于實驗技能在實際中的應用有較大幫助。通過模塊化實驗，使學生具備整體性思路和掌握應用實驗技術解決實際問題的能力。

3個實驗模塊在實施過程中，將無菌操作技術、菌種分離、鑒定及保藏技術及分子操作技術等基本實驗操作貫穿于實驗中，每項技術的實施均突出了學生的主體地位，樣品采集、微生物分離和純化、菌體培養與觀察、菌種鑒定與保藏等一系列實驗均由學生獨立完成，同時也給學生更大的自主實施空間，如鑒定菌種時介紹了多種方法，可利用糖類發酵試驗、VP、MR、吲哚試驗、H2S產生等生理生化試驗或API系統鑒定微生物，使學生的知識面拓寬（表1）。

3 ? ?模塊化實驗的實施

土壤微生物分離實驗安排12個課時完成，時間短、教學內容多。以6人一組，建立小組為單位的QQ群或微信群，課前小組內討論并擬定方案，并在教師協助下準備好課堂用到的部分藥品及器材。學生在群內分享資料、討論結果及問題咨詢;教師利用群點評實驗結果。這種教學方式把結果討論放到課下進行，能夠確保課時不增加的前提下教學內容得以完成。另外，學生課前參與部分實驗準備工作，對于實驗內容已有一定認識，為課堂上實驗順利開展奠定基礎。課堂上教師著重講解操作關鍵環節、結果分析及注意事項。模塊一第1課時講解顯微鏡使用及土壤微生物采樣方法，第2個課時學生分組采樣并記錄土壤周圍環境用于后續實驗分析。第3、4課時主要以練習培養基的配制及分裝，同時講解滅菌鍋的操作方法。模塊一制備好的培養基同時也是模塊二微生物分離必備材料。模塊三課時主要集中在微生物鑒定環節，先從基本形態及革蘭氏染色法初步鑒定，再合理選擇2～3種生理生化性質進行分析，最后進行16S rRNA基因序列系統發育學分析。

實驗結果是檢驗學習的重要指標。模塊一土壤樣品的收集，記錄結果包括具體地點定位、采樣點及周圍環境圖片。模塊二結果主要記錄每克土壤的CFU，并在教師協助下對純化結果進行分析。模塊三主要記錄菌落形態、菌株生理生化性質及16S rRNA系統發育樹（表2）。

嚴格的考核制度是激發學生學習積極性的基礎，是提高實驗教學質量的有效手段。實驗成績考核與過程管理緊密結合，細化考核要點，將實驗準備、出勤、操作、結果分析及實驗報告撰寫都納入考核范圍。這種考核方式的最大特點是讓學生在實驗全程全力應對，而不僅側重于寫好實驗報告。此外，對于表現優秀的學生有明確的激勵機制。課程結束后，選出部分代表性項目，推薦參與校內開放性實驗項目申報及大學生創新創業項目申報。通過考核及推優結合的方式，提高學生對課程學習的積極性。

4 ? ?實施效果

土壤微生物學實驗模塊化教學經過不斷完善，在海南熱帶海洋學院生物科學專業進行土壤微生物實驗模塊化教學初步嘗試，學生對模塊化實驗普遍表示歡迎，期末問卷調查中滿意度較高，實驗課中學生的表現情況及期末成績也反映出學生學習積極性和學習效率的顯著提高（表3）。

其中，學生對以下改革內容滿意度較高。首先，較之傳統實驗模式，模塊化實驗主要以學生為主體以教師為輔導模式進行，在實驗中增加學生親自動手采集土樣環節，并以此土樣作為實驗材料，既激發了學生的學習興趣，又使學生了解到土壤采樣點微生物分布情況。其次，模塊化實驗將孤立的實驗聯系在一起形成綜合性實驗，并在后續實驗要求學生討論，及時觀察記錄實驗數據、分析實驗結果，使學生獲得更大的自主研究空間。此外，實驗中增加了多種生理生化和分子生物學鑒定，引導學生通過自己的理解設計方案。模塊化實驗從最初訓練學生的動手操作能力到鍛煉學生綜合實驗能力再到發展學生的科研能力，提高了學生實驗操作、實驗設計和綜合分析能力，使共性教學發展為個性化培養[6-8]。

5 ? ?結語

土壤微生物學模塊化實驗將獨立的實驗合理整合為綜合性實驗，將基礎實驗與實踐教學結合，不僅鍛煉了學生微生物學實驗操作技能，還促進了學生對微生物知識體系和實驗操作技術的融會貫通[9-11]。以學生為主體，從整體上加強了學生的科研能力和創新能力[12-14]。

6 ? ? 參考文獻

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