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關鍵詞:地方應用型本科;微生物學實驗;改革實踐
中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2017)05-0131-04
Abstract:Microbiology is a basic course of biology,food,pharmaceutical and so on. It has a strong practice and application,so microbiology experiment course is very important. At present,local undergraduate institutions are changing to the applicationoriented school model,so the various professional courses under the training system are in the fruitful reform. In order to adapt to the reform of higher education in our country and to change the personnel training system of local applied undergraduate colleges,this paper takes the newly established undergraduate colleges of Hefei Normal University as an example to explore and practice the training of applied microbiological engineering professional talent. The teaching system ofmicrobiologyexperiment course has been reformed and practiced,analyzed the existing problems,and put forward the corresponding countermeasures.
Key words:Local application undergraduate;Microbiology experiment;Reformpractice
隨著我國社會經濟的發展,對應用型技術人才的需求日趨旺盛,因此我國的高等教育工作也面臨著改革發展的內在要求。2014年教育部《關于地方本科高校轉型發展的指導意見》,提出“引導部分普通本科高校向應用技術型高校轉型”[1],全國眾多地方性本科院校都在積極探索由重理論,輕實踐的辦學模式向技術型、實用型轉變,明確自身的定位,結合自身辦學特色,為地方經濟建設服務。
合肥師范學院作為一所新建的地方本科,為了適應國家高等教育改革的趨勢,近年來,在所屬的各個學院對各個專業的培養目標、教學內容進都進行了深有成效的改革。微生物學是生物制藥、發酵工程、食品、農學等專業的專業基礎課,具有^強的應用性與實踐性,因此微生物學實驗在其中地位尤為重要[2]。在新的歷史時期,微生物學實驗課程的教學應適應學科和時展的需求,堅持教學改革,以培養出更多高素質應用型專業技術人才以滿足社會發展的需求。
由于合肥師范學院是從成人教育發展為本科院校,各方面底子薄,雖然各個領域發展迅速,但在師資力量、專業設置、培養體系、教學內容與方式等諸多方面存在不足。本人是合肥師范學院的一名微生物學實驗教師,具有8a的微生物學實驗授課經驗,通過對微生物學人才培養模式進行調研分析后,發現以往微生物實驗教學存在很多問題,在多方面不能滿足當地社會經濟發展的需求。
1 微生物實驗教學中存在的不足
1.1 實驗教學重視程度不夠 在以往的辦學模式下,我校的微生物教學主要以傳授理論知識為主,實驗教學為輔,對于微生物學實驗重視程度不夠。而且實驗開設的多是驗證理論的經典實驗,主要內容是細菌、真菌的形態觀察、染色,培養基配制及消毒滅菌,微生物生理生化等。實驗項目過于簡單陳舊,嚴重束縛教師手腳、學生思維,以至于學生在實驗實訓中興趣不高,分析問題能力低下。
1.2 實驗資源嚴重不足 由于我校升為本科院校時間不長,高水平的師資比較缺乏,新的教學思想、教學理念都得不到輸送;相應的微生物學實驗器材也較為缺乏,已有實驗儀器比較陳舊,實驗的效果較差,使用成本也較高,嚴重制約了學生的學習興趣與老師的上課動力。由于實驗儀器人臺數不足,導致學生都得不到親自操作實驗儀器的機會,動手能力較差,進入企業實踐操作能力也得不到認可。
1.3 實驗教學內容與教學手段陳舊 微生物學實驗只設置一些較為簡單的實驗項目,對于一些較新實驗項目以及綜合性的實驗均沒有設置,致使一些學生無法單獨去完成微生物學實驗的整個流程。由于師資力量硬件條件的不足,導致在實驗項目的選擇上捉襟見肘,不能開設一些時下較新的實驗項目,不能讓學生了解有關微生物實驗的最新動態,學生的視野比較狹窄。課堂上的教學依然沿用老師板書的形式進行講解,沒有其他更為先進的教學方式,更沒有先進的教學工具。由于微生物是種肉眼看不見的生物體,學生光靠耳朵聽就顯得很抽象,不利于理解。
1.4 考核模式不合理 在不同專業的微生物教學中,實驗實訓都作為課內實驗,在整個課程中占比較小,在考核中也不作為單獨的考試內容,平時的實驗操作也不作為考核項目,導致學生對微生物實驗教學重視程度不夠,學好學壞都一樣,致使學生學習動力不足,同時也會影響教師的授課積極性。
1.5 與市場銜接不夠 高校培養人才的最終目的是走向市場,為經濟建設服務,同時實現自身價值。能否被市場所接受,要求人才具有扎實的理論功底與高超的實踐技能。以往的人才培養一直強調理論知識,導致培養出來的畢業生大部分都高分低能,不能很好的融入市場。作為應用型本科院校,對畢業生的動手能力要求就更高,而新建的地方應用型本科的合肥師范學院在人才培養與市場需求的銜接方面就顯得不足。學生在學校時進入企業實習的機會較少,接觸到時下先進的生產工藝與流程的機會就更少,畢業以后進入企業往往不被認可,影響學生職業前景與學校的聲譽。我校生命科學學院學生畢業去向很多是食品檢驗、生物制藥、發酵工程等崗位,這些領域對微生物學的動力能力較高,由于缺少相應的校企合作機制,致使我們培養的學生走不出去,就更不能適應社會經濟的發展。
由于以上原因,導致微生物學實驗教學效果差,學生學習興趣與能力都不足,畢業生進入相關的企業實習,也不能完成較為簡單的微生物的檢測、鑒別等工作,導致學生與學校的口碑較差。由于國家實施教育轉型的外在壓力與我校內在改革的迫切需求,我校的生物科學學院對微生物學課程以及培養模式進行了富有成效的改革與實踐。
2 提高微生物實驗教學質量的應對措施
2.1 微生物實驗教學課程的修改及實驗內容的調整 合肥師范學院生命科學學院目前下設3個專業,分別是生物科學、生物技術以及食品質量與安全。針對專業特點,對不同專業的學生制定不同的微生物學實驗教學大綱。生物科學專業以理論知識點為主,在微生物學實驗中加入一些綜合性實驗,如土壤中微生物的分離純化;生物技術專業加大實踐實訓的比重,重點放在理論知識的實際應用,比如食用菌栽培技的學習;而對于食品專業的學生,開設了一門獨立的微生物學實驗課程,具體課程設置見表1。
24學時\&微生物形態觀察、微生物染色、細菌數目的測定\&微生物學實驗,24學時;食用菌栽培,16學時\&土壤微生物的分離純化,革蘭氏染色,微生物數目確定;食用菌株的分離,菌床的制備,子實體的培養\&生物技術\&微生物學實驗,24學時;微生物工程,24學時\&土壤微生物的分離純化,革蘭氏染色,微生物數目確定;淀粉酶產生菌分離純化,酒釀制作,發酵罐的使用\&食品質量與安全\&微生物學實驗及食品微生物檢測技術,56學時\&土壤微生物的分離純化,革蘭氏染色,乳制品與調味品的微生物檢驗,大腸菌群與金黃色葡萄球的檢測\&]
為適應學校轉型,應用型的地方本科院校的微生物實驗實訓需從教育理念、教學內容方面進行改革,強化實驗教學的應用性需要[3]。減少原來的驗證性實驗,如微生物形態觀察、培養基的配制等,將其納入到土壤微生物的分離純化這個綜合性試驗中。土壤微生物的分離純化從土壤原液的制備、不同微生物培養基的配制、微生物的培養方法以及種類的鑒別,基本上包含了微生物常規實驗的整個流程。通過綜合性實驗項目的加入,使學生掌握了微生物樣品的采取、分離培養基的獲得、不同微生物的基本形態、不同微生物的染色方法以及顯微鏡中油鏡的使用方法諸多重要的知識與技能。此外,還根據學生興趣,讓學生根據所學的知識,自己去設計實驗思路、選擇實驗內容,組織材料進行實驗,自己去環境中篩選有益的菌株,鞏固課堂所學。通過以上改變,學生實驗基本技能更加嫻熟,為后期進行畢業論文的實驗,作了充分的準備,思路更加開闊。對不同專業的微生物實驗課程的重新設置,既突出了專業特色,又在教學中為學生補充潛在知識與技能。
2.2 拓寬實驗教學手段 由于微生物個體微小,肉眼很難看見,憑老師口述很難使學生了解微生物的基本形態以及生理特性,如果教師仍采用傳統填鴨式的講授、實驗進行教學,學生認為微生物學課堂枯燥無味,逐漸失去W習興趣。因此,微生物學實驗教師要拓寬教學手段,采用啟發式、討論式、探究式多種教學方法與教學手段,來吸引學生注意力,提高學習興趣[4]。例如,讓學生自己去探究食物為什么會變質,是由哪些微生物引起的變質;結合多媒體教學手段,通過照片與影音的形式,讓學生切身感受到微生物的基本形態與功能;讓學生利用一些微生物自己去制備一些發酵產品,如酸奶、葡萄酒等。通過教學手段的增加,不僅避免教師一個人唱獨角戲,而且讓學生通過自己思考獲取知識,增加了學習主動性,鞏固了學習內容,培養了學生綜合應用知識的能力。
2.3 改進考核模式,重視實踐教學 針對生命科學學院下設3個專業的不同特點,分別制定了微生物學實驗在其專業中的畢生與考核模式。生物科學與生物技術專業開設的微生物學實驗學時占微生物學課程總學時的1/3,在期末考試中實驗成績也占有30%,且實驗操作單獨考試;由于微生物在食品質量與安全專業中的重要性,因此單獨開設了一門課程,即微生物學實驗及食品微生物檢測,總學時達到56個,獨立考試。通過以上考核模式的改進,增大了微生物實驗在其教學中的比重,提高了學生的積極性,加強了學生的動手能力。
此外,在制訂培養計劃過程中要始終重視學生動手能力的培養。除了一些課程必須的實驗教學外,還要安排勞動技能訓練、專業基礎訓練、科學研究訓練等,以滿足學生實踐動手能力提高的需要。為了加強微生物實踐教學環節,除建立了相關專業相關課程的實驗室外,還要重點建立藍莓研究中心,主要利用微生物發酵來制備各種果酒,學生可以自主進入中心去實習,獨立去釀制果酒了。校內的食用菌栽培基地也可以讓學生進行實習,使學生學型真菌的栽培技術,較好地保證學生的教學實習、生產實習和畢業實習的順利完成。
2.4 實施深度校企融合 近年來我院與多個生產教學實習基地開展校企融合式的培養模式。教師、學生進企業,在生產一線建立實訓基地,在企業現場授課,企業教師與我院教師交替授課,有利于企業環境與學校環境結合,企業資源與學校資源結合[5]。作為人才培養與生產一線“零距離”的產學結合形式,這樣的合作目的明確,一切圍繞教學過程與實施進行,對微生物實驗教學質量的提高有很大幫助。這些企業掌握生物技術領域的先進技術,在企業管理、技術力量、設備等方面提供了有力的支撐。在實施校企融合的培養中,主要從以下幾個關鍵點入手:
2.4.1 深入了解企業需要,共同完善課程建設 企業中的新設備、新工藝、新技術、新材料的應用是學校專業設置、課程改革的依據。通過平時對企業調研獲取信息,及時調整學校專業課程內容,聘請企業人員共同制訂教學計劃、教學大綱、考核標準,必要時采用“訂單式”培養等形式,使所教、所學、所用三者對接,培養企業適用的人才。
2.4.2 合理利用企業資源,提高學生實踐能力 企業不僅具有許多學校沒有的設備、技術,更具有教學上難以模擬的工作環境。因此,學生到企業實習是校企合作的重要形式,是維系和深化校企關系的重要環節。學生實習可以有認知性的參觀、體驗式的短期實習及較長時間的頂崗實習。無論哪一種形式,走出校門、走入企業,對學生鞏固理論知識、提升操作技能、了解工作環境、適應崗位要求都是非常有利的。而且通過學生頂崗實習、企業有機會挑選所需人才,這也是非常受企業歡迎的。
2.4.3 發揮雙方資源優勢,努力培養師資隊伍 教師走入企業參加生產實踐是師資培訓的重要途徑。應用型本科人才培養的主要任務是為企業培養一線的科技人才,如果教師對企業的情況知之甚少,實踐動手能力、分析排除故障能力不足的話,顯然是不能滿足要求的。所以要讓教師了解企業、了解產品、參與生產,全面培養生產實踐能力。教師上課給學生講企業、講產品、講市場,只有把理論和生產實踐結合起來,才能培養出一流的應用型人才。
2.4.4 體現地域特色 根據安徽省的氣候特點和經濟發展的需要,食品、農業與醫藥已成為本省產業結構的重要組成部分。為支持本省的經濟發展,要結合本省特點,增加了微生物密切相關的食品安全與生物制藥專業。此外,我校地處國家級經濟技術開發區――合肥經濟技術開發區之優勢,與安科生物藥業、馬鞍山蒙牛乳業、伊利(合肥)集團、合肥徽王食品有限公司等為代表的國內知名生物應用型企業開展產學合作。
3 結語
通過對生物核心課程微生物學實驗的各個教學環節進行深入改革,使學生學習熱情與興趣大幅提高,實踐操作能力也有顯著的改善,同時也提高了老師的授課動力;通過與企業的深度合作,提高了資源的節約化利用,并且使課堂知識與市場需求實現無縫銜接,提高了學生就業率與企業的用人滿意度。因此,新建地方師范院校生物學專業課程改革措施,只有以社會需求為導向,通過改革教學與考核方式,與企業優勢互補,增加學生實踐機會,并結合目前就業形勢與地方經濟特色,才能為社會培養出更多創新型人才,服務于地方經濟,進一步為我國建設創新型國家奠定重要的人才基礎。
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關鍵詞:環境工程;分子生物;微生物;應用
前言:作為集環境監測、環境工程、保護學以及微生物學于一體的學科,微生物學在不斷發展中逐漸衍生出較多亟待解決的問題。盡管近年來有較多先進理念與技術被引入該學科中,但對于部分環境監測或環境凈化等問題,所取得的效果并不理想,要求充分發揮分子生物技術的優勢。因此,本文對環境工程微生物中分子微生物技術的應用分析,具有十分重要的意義。
1分子生物技術的相關概述
1.1測序技術
細胞中的rDNA本身表現出明顯的高突序列、保守序列以及穩定特征,但其是分類微生物中的指標之一。通常測序分析中,為使微生物種群得以分析,對分離物或分類單元進行確定,便需借助rRNA分析方式。從該基因序列的類型看,有較多如16SrRNA、23SrRNA與5sRNA,其中后兩者包含的含核苷酸分別過多與過少,很難為測序分析提供指導。所以在原核生物系統研究中,可考慮將16SrRNA引入。具體測定中,會在如TA克隆試劑、PGEM-T克隆試劑等載體應用下,克隆PCR產物,完成文庫構建過程,在此基礎上結合16SrRNA基因測序結果,可通過其與文庫中的序列做好對比,判斷是否有相對應或相似微生物種類。另外,也可對rDNA多樣性利用電泳分離進行顯示,或直接通過RFLP對擴增產物做好分析。通過這些測序方法的應用,對微生物系統發育的研究可起到重要作用[1]。
1.2核酸技術
核酸技術在分子生物技術中極為常見,可具體細化為PCR-SSCP、PCR-DGGE與PCR-RFLP等技術。以其中PCR-SSCP技術為例,其以往運用中多局限在基因突變方面,是臨床醫學中的常用方法,經過不斷發展被引入到微生物生態學中。從其實現原理看,主要以單鏈DNA空間折疊構象為基礎,若其中有堿基出現變化,空間構象會隨之發生變化,配合聚丙烯酰胺凝膠電泳的應用,使DNA譜帶得以生成。以16SrRNA測序在廢水生物中的表現為例,便可借助PCR-SSCP,對細菌群落受培養基變化的影響進行分析。再如PCR-DGGE,應用中一般強調將基因組DNA從環境樣品內被提取,在此基礎上將PCR擴增技術引入,可達到擴增DNA的目標,此時可將聚丙烯酰胺凝膠與擴增產物相結合,通過電泳作用分離雙鏈DN段,最終生成的將為單鏈DNA譜帶。最后便可對譜帶中展現的堿基序列與文庫內序列做好對比分析,完成微生物種屬的界定。由于該技術具有較好的分離效果,操作較為簡便,所以在微生物分析中的應用較為常見,如對微生物種群在活性污泥中的情況判斷,將該技術引入,可起到良好的效果。另外,在PCR-RFLP技術方面,其主要借助核酸特異位點、DNA識別序列,對雙鏈DNA進行切割,配合溴化乙錠凝膠的應用,無需通過放射性標記形式,便可達到DN段分析目標。如土壤中微生物的判斷,便可借助該技術實現。
1.3基因探針
目前分子生物技術中,基因探針的引入主要借助熒光染料、放射性同位素,對樣品內核酸進行識別分析。對于該技術,也表現在核酸印跡、熒光原位以及放射性標記探針等技術方面。其中放射性探針應用下,盡管對于寡核苷酸、RNA或單鏈DNA等都可進行標記,但其涉及的同位素具有較高的成本,很容易危害人體健康,所以使用中受到較大的限制。而對于熒光原位,應用中一般可做好細菌空間位置標識或定量定性判斷細菌情況等工作。另外,在核酸印跡方面,其適用對象集中表現在PCR擴增產物方面,對微生物風度、多樣性檢測都可起到重要作用[2]。
2環境工程微生物領域中分子生物技術的應用分析
2.1微生物群種豐度與多樣性的分析
現行環境工程領域中,通常需檢測的對象多表現在底泥、土壤、生物膜以及污泥方面。從現行較多實踐研究都可發現,若將16SrRNA從菌落中提取出來并開展測序工作,可對微生物種群在活性污泥中的情況被測定,并將聚光激光掃描、熒光顯微以及FISH等技術引入,可定位生物膜中的微生物或檢測其活性。再以城市地區垃圾填埋細菌的分析,可在ARDRA方法的運用下,使細菌多樣性情況以及細菌結構被有效判斷。這些都可充分說明微生物豐度、多樣性都可在分子微生物技術應用下被有效判斷,通過定量或定性檢測得到的結果,能夠為環境工程中較多工藝操作、構筑物設計提供參考。
2.2指示微生物與致病菌的有效檢測
環境工程研究中,可發現在土壤、水體或空氣等媒介作用下,致病菌很可能對人體造成較大威脅,如典型的SARS。對此,便可借助分子微生物完成致病菌測定工作,如部分學者將16SrRNA基因、PRC-DGGE技術共同引入,對垃圾場、污水處理廠以及大學校園中的空氣環境進行測定,可發現在以往微生物培養下,很難測定氣溶膠微生物情況。另外,對于水體內是否有大腸桿菌等DNA存在,也可借助分子微生物技術進行判斷。這些都可充分說明,對于指示微生物、致病菌的檢測,分子生物技術應用效果都較為明顯。
2.3功能微生物的培養
由于當前化工行業發展步伐較快,其帶來的過多有機化合物也成為環境工程領域面臨的難題,很多有機化合物如含苯環類型,很難實現快速降解目標。對此問題,大多學者通過實驗方式,發現分子生物技術應用下可使這種現狀得以改變,如對甲苯質粒、降解萘利用DNA印跡雜交形式,可使這兩種質粒微生物被判斷。此外,對于其他難以降解的有機物,都可采用質粒如工程、基因重組等方式,使功能群被構建,使有機物難以被降解的問題得以解決[3]。
3結論
分子生物技術的應用是現行微生物研究的重要保障。實際引入該技術中,應正確認識分子生物技術的實現原理,包括測序技術、基因探針以及核酸技術等,在此基礎上將其融入致病菌檢測、功能微生物培養以及微生物多樣性分析等方面,能夠推動環境工程微生物學的進一步發展。
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關鍵詞:變性梯度凝膠電泳;微生物實驗;實驗教學改革
中圖分類號:G462 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)39-0247-02
微生物學是高等院校生物類專業的一門重要專業基礎課,是一門實驗性和應用性很強的學科。微生物學實驗是微生物學的重要組成部分,是現代生物學技術的重要基礎,對于學生加深理論知識的理解,培養創新與實踐能力具有非常重要的作用[1]。傳統的微生物實驗教學內容一般以驗證性和演示性為主,注重培養學生的基本實驗技能,但對學生綜合實驗技能和創新能力的培養有待提高。隨著國家對創新人才的需求,適當增加綜合性和研究性實驗內容的比重是微生物實驗教學改革的發展方向,對于提高學生的思維能力、動手能力有著積極的作用[1-3]。
本校非常重視實驗教學改革工作,鼓勵學生在掌握基本實驗技能后,積極參加設計性、研究性實驗,包括院校兩級的大學生科研立項或教師的研究課題,并給予相應的創新學分。通過該項措施進一步激發了學生的學習興趣,并有效提高了學生的實驗技能及分析問題和解決問題的能力。目前微生物實驗教學主要包括傳統的微生物實驗技術,隨著分子生物技術的發展,微生物研究技術突破了以往主要依賴純培養物的局限性,特別是在生態環境樣品中的微生物群落結構分析中,基于PCR擴增的分子生物學方法逐漸取代了傳統的培養方法,大大拓展了微生物研究的范圍[4]。因此,我們在后續的研究性實驗中引入了變性梯度凝膠電泳在微生物群落結構分析中的應用等創新型實驗項目,使實驗教學從基礎性向綜合性和研究性推進。
一、變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術概述
由于自然環境中微生物生存條件的復雜性,大多數微生物以未可培養的形式存在。DGGE是一種不依賴微生物培養技術的研究方法,能快速、準確鑒定環境中微生物種群,在揭示復雜微生物群落演替規律和功能基因多樣性方面具有獨特的優越性,已被廣泛應用于微生物分子生態學研究各領域[5]。DGGE技術的基本原理是在聚丙烯酰胺凝膠的基礎上,加入呈梯度分布的變性劑(甲酰胺及尿素),雙鏈DNA分子部分解鏈導致電泳遷移率降低,而序列不同的DNA分子解鏈行為不同,在凝膠中的移動速度也就不同,從而使得長度相同而序列不同的DN段分離。因此,通過測序分析凝膠上不同的譜帶,可以檢測微生物種群的遺傳多樣性和動態變化[6]。DGGE技術的工作流程主要包括以下幾個步驟:(1)環境樣品的采集;(2)樣品中微生物基因組DNA的提??;(3)DN段的PCR擴增;(4)PCR產物的DGGE分析;(5)DNA條帶的序列分析。
二、變性梯度凝膠電泳技術在微生物實驗教學中的應用
變性梯度凝膠電泳技術是一項綜合性較強的實驗技術,涉及的知識面較廣,要求學生既要有全面扎實的理論知識,又要求較強的實際動手能力。我校的微生物學實驗安排在大學二年級的上學期,通過學習使學生掌握微生物學實驗的基本原理和操作技術。此外通過后續的生化分析技術和分子生物學實驗等課程,學生掌握了聚丙烯酰胺凝膠電泳、基因組提取和PCR擴增等實驗技術。因此該項研究性實驗項目主要面向大學二年級和三年級的學生,我們為學生提供開放的實驗室環境,學生自己組成實驗小組,可根據自己的實際情況安排時間。整個實驗由學生實驗小組開展并完成,同時在實施過程中配備指導教師進行隨時指導。根據學生的學習興趣并結合實驗室的科研課題,我們近幾年開設了多項DGGE技術在微生物研究中應用的實驗,包括《氯嘧磺隆對土壤微生物類群的影響》、《SBR反應器中聚磷菌群的結構分析》、《不同森林土壤中產漆酶細菌群落結構的研究》和《厭氧污泥對偶氮廢水的脫色及污泥菌群結構分析》等研究性實驗項目。環境樣品中DNA的提取是影響微生物多樣性的DGGE檢測結果的重要因素[7],學生通過比較不同提取方法對DNA產量和純度的影響,確定了針對不同的實驗樣品(土壤或污泥)的最佳提取方法,在這一過程中加深了對DNA提取原理和方法的認識。通過DGGE圖譜的分析,學生可以直觀地了解到污染脅迫等環境條件下微生物群落結構的改變及優勢菌群形成的動態過程,更加深刻地理解富集培養技術在分離特定功能微生物上的應用。學生通過后續的序列比對分析,可以學習到相關環境中常見的微生物優勢菌屬,特別是一些非培養微生物序列的出現豐富了學生對微生物多樣性的認識。通常面向本科生開設的微生物實驗主要以好氧微生物為對象,因此學生接受的微生物學知識側重于好氧微生物,對厭氧微生物的接觸和認識較少。我們通過引入厭氧環境中微生物結構分析等實驗項目,使學生有機會接觸厭氧箱的使用,掌握厭氧微生物的培養方法等實驗內容,進一步豐富實驗教學內容,深化實驗教學改革。
三、小結
分子生物學技術的發展,展示了一個更為豐富的微生物世界。與目前基于高通量測序的微生物多樣性分析方法相比,DGGE技術具有快捷、方便、成本低等優點,適合應用于微生物創新實驗教學。通過這些研究性實驗的開展,使學生完成無法在正常教學時間進行的實驗內容,拓展了與其他學科實驗技術的綜合應用,在激發學生學習興趣的同時,不僅提升了學生的實驗操作技能和團隊協作能力,而且增強了綜合思考及分析解決問題的能力,為獨立完成畢業論文實驗及今后從事科研工作打下了堅實的基礎[8]。
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關鍵詞:高等農業院校;微生物生態學;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)11-0109-02
《微生物生態學》是西北農林科技大學資源環境學院的一門重要專業基礎課程,內容主要涉及微生物在自然界中的分布、微生物生態學的研究方法、微生物在環境生態系統中的功能、微生物在環境保護中的應用等。開設本課程是為了提高涉農專業學生,特別是本校資源環境科學專業的學生在掌握《微生物學》課程內容的基礎上,進一步學習微生物生態學的基本原理、研究方法,掌握微生物在自然界的生態分布、微生物生物種群的生態學關系,以及微生物在資源環境科學中的應用,為進一步學習應用微生物學等相關課程和從事相關專業研究奠定扎實的專業基礎。目前,本校資源環境科學專業開設48學時,其中理論教學32學時,課程實驗16個學時。通過幾輪教學實踐,筆者發現不少學生對該課程內容缺乏興趣,認為這是一門理論性較強的課程,對自己以后要從事的工作沒有幫助。因此,如何在有限的學時內,使學生較全面、系統地掌握微生物生態學的基礎知識,同時激發其學習興趣,培養學生利用微生物學知識解決環境問題的能力和創新能力,這些問題是授課教師所面臨的新挑戰。針對以上問題,筆者根據近年來的教學實踐,從更新教學內容、改進實驗環節等方面做了一些有益的嘗試,以達到激發學生學習興趣,提高課堂教學質量,培養實驗操作技能的目的。
一、教科書與教學內容的合理選擇
教科書是學生獲得系統知識、進行學習的主要材料,它可以幫助學生掌握教師講授的內容;同時,也便于學生預習、復習和完成課后作業。因此,選擇合適的教科書尤其重要。目前,市場上有關微生物生態學的教材較少,主要有南京師范大學楊家新教授主編的《微生物生態學》,黑龍江大學宋福強教授主編的《微生物生態學》,以及中國海洋大學池振明教授主編的《現代微生物生態學》。其中,楊家新教授主編的《微生物生態學》在闡述了研究理論和方法后,突出介紹微生物在不同生態系統中發揮的重要作用,著重強調微生物對生態系統的穩定和發展所起的不可替代的作用。宋福強教授主編的《微生物生態學》和池振明教授主編的《現代微生物生態學》核心內容大體一致,主要介紹了正常自然環境,極端環境和污染環境中的微生物與其周圍生物和非生物環境之間的相互關系,微生物在這些環境中的作用及其活性產物的應用;同時也介紹了微生物生態學研究使用的傳統方法和現代分子生物學方法。鑒于池振明教授主編的《現代微生物生態學》在污染物的微生物處理技術中內容[1]更加全面,涉及到廢氣、廢水、重金屬污染物、固體廢棄物的微生物處理,以及煤脫硫的微生物方法。同時考慮到本院資源環境科學專業偏向理科和農學方面。因此,結合專業特點選擇了池振明教授主編的《現代微生物生態學(第二版)》作為課程授課的主要參考教材。該教材知識點條理清晰,語言簡潔凝練,每個章節后面附有相應的思考題,幫助學生系統學習,符合資源環境科學專業的本科教學要求。
在教學內容方面,由于理論課時較少,因此需要結合專業特點,以及本課程和其他學科的內容是否交叉,來對所要講授的內容進行篩選。具體來說,本校資源環境科學專業學生在大二時已經必修了《微生物學課程》,在教學過程中適當減少一些微生物學基礎知識介紹。在農業高校中,對微生物生態學的研究,應突出土壤微生物群落的分布組成及其變化規律,適當增加本專業相關的科學研究進展知識點,如土壤微生物在提高土壤肥力,幫助農作物攝取營養,促進作物生長、抗病原菌的侵入和降解農藥,保護農田環境方面的重要功能。此外,池振明教授主編的《現代微生物生態學(第二版)》中第四章,詳細介紹了海洋環境中的微生物類群,針對農業院校的學生,可將該部分內容與水體中微生物的群落結構及其變化規律進行融合,將水體分為江河水和海水兩個大類進行介紹,重點讓學生掌握這兩種水環境中的微生物特點。結合本專業特點,在介紹污染環境中微生物生態內容時,注重突出微生物在污染修復過程中的作用,尤其是與農業資源環境相關的固體農業廢棄物的微生物處理技術;在微生物產生的生態友好物質章節,重點講授與專業相關的生物農藥和生物燃料等內容。教學內容合理調整后,突出了《微生物生態學》課程與學生專業的相關性,激發了學生興趣,進一步提高了課堂教學質量。
二、教學手段及教學方法的改進
微生物個體微小,用肉眼無法觀察,因此在《微生物生態學》理論課程講解過程中,要避免傳統照本宣科的教學方式,否則會使抽象的理論變得更加乏味,學生很快就會喪失學習的興趣。多媒體教學手段集文字、圖片、聲音、動畫等多元因素于一體,具有可視性好、生動形象、信息量大等優點,能夠把枯燥、難以理解的內容變得有趣[2]。在具體教學過程中,筆者通過互聯網廣泛搜集微生物相關課件,包括高清顯微圖片、動畫、視頻等,再根據專業特點及課程需要進行編輯、采選,并將其應用到《微生物生態學》的多媒體教學課件中,最大程度發揮多媒體工具的優勢,以達到提高教學效果的目的。例如,在講到研究微生物生態學的分子生物學方法時,需要重點向學生闡明PCR擴增技術的原理和基本程序,而傳統教學手段無法良好的呈現PCR擴增過程,筆者采用flash動畫演示和視頻演示相結合的方式,使學生輕松掌握了PCR擴增技術的原理及其三個基本反應步驟,即變性、退火和延伸。
在教學方法上,傳統的講授法是以教師為主體,這樣勢必降低學生在課堂上學習的主動性,因此,在教學實踐過程中,筆者增加了“課堂討論”教學方式。針對教材中需要重點掌握的一些知識點,提前提出一些合適的問題,讓學生去查找資料,經過獨立思考之后,在課堂上共同進行討論。這樣可使學生主動地去獲取知識,大大提高了學生的學習興趣。例如,在講到微生物與化學污染物之間的相互關系時,可以結合農業資源環境科學專業的特點提出“目前土壤環境中有哪些主要的污染物?”“有哪些生物修復技術可以應用到這些污染物的處理中去”等問題,讓學生通過自己查閱文獻,培養獨立思考和解決科學問題的能力。三、實驗教學環節的優化
實驗課是《微生物生態學》的一個重要實踐環節,是課程理論知識與實踐應用連接的紐帶,對于學生實驗技能的掌握和實際應用具有重要意義。傳統的微生物生態學教學相關實驗可多達幾十個,常見的實驗有:土壤中微生物生物量的測定、空氣中微生物的檢測、水質的細菌學測定、微生物對纖維素的分解作用及分解強度的測定、硝化作用及硝化細菌的計數、水中總大腸菌群的檢測、水中糞大腸菌群的檢測、生物污泥的活性測定、固氮菌的分離與測數、活性污泥菌膠團及生物相的觀察等。針對農業高校的環境類專業的學生,應當結合他們的專業特點合理選擇相關實驗。例如,可將圍繞土壤微生物開展實驗,具體可以選擇農田土壤作為研究對象,對土壤中微生物生物量、細菌和真菌呼吸作用強度、纖維素分解能力進行測定,還可進一步對其中的固氮菌進行分離計數。采樣過程中,教師指導學生掌握采集和保存農田土壤樣品的方法,重點強調樣品的低溫保存,以保證土壤樣品中微生物活性;樣品測定過程中,指導學生掌握各種指標的測定方法,識別農田土壤中常見的纖維素分解菌和固氮菌,了解農田土壤中微生物與土壤肥力的關系。同時,為了激發學生對微生物生態的學習興趣,在實驗課環節,除了設置自然環境中(土壤、空氣、水體)微生物的檢測,增設一些特殊環境中微生物的檢測,例如讓學生檢測自己口腔中的微生物情況,檢測自己手機上微生物的數量和種類等,使學生直觀的體會微生物與人類自身生活的密切聯系。
隨著分子生物學技術的不斷發展成熟,使傳統微生物生態學研究領域由自然界中可培養微生物種群擴展到微生物世界的全部生命形式(包括可培養、不可培養、難培養的微生物及其自然界中環境基因組等)[3],這就要求高校學生了解一些基本的分子生物學實驗技術。在理論課的第二章中,教師已經向學生講解了研究微生物生態學的分子生物學方法,因此,在此基礎上在實驗課增設土壤微生物基因組DNA的提取和PCR擴增實驗,為學生掌握分子生物學技術在微生物生態研究領域的應用奠定基礎。
實驗報告是實驗不可或缺的一個重要部分,在微生物生態學實驗課程中,教師對學生實驗報告提出了新的要求。首先,在每次實驗課之前,需要學生撰寫預習報告,敦促學生熟悉實驗,初步了解實驗目的、原理和步驟。實驗結束后,學生應認真完成實驗報告內容,針對教師在實驗課程中提出的思考題,查閱相關資料來拓寬知識面;完成報告中“實驗心得及思考”內容的撰寫,對實驗進行總結,從而加深印象。
四、結語
《微生物生態學》是一門與人類活動關系密切、理論與實踐相互滲透的學科,在現代農業高速發展的大好形勢下給農業高校的教學提出了新的要求與挑戰,因此教師需要結合農業高校的專業特點進行教學改革,從理論教學內容選擇、實驗教學課程優化等方面出發進一步提高教學質量。今后,教師還應不斷更新和完善教學內容,借鑒國內外先進成熟的教學經驗,探索新的教學方法與模式,在教學實踐中不斷總結和提高。
參考文獻:
[1]池振明,王祥紅,李靜.現代微生物生態學[M].第二版.北京:科學出版社,2010.
關鍵詞:微生物學實驗; 教學模式; 探索
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2013)09-117-002
微生物學是生物科學的一個重要的分支,是生物科學中理論性、技術性、應用性都很強的基礎學科之一。微生物學的發展,促進了許多重大理論問題的突破,為分子生物學和分子遺傳學的發展奠定了基礎[1]。微生物學實驗是微生物學教學內容的重要組成部分[2],對印證和鞏固微生物學理論知識,以及研究與應用微生物都具有很重要的作用。因此,隨著生物科學的不斷發展,如何進一步通過微生物學實驗課程的教學,培養學生掌握實驗方法與實驗技能,提高學生思維能力﹑綜合應用能力和創新能力,提高學生綜合素質,是微生物學實驗教學重要的研究課題。對這一問題,許多高校都展開了探索和實踐,如林雁冰[3]等研究構建了一種創新型微生物實驗教學體系,黃族豪[4]等對生物科學專業創新人才培養進行了探索與實踐。近年來,我們針對黔南民族師范學院生物科學專業的本科學生,對微生物學實驗課程的教學模式進行了探索和實踐,為高素質創新性人才培養提供理論參考和實踐依據。
一、修訂微生物學實驗課程教學大綱,整合實驗內容,構建實驗教學模式
黔南民族師范學院是改革開放以來,在實施西部大開發戰略進程中,由教育部和貴州省人民政府批準的一所省州共建、以省為主的本科層次的民族師范院校。新建的地方院校,經費困難,用錢的地方很多,實驗設備短缺而陳舊落后,由于微生物實驗受儀器設備和實驗學時等條件的限制,擬訂的實驗教學大綱開設的實驗項目數偏少,僅有8個實驗(只有1個綜合性實驗,其余都是簡單的驗證性實驗),實驗內容單一,相當學生學習消極,培養學生的實驗方法和技能單調、不利于學生創造性思維和創新能力的培養。
近年來隨著各級政府對學院的投入增加,實驗室建設有了長足發展,實驗設備儀器得到添置,實驗條件有所改善。為了加強培養學生的實驗技能,提高學生的實驗素養和創新能力,我們根據微
生物學科的特點,結合我院的實際和多年的教學實踐,本著以人為本,以學生的發展為根本的教學理念,夯實學生基礎,注重學生創新能力培養的原則,修訂微生物學實驗課程教學大綱。新的微生物學課程實驗大綱將原來的實驗內容由8個實驗調整為10個(其中5個驗證性實驗,3個綜合性試驗,2個設計性實驗),實驗學時由原來的24學時增加至48學時(其中2個綜合性實驗與1個設計性實驗,每個實驗時,其余為3個學時,共計48學時)。按照人們認識事物的規律和微生物學知識的邏輯關系,將上述微生物實驗的內容整合為三個模塊,即基礎性微生物學實驗模塊、綜合性微生物學實驗模塊、創新性微生物學實驗模塊,構建形成微生物學實驗課程教學模式。該模式體現了微生物學實驗課程客觀規律的教學框架,它具有目的明確、內容具體、結構穩定和實踐性強的特點,在實施過程中注意三個模塊的實驗內容既有區別又有聯系,使學生能系統掌握微生物實驗的基本方法和技能,培養學生的綜合素質和創新能力。
二、基礎性實驗模塊實驗內容的整合
1.教學目標
通過開設5個實驗,使學生印證和鞏固微生物學的基本知識、基本理論;掌握微生物學實驗的基本操作技能(包括臨時裝片制作技術、微生物形態觀察技術、微生物轉管培養技術、微生物實驗無菌操作技術),環境消毒的方法,體會無菌操作的重要性,牢固樹立無菌概念;培養學生獨立使用實驗儀器開展實驗的能力,為進一步開展綜合性實驗和設計性實驗奠定良好的基礎。
2.主要內容
將微生物在實驗室環境和人體表面分布,微生物的形態識別,細菌特殊構造的觀察,真核微生物與原核微生物的形態和區別,顯微鏡、細胞計數器、測微尺等儀器使用,培養基制備、無菌操作技術、微生物染色觀察技術等知識整合為5個實驗。即:(1)培養基制備、滅菌及環境消毒;(2)實驗室環境、人體表面微生物的檢查及無菌技術;(3)細菌、放線菌、酵母菌和霉菌的制片及簡單染色觀察;(4)細菌革蘭氏染色、芽孢、莢膜、鞭毛染色;(5)微生物大小測定、顯微鏡直接計數技術和懸滴觀察。每個實驗3學時。原來的微生物學實驗課程大綱對這部分實驗內容安排了7個實驗(每個實驗3學時),但還不包括細菌芽孢、莢膜、鞭毛染色和微生物大小測定等實驗內容。經過上述整合,不僅豐富了實驗內容,還對學生的實驗技術和操作技能進行多方位的訓練,為綜合性實驗和設計性實驗打下堅實的基礎。在實驗順序上,按前一個實驗作為下一個實驗的基礎或準備進行安排,使實驗體系緊湊,邏輯相連。如培養基的制備實驗的結果,就為實驗室環境、人體表面微生物的檢查及無菌技術實驗做好了培養基的準備,節約耗材,提高實驗的效率。
3.教學方法與效果
該模塊的教學方法利用黑板板書和多媒體,教師用邊示范操作邊介紹的方法進行教學。對微生物形態觀察的實驗內容為學生制作示范鏡顯示觀察結果。在學生實驗過程中,教師觀察各實驗臺學生操作情況,并及時糾正不規范的操作。實驗報告按傳統的格式完成。實驗準備和預備實驗由指導教師帶領學生進行(學生以實驗臺為單位輪流安排)。經過該模塊的學習和訓練,學生反映良好,對他們實驗能力的提高幫助很大。
三、綜合性實驗模塊實驗內容整合
1.教學目標
綜合性實驗的教學目標是強化學生的動手能力、實踐能力和將微生物各單項基礎實驗技術整合應用的能力,培養學生綜合實驗技術,分析和解決實際問題的能力。
2.主要內容
將基礎性實驗模塊的實驗內容有機整合,把微生物的分離、培養、鑒定、生理生化、環境條件對微生物的影響等知識整合為3個綜合實驗。即:(1)IMViC試驗;(2)土壤中微生物的分離培養及初步鑒定;(3)大型真菌菌種分離、質量鑒定。其中第1個實驗為3學時,剩余的的2個實驗各為時。該部分實驗在強化基本原理的基礎上,把實驗內容與生產實際和科學研究緊密聯系起來,真正做到理論聯系實際,為微生物實驗技術廣泛應用打下堅實的基礎。
3.教學方法與效果
綜合性實驗的教學主要以學生為主,將單項基礎性實驗根據實驗目的進行有機組合,集成微生物實驗方法和技術,形成對微生物研究和應用的綜合技術。如土壤中微生物的分離培養及初步鑒定綜合性實驗,將培養基的配制、滅菌、分離、鑒定、轉管培養、菌種保藏等技術進行整合,形成土壤中微生物的分離培養及初步鑒定整套實驗方法和技術。教師在實驗前提前布置實驗題目,交待實驗目的和要求,學生獨立擬定實驗方法和步驟,實驗前由教師檢查實驗方案合理后,學生獨立實施。實驗過程中觀察學生的實驗操作方法是否規范,并及時指正。實驗準備以實驗臺為單位,在指導教師的帶領下進行。實驗報告以小論文的格式完成。學生對這種應用性較強的模塊學習積極性較高,能發揮學生的主觀能動作用,知識掌握程度也牢固。
四、設計性實驗模塊
1.教學目標
該模塊以人才培養與社會對人才需求有機接軌為目標,培養學生綜合運用所學知識和技能,結合經濟社會發展的需求,開展設計性實驗,進行探究性學習,培養學生的創新思維和創新能力。
2.主要內容
該模塊是學生進入工作崗位(教學、科研、生產等各領域)從事微生物和相關領域工作必備的知識和技能,也是學校人才培養與社會對人才需求實現無縫結合的重要環節。根據當地經濟社會發展人們生活與生產亟待解決的熱點問題,結合學生特點作為實驗內容,開展具有本院微生物學科特色的設計性實驗。即(1)當地飲用水源水中細菌總數和總大腸菌群的檢測(時);(2)牛乳的巴氏消毒、細菌學檢查、酸乳的制作及質量檢測(3學時)。
3.教學方法與效果
設計性實驗由教師結合社會發展需要,在實驗前提出實驗題目和要求,學生獨立設計實驗方案,指導教師檢查合理后,學生獨立進行實驗。實驗過程教師觀察學生操作,指導學生解決實驗過程中出現的問題。實驗準備以實驗臺為單位,仍然在指導教師的帶領下進行。實驗報告以小論文的格式完成。該模塊內容結合社會生活與生產實際,實踐性和應用性很強,學生學習的積極性高,主動性強,能有效促進創新人才的培養。
五、實驗成績考核
實驗成績由學生制訂的實驗方案(30%)、完成的實驗報告(30%)和實驗技能(40%)構成。實驗方案和實驗報告按統一的基本要求作為評分的標準,由指導教師評閱給出成績。技能考核以大型真菌組織分離制作菌種作為技能考核單元,從培養基配制和滅菌、接種環境消毒、組織分離方法、無菌操作等方面綜合檢查學生對微生物實驗基本操作技能的掌握情況,以成功分離無污染的菌種為判定標準,記載考核成績。指導教師對實驗報告評閱在下一個實驗前批改發給學生,并在下一個實驗前對前一個實驗進行小結,肯定成績,指出不足,以利于學生及時改進。
六、小結
微生物學實驗教學模式從2009年開始在我院生物科學專業2007級兩個班的微生物學實驗課程中摸索,在生物科學專業2008級職業師資班微生物學實驗課程的教學過程中逐步完善,經過對生物科學專業2009級兩個班學生的教學實踐檢驗,得到學生的認可。不管是哪個年級,在微生物學實驗課程結束后,相當部分的學生向指導教師提出申請,要求教師指導他們進行微生物學方向的研究性學習,有些同學在畢業論文選題時選擇微生物學領域的內容。由此微生物學課程教師常常因要求的學生過多而超過學院規定教師指導學生的任務。學生通過微生物學實驗教學模式的學習訓練,成果顯著,有的發表了研究論文,有的考取碩士研究生。實踐證明,通過以上對微生物學實驗教學的改革,建立的微生物學實驗課程教學模式,符合我院生物科學專業學生的特點,使學生認識到了微生物學實驗課程的重要性,大大激發了學生對微生物學實驗的興趣,調動學生學習的積極性和創造性,發揮學生學習的主觀能動性,培養了學生的動手能力、思考分析、解決問題的能力和創新能力,為學生適應將來工作或進一步深造奠定了良好的基礎。
基金項目:貴州省高校專業綜合改革試點項目:黔教高發[2012]426號;黔南民族師范學院微生物學重點學科建設項目:院政發[2011]04號;黔南民族師范學院優秀教學團隊建設項目,院教發{2011}5號。
參考文獻:
[1]周德慶.微生物學教程[M]北京:高等教育出版社,2011,4
[2]沈萍,陳向東.微生物學實驗[M]北京:高等教育出版社,2007,11
關鍵詞:特色;環境微生物學;課程改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)20-0054-02
高等學校實施創新、實踐為重點培養的素質教育以來,需要開創相應的教學方式。以前,高等教育偏重于在知識講授、學生理解和應用層面上開展教學活動,近年來,也有高校進行綜合應用和創造性解決問題層面的教學方法探索,但與高等學校的培養目標相距甚遠,因而要培養學生的創新精神和實踐能力非常困難。信息技術廣泛應用于教學領域為培養學生的創造性思維和能力提供了條件。如何處理好創新精神培養與科學態度培養、學習科學知識和解決實際問題能力培養、內部思維操作與外部實際操作、認知發展與情感體驗、獨立思考與合作探究等課題已倍受國內外教育工作者的普遍關注。環境微生物學是環境工程專業和環境科學專業的主要的專業基礎課程。環境微生物學還屬于多學科相互交叉的前沿研究領域。本文是針對環境工程專業、環境科學專業的特點,探索一種注重于學生主動收集信息、加工處理信息、解決實際問題,并在實踐中獲得積極情感體驗的教學方式,使學生的學習得到總體提升。本文從以下幾方面進行本課程的建設。
一、重視實踐教學環節建設,實現工程應用型人才的培養目標
環境微生物學是一門實驗技術要求較高的學科,做好實驗及實踐環節能有效地提高學生工程應用能力。實驗課主要培養學生動手、動腦能力,提高創新思維,培養和逐步提高科研能力。在以往的實驗課教學中,學生只能做驗證性實驗,因為結果是已知的,故同學們興趣不高,也缺乏思考。如何將環境工程微生物學實驗技術和前沿進展一同傳授給學生,使學生在系統地掌握環境微生物學實驗技術體系的同時,也能夠運用所學專業知識解決實際問題,這些是很重要的教學內容。根據幾年的教學實際,我們進行了一系列改革和嘗試,比如構建環境微生物實驗課新體系等,而且取得了更好的教學效果。實踐教學環節包括基礎實驗和工程實個環節。
1.改變原有的實驗內容,按科研實踐順序重新安排實驗內容和實驗順序,建立我校環境微生物學實驗課程新體系。由于環境微生物學涵蓋的實驗內容豐富,環境微生物學和其他的課程存在交叉重疊,所以必須在實驗內容上有所取舍。環境微生物學的基礎操作占了重要地位,所以首先要讓學生牢固掌握這方面的技能,包括培養基的制備,微生物的接種、培養和保存,微生物的染色技術及顯微觀察實驗(如美蘭染色法,革蘭氏染色法),細菌三程形態的觀察及細菌、真菌和放紅菌的觀察實驗。綜合性實驗包括環境微生物生態學實驗(微生物在土壤環境中的分布、類群、活性及其相互作用),環境微生物的監測方法與評價體系,環境微生物分子生態學試驗(環境樣品總DNA提取技術),微生物法處理技術污染物。大的綜合性試驗能使學生用微生物的基礎知識,解決應用微生物和環境間的一些問題,試驗與實際相結合,使學生加深對科學前沿發展情況的了解,開拓視野。
2.用生活實例激發學生的興趣。在環境微生物學教學過程中,應結合生活,使學生養成使用所學知識關注和改善當今社會上各種環境問題的能力。通過酸雨、白色污染、固體廢棄物污染、重金屬污染、能源危機等當今社會主要環境問題的講解,讓學生意識到專業的重要性;讓學生了解生活中有害微生物,如酸奶里有活性的微生物、發霉物中主要的微生物、校園人工湖的微生物生態及類群、教室和醫院微生物中與致病性相關的群落等,將所學融入到日常生活,充分激發學生探索知識的熱情。
二、優化理論教學內容、教學手段,體現專業特色
環境學科具有涵蓋面廣的特點,其專業基礎課程《環境微生物學》的教科書涵蓋了環境微生物的理論、技術及檢測流程等內容。為培養學生學以致用、緊密聯系實際的能力,我校教學中應從教學內容與教學手段兩方面進行改進。
1.教學內容方面,圍繞水、大氣、固廢污染的防治進行。(1)教材的選取上認真比較。目前,《環境微生物學》教材主要有:高等教育出版社出版,王家玲主編的《環境微生物學》;華中科技大學出版社出版,趙開弘主編的《環境微生物學》;浙江大學出版社出版,鄭平主編的《環境微生物學》;哈爾濱工業大學出版社出版,馬放、任南琪主編的《污染控制微生物學》。前兩本教材的體系基本相同,王家玲主編的教材內容較為寬泛,通過多方面比較,作者認為馬放、任南琪主編的這本教材更適合我校環境工程專業選作主教材。(2)教學內容上的取舍。教師切忌照本宣科,應該更結合實際,多增加些創新性的實驗,同時講課中還應該做到有重點、概括、啟發。例如要重點講解環境中的主要微生物類:細菌、真菌、原生動物和后生動物,這些物種的各自結構、特點,因為對污水處理過程中的微生物檢測這些內容是很重要的部分;微生物與環境之間的關系、微生物對環境的危害及人利用微生物進行保護環境的實例,如淡水水華、污水處理、有機垃圾發酵沼氣等,使學生對該課程學習的重要意義有一個清晰的認識,激發學生對學習該課程的興趣。
2.采用多媒體的教學手段和多種教學方法相結合,激發學習興趣,鍛煉動手和創新能力。利用多媒體教學使學生有興趣自主學習本課程,從而提高學習效率。在教學中改變“滿堂灌”的教學方法,主要以討論式、啟發式教學,使學生變被動為主動。讓學生發揮主觀能動性,積極參與各種實驗問題的解答,使學生在探討中學習新知識,并逐漸養成遇到實際問題時,善于用所學過的理論知識進行解決的良好的學習和思維習慣。
對于環境微生物學課,我認為教改難度較大、周期較長。隨著杭州電子科技大學環境工程、環境科學課程教學,還會發現更多需要改進和完善的內容。為體現本專業理論與實際相結合的特色,增強學生創新力、競爭力的思想,還需進一步探索《環境微生物學》課程改革的新內容。從2011年新的課程改革實施后,學生認為微生物學和生活聯系非常緊密。部分學生參與到教師的科研中,學生能自己設計完整的實驗進程,取得了很好的成效。
參考文獻:
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關鍵詞:高職 微生物學課程 教學改革
微生物學是生命科學的重要組成部分,也是一門實踐性、應用性很強的學科。本課程的教學目標是使學生能夠正確掌握微生物分類、結構、生理活動等基礎知識,確保學生能夠進行有關微生物生產的必要基本技能操作,并掌握應用微生物學理論知識分析問題和解決問題的基本方法,從而為后續的職業技術課程的學習與生產實踐奠定必要的理論基礎和實踐技能。作為職業技術院校制藥專業一門重要的基礎課,為適應新形勢下教育的需求,微生物學專業人才培養已開始在學科專業機構和專業模式上向21世紀新的教育方向靠攏。通過不斷更新和豐富教學內容、優化教學方法與教學手段、創新和改革教學體系等途徑,使微生物學教學改革在人才培養、科技創新、社會服務、文化建設等各個方面發揮優勢,為培養高級技能型、應用型高職人才奠定基礎。
一、更新、豐富教學內容
教學內容的改革是教學改革的核心,處理好現代科技的發展及前沿研究內容與經典內容的關系是教學內容改革的重點。以現代觀點審視和重新組織教學內容,使課程內容、課程結構適合現代生物學發展的要求。以形態構造、生理代謝、遺傳變異、生態分布、分類進化五大生物學規律為主線,強調基本理論、基本技術,從微生物細胞的個體形態、群體特征、分子水平和實踐應用四個層次建立優化的微生物學課堂教學體系,充分體現學科的系統性和專業性。教學內容應突出微生物的獨特性、應用性及對人類的貢獻。教師可以將微生物學知識與當前已發生的事件結合起來,啟發、引導學生靈活運用掌握的知識解決實際問題,適時介紹一些微生物學前沿知識、學科發展動態及應用領域的熱點問題,反映當代微生物學科的成就,引導學生將微生物學知識與本專業的科研工作聯系起來,把最新的科研成果引入教學,有意識地培養學生的科學態度、科學精神和創新思維。
二、優化教學手段與方法
傳統的以教師為中心,以講授法為主的教學模式不能充分調動學生的學習積極性和主動性,學生主體學習意識淡漠,針對目前我校部分學生學習知識目標不明確,學習方法不當,為應試而學習,造成理論與實際不能很好結合的現象,我們通過優化教學手段和方法,有機融合理論教學與實驗教學內容。充分利用我?,F有資源,來促進學生與學生、學生與老師之間的交流,激發同學們的學習熱情。
合理利用學院優越的教學條件是提高課程教學質量的基本手段。在本課程教學中,我們充分利用學院完善的多媒體教學資源、電視顯微鏡設備組織教學,通過多媒體課件、視頻、標本與即時的實驗操作進行形象、直觀的教學。同時,加強與本地區制藥企業的聯系,與企業一線生產人員共同探討課程教學內容,充分激發學生的學習興趣,調動學生的積極性、主動性和創造性,培養學生綜合分析、獨立思考和解決問題的能力。
在教學方法上,我們依據高職學生文化基礎、思維特征,針對不同的具體內容選擇采取了項目教學法及案例導入法等多種“教、學、做合一”的形式開展教學,從而實現了將過去以教室為中心的學習形式向以實驗室工作過程為中心和“邊教、邊學、邊做”形式的過渡。例如,將基礎知識部分組織成多個承前啟后的項目,微生物應用部分(如微生物與發酵、食用菌栽培與藥品的微生物污染檢測等)采用案例法組織教學。通過啟發與討論、理論密切聯系實際等方法引導學生加深對所學知識的運用、提高學習的興趣與積極性。提供適量學時,鼓勵有積極性的學生自選教學內容,采取合作或獨立查閱資料和制作多媒體課件進行授課的形式實現了師生主體角色的轉換,從而使學習以形成綜合能力為目的而非單純的知識攝取。同時鼓勵學生在實驗教師的指導下,根據自身興趣進行微生物實驗的設計與操作。
在有了一定的手段與方法基礎上,我們認為利用適當的幽默或英文等教學技巧也是提高教學效果的良策。再者,理論課與實驗實訓課的結合,可有效培養學生解決實際問題的能力。實驗和實訓是課堂教學的延續,是課本知識的具體化。在加強課堂教學的同時要強調基礎性實驗,突出綜合性實驗和開放性實驗,鍛煉學生綜合運用實驗技能和理論知識的能力,使學生更多地通過實際操作掌握微生物學的知識和技能。
微生物學的一些相關網站如“微生物之家”“丁香園”“生物谷”等可使學生在較短的時間內獲取更多的信息,從而鍛煉學生獲取知識和分析問題、解決問題的實踐能力,為學生將來在競爭的社會中立足與發展打下良好基礎。
三、改革實踐考核制度
在對本課程教學模式進行探索與實踐的同時,我們對其考試制度也進行了改革,把傳統的以理論為主、實驗為輔的考試變為理論考試和實驗操作考核并重的新型綜合考試制度,使實驗成績與理論成績之比達到1∶1,其中實驗考核以實踐操作為主,口試、筆試為輔。同時,堅持平時表現與考試考核并舉的形式對學生進行知識、能力和素質等方面的綜合評價,即按照平時考勤、提問和作業成績占總成績20%、理論考試和實驗成績(包括實驗操作考核、實驗課表現、實驗報告等)各占40%的分配比例進行課程成績的綜合評定,從而使本課程的成績考核既符合高職以過程為導向的課程觀和以行動為導向的教學觀,又實現了考試過程的全程化和考試手段的多元化;既增加了考試的靈活性,又調動了學生實踐操作的積極性,取得了較好的教學效果。
關鍵詞:微生物學 實驗課 教學改革 食品
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2014.17.012
隨著經濟水平的發展,人們對食品的需求已經從基本生理的需求上升到對品質、風味和健康方面的需求。在食品原料儲藏、食品加工及流通、消費等領域,無論是否主動利用微生物,微生物都會從多方位進入相關環節中,直接影響食品的生產。尤其是微生物在生長代謝中可能產生對人有毒害作用的產物,將嚴重危害食品的安全性。這就要求食品專業的技術人員必須具備微生物學的專業知識,而且更需要應用微生物學的技術,充分利用有益微生物,科學地防控食品中的有害微生物。因此,對于食品類的本科專業應該適應社會發展的需求,結合生產實踐調整微生物學授課的內容,特別是實驗課的內容,使微生物學課程能夠通過實驗教學得以理論聯系實際,培養學生解決實際問題的能力,為培養綜合性高素質人才發揮重要作用。
1 根據學生的基礎和專業需求,調整實驗教學內容
微生物學的應用性強,課程一般包含有30%到50%課時的實驗教學內容,以往的實驗課程一般是在基礎微生物學的基礎上開設,往往涵蓋了較多比例的微生物基礎性操作,這些操作的實驗比較費時,涉及的內容也很多,雖然有利于強化學生的基礎,但在有限的學時內不利于提升學生的專業技能。前些年,河南工業大學食品專業的微生物課程所安排的顯微鏡使用及微生物形態觀察的課時可達實驗課時的三分之二或更多,雖然學生通過訓練對于顯微鏡使用技能可達到較高的水平,對于常見的微生物形態也有較多的認識和了解,但這些內容在解決食品專業的實際問題中沒有對應的結合點。根據一些已經走上工作崗位的畢業學生反映,他們本科時所學的許多內容難以在實際工作中應用,而具體涉及的一些操作由于沒有得到專門的訓練,往往需要通過較長的適應期才能對于相關的操作熟練掌握。
針對本課程在選擇實驗內容時實用性和專業性不強的問題,課程承擔教師進行了企業實踐需求調研和課程改革的論證,調整了一些實驗內容。例如以前設置的實驗課中專門有顯微鏡使用的內容,考慮到中學的生物課程中已經有一些這方面的應用基礎,而且顯微鏡使用的基本操作比較簡單,但實際針對各種不同微生物類群的觀察,有一些細微的方面必須在具體觀察時才能進行訓練,因此,將顯微鏡使用的技術訓練分散到具體微生物類群的觀察中,總體省去了3個學時的課程,訓練的效果不僅沒有降低,相反,學生觀察食品中重要微生物類群的能力有明顯的提升。
2 重視實驗內容設計,培養學生綜合能力
微生物學應用大部分實驗往往是由許多環節組合而成的綜合性內容,每一個環節看上去是一些簡單的基本操作,但均會影響最終的結果,如果在實際操作中不能有效控制每一步的系統誤差,最終的結果可能難以反映實際的狀況。如食品中細菌總數的測定、糧食及農產品中真菌的測定等均為綜合性實驗,不是一次實驗就能夠完成的工作。如果將實驗內容進行分割,課程的教學比較方便,但不利于學生形成完整的概念。因此,我們在課程改革中將這些內容進行有機的組合,對實驗時間做了必要的調整。例如,將培養基的制備與農產品真菌檢測進行整合,利用對培養基和器皿滅菌的時間進行農產品菌懸液的制備和稀釋,然后將整個檢測操作一次性完成。這樣的操作不僅可以使學生了解檢測農產品的真菌需要準備哪些器材,而且知道為什么準備這些材料,明確所做的準備與實際應用的對應關系。這種對一個應用技術的完整認知使得實驗操作的知識整體化,有利于學生理解和記憶。根據微生物學課程考試的相關統計,通過相關改革實踐后,有關微生物檢測綜合考試題的得分普遍有明顯提高,說明學生對該方面知識掌握得更加準確、全面。
3 適應實際應用的發展,及時更新實驗內容
微生物學技術發展迅速,在生產實踐中應用微生物的技術也在不斷更新,如果要根據新的教材做實驗,需要較長周期才能對實驗內容安排進行調整,學生所學的知識肯定與生產實踐脫節,難以在實際工作中應用。這就要求我們密切關注行業技術和相關標準的變化,適時調整實驗的內容。另一方面,我們還需要在實驗課的講授過程中向學生介紹技術發展的沿革和變化的內容,闡述技術發展的原理,使學生不僅學到了最新的技術,而且可以了解更多的綜合性知識,提高學生實驗操作和探索實驗原理的興趣。例如,食品中大腸菌群數的測定是食品衛生和食品安全性常規的微生物檢測,通過該實驗的訓練可為將來從事食品微生物學檢測工作打下良好的基礎。但近幾年來,我國國家標準對常規微生物檢測方法進行了許多更新,為了讓學生能夠學以致用,我們在實驗課中也對所用的方法進行了更新。在GB/T 4789.3―2003 國家標準中,初發酵使用的是乳糖膽鹽發酵培養基,而更新后的標準GB 4789.3―2010中使用的是月桂基硫酸鹽胰蛋白胨肉湯,這一培養基配方在表觀性狀以及檢測原理方面也有很大的變化,同時該方法已經變更為強制性的國家標準,在食品檢測中必須執行。如果我們仍按照教科書上的安排進行實驗,勢必會造成教學和應用的嚴重脫節。因此,盡管在培養基的制作成本方面有較多的增加,我們仍按照新的國家標準進行了實驗改進。當學生通過實驗課了解了檢測的原理、掌握了新的檢測方法,他們在畢業后進入工作崗位時將能夠更快地適應工作,有利于縮短崗位的“磨合期”。
4 改革實驗教學方法,提高實驗效果
傳統微生物實驗課程一般是教師在黑板上寫出操作過程的板書,在實驗介紹時,老師按照實驗教材的內容,對實驗原理、實驗步驟進行講解,當涉及主要的實驗操作時,授課教師要進行實驗操作演示。微生物個體微小,許多實驗操作非常精細,依靠示范操作很難被學生看清楚,往往實驗演示的效果較差。由于教師不能逐一了解學生所觀察的內容,以至于有些學生將顯微鏡中看到目鏡、物鏡中的污染物及載玻片上的花紋作為菌體,導致發生錯誤的實驗結果。為了提高實驗教學的效果,我們裝配了一套微生物學教學多媒體系統,該系統主要由教師和學生的顯微鏡網絡系統組成,系統實時性、互動性強,在微生物形態學實驗時,可由教師對學生的實驗圖像進行監視,了解學生所觀察到的生物是否正確,可以單獨進行通話、輔導。如果是共性的問題,可以將圖像投影到大屏幕中進行講解。在講解實驗原理、步驟及技術要點時,應用多媒體系統的視頻播放功能,使得教學演示更直觀,授課的效果更好。還可以通過對教師的操作過程進行近距離、多方位的拍攝和特技制作,使一些關鍵性的操作可以被所有學生清晰地觀察到,并可以在學生實驗期間反復播放,供學生模仿和練習,提高了學生學習的效率。特別是顯微鏡調節的技巧講解,原來的單機實驗只能對一個人進行指導,或只能進行抽象的講解;現有的系統可以在大屏幕上進行動態調節和實物講解,使每一個學生都可以直觀地進行學習和訓練。另外,有時候為了避免學生進行一些不規范的實驗操作,提醒學生在實驗操作過程中盡可能加以避免,可以播放往屆同學的實驗結果、實驗過程的視頻或遞交的作業,其教學效果也很理想,可以讓學生在實驗過程中留下較深刻的記憶。
5 讓學生參與更多的實驗準備,提高學生的動手能力
微生物學實驗準備涉及的工作比較繁瑣,尤其是一些材料的準備工作更是如此。如果由實驗教師來完成,學生所做的實驗其實不是完整的工作,同時學生可能也會感覺實驗操作過于簡單,所做的工作只是添加一些試劑而已,也不利于培養學生的實際工作能力。針對這種現象,我們排除了學生操作人多、事雜,不易管理的困難,盡可能讓學生自己準備所需的材料,完成整個實驗過程。例如,實驗所用器皿清洗,移液管、試管、平皿的包扎,無菌水的制備等均由各組實驗學生自己完成,設法讓學生通過自己的動手實踐,提高實際工作的能力。
在教學實踐中,我們也發現有一些由于場地、設備的原因,無法由學生自己操作的實驗,而且這些操作對于提高學生的工作能力有重要影響。例如,培養基滅菌操作時間長,設備有限,不能由學生自己操作,但沒有經過一次全過程的高壓蒸汽滅菌訓練,學生今后工作時可能沒有把握直接去進行這個操作。對于無菌室的應用也是如此,雖然工作不復雜,但沒有經歷訓練仍是一個缺陷。對此,應該引導學生利用畢業實習的機會,結合研究課題到實驗室進行必要的參觀和訓練,以便在工作崗位中對涉及微生物學相關的技術都能熟練處理,為培養知識全面和訓練有素的高素質人才奠定基礎。
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【關鍵詞】: 微生物學、教學、農業教學、探索
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1003-8809(2010)-08-0172-01
一、 微生物學的發展歷程
在前漢后期的《泛勝之書》記錄中就提起到肥田中用熟糞及小豆與瓜果輪作的種植方法,公元141年,名醫華佗進行麻醉和外科手術時主張割去腐肉以防傳染,1676年,荷蘭人列文虎克用自制的顯微鏡觀察生物,第一次觀察到了細菌并對其形狀進行了描述。后來細菌奠基人柯赫先生提出了細菌會產生于農業牲畜體內,這種病菌可以分離出來,在牲畜體外培養,并認為患某種疾病的動物體內一定存在特定病原菌,將此原菌接種到敏感動物,必然會引發相同的疾病。還有一個就是和農業微生物學有著巨大關系的施勒辛和明茨,19世紀后期,農業化學和細菌學的形成和發展為研究土壤中物質轉變開辟了道路,在1877年,施勒辛和明茨證實土壤中的硝化作用是通過微生物進行的,1891年,偉林頓又證實了硝化作用不僅在土壤中,也可以在含有銨鹽的液體中用土壤接種來產生。
這三個研究成果,隨后在民國時期正式傳入中國,不可否認,這三個研究成果對中國微生物學發展起到了莫大的幫助,截止現在,我們微生物學界內還會用及到這三個研究成果的理論知識。對于現代微生物來說,微生物成為了一門熱門的前沿基礎學科,在基礎學理論研究方面,逐步進入到了分子水平的研究中,在應用研究中,向著更有效和良好的方向發展。
二、 農業微生物學教育的重要性
現今生活中離不開微生物的影子,也更離不開微生物學的研究。水果、蔬菜、毛巾、化妝品等等,都含有微生物的存在,這些物品的成分由來,就是微生物學科學家和學生們多年研究出的成果,把反復試驗成功的微生物加載到需要的物品中,制造出和我們生活息息相關的物品,微生物學的研究教育工作,給我國的經濟、高新、生物、農業等帶來很大的幫助,中國的礦物質隨著人為和環境的破壞而日益減少,具新華社報道,以中國目前的煤炭使用量來說,中國煤炭資源只能在維持70年,可以試想,70年以后,滅絕的不只是煤炭,還有石油、稀有物質等,如果我們沒有了這些必要物資,我們該怎么辦?只有通過自主研究新的微生物能源,創新出更有效地物資來保證人類生活的正常運轉。
微生物學的應用范圍不單單限制于生活應用中,它的分布范圍非常廣,對于土地來說,1g沃土中含菌量高達幾億甚至幾十億。正介于微生物具有生長快、代謝能力強的特點,才使得微生物能夠成為發酵工業的產業大軍,在工、農、醫等戰線上發揮巨大作用。正因為微生物學的重要度如此之大,所以中國和世界都極其需要微生物學的教育者和探索者,用他們的努力成果來給我們未來的生活保障和依靠。所以說,微生物學的教育是必然的,微生物學的探索研究也是必要的。
三、 如何開展微生物學的教育和探索
1、讓學者正確認識微生物學的重要性。只有正確意識到微生物學對人類的幫助,才能用心的去學習,,社會中的事物是多面性的,都是相互依賴、相互聯系的,都全面反映了事物之間的密切關聯,正確看待、正確理解。才能學好微生物學的奧妙知識。
2、加強學術隊伍建設,建立多層次人才培養體系。十年樹木百年樹人,微生物學最重視的是自身學術梯隊的建設,要有多面人才得產于,融合老專家、老學者。使這個隊伍變得更加有力,創新能力更強。然后注重新人的培養,帶動研究生教育工作的發展,只有堅實科學研究基礎,才有微生物學教育和研究進步。
3、加強微生物學的教學研究,提高教育質量。確保微生物學課程在相關院校中基礎教學地位,加強基礎、擴寬面向,無論是綜合性還是工程性的大學,還是農業院校的植物生長和動物生產類的專業,微生物學都是一門重要的基礎課或專業課,因此,微生物學的發展力量不會削弱。
4、基礎課程的合理設置。課程設置是教學計劃的核心內容,是實現專業培養目標的中心環節,微生物學是一門復雜的學科,由許多相關的學科綁定在一起,息息相關,為讓更多的被教育者適應這種學習環境,所以要以加強基礎教育,擴寬基礎口徑,增強人才培養適應性的原則,來建立合理的課程設置。
5、注重培養學生的創新能力。給學生充足的時間和條件,讓學生自己動手去實驗,去探索微生物學中的知識,將基礎課實驗、專業實驗、實習、論文等環節合理的銜接和優化,圍繞加強學生自主創新能力,在不同階段向學生們提出合理的要求。以培養他們的自主創新能力。
總結:
以上是筆者在當代微生物學的研究和探索中所整合的經驗來進行了粗略的分析和研究,微生物學的研究和教育工作是未來開展的一個方向,只有通過合理的手段、合理的方法,完成微生物學的教育目標和微生物學的探索研究工作,才能使我們的微生物學技術由基本走向成熟,對我們未來中國發展和人類居住環境給予保障,所以我們要認真對待微生物學的教育工作,培養學生的學習興趣,引導他們學習巴施勒辛和明茨等微生物前輩們的豐功偉績和高尚情操,熱愛微生物學專業,為微生物事業做出貢獻。
參考文獻:
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