环境微生物学实验教学改革与探索

蒋丽娟， 王晓琳， 尹 颖， 杨柳燕， 肖 琳， 崔益斌

(南京大学 环境科学与工程实验教学中心，江苏 南京 210023)



环境微生物学实验教学改革与探索

蒋丽娟， 王晓琳， 尹 颖， 杨柳燕， 肖 琳， 崔益斌

(南京大学 环境科学与工程实验教学中心，江苏 南京 210023)

环境微生物实验是南京大学环境类专业本科生重要的基础性实验课程。该课程在秉承传统的基础上，加强师生互动，拓宽学生视野，构建基础性—自主性—创新性阶梯式新型教学模式。同时在教学方法和内容方面，采用多种方式方法，进行不断的教学改革与探索。

环境微生物学实验； 教学模式； 教学方法； 教学内容

0 引 言

“环境微生物学”一直以来是南京大学环境类专业的重要专业基础类课程，面向环境科学和环境工程专业本科三年级学生开设，已经有近30年历史。环境微生物学教学团队在近30年的努力下，积累了丰富的教学经验，2008年该课程被评为江苏省精品课程。

“环境微生物实验”作为该课程的一个重要实践教学环节，是课程理论知识与实践应用的纽带[1]，本课程旨在促进学生掌握微生物操作技能，培养和训练学生应用环境微生物学的理论和技术探索和解决实际环境问题的能力。

1 新型实验教学模式的构建

传统的实验教学强调培养学生动手能力和实验技能，开设的实验多为操作性和验证性实验[2]。然而随着高等教学改革的不断深化，实践教学越来越注重创新性、研究性人才的培养[3-4]，传统的实验教学模式势必需要进行改进，在秉承传统的同时，需要加注新的内涵。遵循南京大学环境科学与实验教学中心“夯实基础、强化专业实验教学、提高应用实践能力，激发创新潜能”的实验教学体系，构建出新的实验教学模式。

(1) 秉承传统，夯实基础。对于环境微生物实验来说，微生物基础实验是重要的基石，掌握一套规范、系统的操作技术是开展本实验课程最初也是最基本的要求[1，3]。因此在实验最初，需要非常重视培养学生规范、正确的操作技能，养成良好的实验习惯。教师在授课过程中首先通过讲解相关实验内容并进行演示实验，学生按照教师要求进行重复练习，教师在旁观察并对不规范操作进行及时纠正，保证学生掌握的实验技能规范化。

(2) 师生互动，拓宽视野。实验技能的掌握和应用需要师生间、学生间进行更为广泛的交流。① 教师在讲解实验中会适时提出一些拓展性的问题，引发学生的思考和讨论。比如在“生长曲线测定”实验中，提出“微生物生物量测定还有其他哪些方法？”让学生思考并展开讨论，学生回答的同时教师进行适当的补充，并让学生在实验后通过查阅资料获取更多的信息，将收获写进实验报告，教师根据学生的报告再归纳总结，促进学生在掌握“生长曲线测定”的实验的同时，掌握更多的生物量测定方法。② 学生在进行实验过程中，教师需要亲自在旁观察学生实验情况，对学生的问题及时作答并提出问题让学生思考，并且在实验报告中增加实验心得这一项内容，要求学生对实验的成败进行总结。对实验中出现的比较典型的问题，教师在下一次课程中将加强训练。③ 通过建设显微互动教学实验室，促进学生在开展显微观察实验过程中，能够实现真正的教师—学生、学生—学生之间的实时互动，通过显微互动教学，更好的掌握显微观察技术。

(3) 基础性—自主性—创新性阶梯式学习模式。在新型教学模式下，需要注重培养富有创新精神、实践能力和国际视野的环境界拔尖人才，这样的培养不是一蹴而就，而是一个循序渐进的过程。在环境微生物实验课程中，建立了基础性-自主性-创新性三步阶梯式学习模式。 第一步，通过多个基础性验证性实验的学习，掌握基本实验技能；第二步，利用之前所学的基本实验技能，完成综合性、设计性和独立性程度很高的自主性实验专题，学会灵活应用各项微生物实验技能来解决简单的实际环境问题；第三步，在完成第二步的前提下，对部分感兴趣的同学提出更高的要求，开展创新性与研究性很强的开放性实验专题。

2 多样化实验教学方法和内容的探索

2.1 启发式教学

启发式教学是教师运用多种方法、多种形式有效的引导和启发学生，激励学生积极主动发掘问题、解决问题的一种教学方法[5]。在实验教学过程中，必须引导使学生成为学习的主体。基础微生物实验部分，教师以启发式讲解演示辅导为主，强调实验过程规范操作，引导学生把学习和探究结合起来，培养学生科研意识和创新精神。在实验讲解完毕后，往往会提出一些问题供学生展开讨论。自主性实验部分，以学生独立进行实验为主，教师采用提问式和讨论式进行理论和实验教学，鼓励和引导学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力。

2.2 实验内容设计

环境微生物实验内容由基础微生物实验和环境微生物实验两个部分组成。微生物的基本操作技能包括器皿包扎和培养基技术、无菌操作技术、显微观察技术、灭菌技术和微生物纯培养技术等，对此开设了玻璃器皿的清洁和灭菌、培养基的配置、各类微生物的形态观察、微生物的染色(革兰氏染色和芽孢染色)、显微镜测微技术和微生物的显微镜直接技术、大肠杆菌生长曲线的测定、微生物的生理生化反应等实验。

环境微生物实验部分，更注重自主性实验的开设，促进学生能将所学基础微生物实验技能灵活应用。这部分实验包括土壤中氨化细菌的测定、水的细菌学检测、有机污染物高效降解菌的筛选分离和鉴定、污染物对土壤微生物活性的影响、微生物吸附法去除重金属、校园水体富营养化调查等。

另外，随着分子生物学技术越来越多的应用到环境微生物中，在课程中增设了大肠杆菌质粒DNA的提取、大肠杆菌基因组DNA的提取和PCR扩增实验。选择这几个经典性实验，为学生建立基本概念和方法。这些技术可以广泛的应用到环境微生物监测和微生物群落结构分析中。在后续的自主性实验(如邻苯二甲酸丁酯高效降解菌的筛选分离和鉴定、污染物对土壤微生物活性影响研究)中，学生可以根据实验进度，自由选择应用分子生物学技术，讲所学知识灵活应用到研究实验环境问题中。

2.3 增设自主性实验

随着新时代教学要求的不断提升，实验教学已经不再仅仅满足于掌握基本的实验操作技能，更多的要求学生能学以致用，能够将掌握的实验技能应用到解决实际环境问题中[6-10]。在以往的实验教学中，大量的实验均为验证性实验，这就导致学生在学习相关实验技能后印象不深刻。针对这一问题，在实验教学中，增设了自主性实验专题，对学生实验提出了更高的要求。在完成基本实验操作技能的训练后，教师会布置2～3个自主性实验专题供学生选择，由4～5名学生组成一组完成实验。一个完整的自主性实验包括学生选题、查阅文献资料、设计实验、独立开展实验和完成研究性实验报告五部分。

自主性实验的选题一般为当前的环境热点(如：增塑剂邻苯二甲酸二丁酯高效降解菌的筛选分离和鉴定)，学生通过查阅文献资料能了解当前环境研究热点和环境研究进展。在实验开始之前学生需要撰写一份详细的实验计划，教师针对计划提供参考意见和建议。实验内容对初学环境微生物的大三学生需要具有可操作性，实验难度适中，既能独立的将前面所学的基本实验操作技能应用到实验中，又能在实验中有所发现，提升学生对实验的兴趣。通过自主性实验，学生能够深刻的学会如何科学安排和节省实验时间、如何进行团队之间的合作、如何节约实验耗材、实验结果出现问题如何寻找原因等，而不再是简单机械的重复教师所布置的任务。通过自主性实验的锻炼，有兴趣的学生可以进一步深入进入到创新性研究型实验中。

2.4 科研内容转化为教学

对于研究型大学来说，高水平的科研工作永远是提高教学水平的助推器，将科研与教学紧密结合是提高教学水平的有效途径之一[11]，高等学校在实验教学中越来越重视将科研内容转化为教学内容[12-15]。环境微生物实验教学历来重视将科研内容转化为教学。将科研内容转化为教学的实验项目有：“有机污染物的微生物降解—高效脱酚菌的分离和筛选实验”、“鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物肝微粒体致突变性实验”、“增塑剂邻苯二甲酸二丁酯高效降解菌的筛选分离和鉴定”、“污染物对土壤微生物活性的影响”等。

2.5 注重实验报告的撰写

实验报告是实验不可或缺的一个重要部分，在环境微生物实验课程中，教师对实验报告提出了很高的要求。首先，在开展实验之前，需要撰写预习报告，通过预习报告，敦促学生熟悉实验，初步了解实验目的、原理和步骤。实验完成后，要求学生认真完成实验报告中“实验心得和实验思考”部分内容的撰写。微生物实验注重细节，细节往往决定成败，因此在实验结束之后，学生要学会总结。在实验心得部分，学生将实验过程中成功和失败的原因加以总结，加深实验的印象。另外，教师在实验课程中往往会根据实验内容提出一些拓展性的思考题，要求学生通过查阅资料来拓宽知识面，并记录到实验报告中，通过实验思考部分，拓宽学生的知识面，掌握实验以外更多的知识。

3 结 语

在实验教学过程中，教师需要与学生不断进行沟通和交流，灵活机动的应用多种教学方法，及时更新和不断丰富教学内容，通过实验教学努力培养具有“扎实的实验技能，卓著的科研创新能力和宽阔的视野”的环境类精英人才。

[1] 梁璐怡，胡宝兰，朱 亮. 环境微生物学实验教学模式改革[J]. 实验技术与管理, 2012,29(9):126-129.

[2] 洪庆华，徐 正，秦璐璐. 环境微生物学实验教学的改革——创新与反馈[J].实验室研究与探索，2011，30(5)：101-103.

[3] 何宝燕，尹 华，叶锦韶. 创新实验教学体系 促进实践能力培养—— 环境微生物学实验教学改革[J].微生物学通报，2008, 35(10): 1655-1658.

[4] 曾 薇，王淑莹，彭永臻. 环境微生物学研究性教学的探索[J].中国现代教育装备，2008，64(6)：95-97.

[5] 宾丽英. 启发式教学法在“环境工程微生物学”教学中的应用[J]. 广东工业大学学报(社会科学版)，2007，7(6)：132-133.

[6] 胡超珍, 张甲耀, 陈兰洲. 环境微生物学自主设计性实验教学探讨[J]. 实验技术与管理,2008,25(12):146-147.

[7] 姬晓娜，曹文平. 关于开放环境微生物实验教学方法的探讨[J].实验室科学，2010，13(3)：34-35.

[8] 王秋华，鲁秀国，吴彩斌. 开展“环境微生物学”课外实践小组的探索[J].实验室研究与探索，2010,29(2):99-102.

[9] 江 娟, 刘 婷, 陈朱蕾, PFU采样法在环境微生物教学实验中的应用[J]. 实验技术与管理,2006，23(8)：80-82.

[10] 高冬梅，张民生，洪 波. 环境微生物综合实验教学的改革和实践[J].实验室科学，2011,14(3):53-55.

[11] 扈 旻，邓北星，马晓红. 科研成果转化为实验教学内容的探索与实践[J]. 实验技术与管理,2012,29(10)：21-23.

[12] 于兵川，吴洪特. 实验教学与科研有机结合 培养学生创新意识和能力[J].实验室研究与探索，2010,29(2)：76-78.

[13] 张玉平，田冰雪. 研究型大学科研促进实验教学的实践探索[J].实验室研究与探索，2010，29(6)：120-122.

[14] 杨建华, 严 冰, 李明春. 构建在科研平台上的微生物综合实验教学体系[J].实验室研究与探索，2007，26(3)：86-88.

[15] 尹军霞，沈国娟. 渐进式研究性教学模式在地方院校微生物实验教学中的探索与实践[J]. 微生物通报，2013，40(9)：1703-1709.

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

蒋丽娟(1979-)，女，江苏常州人，博士，高级工程师，从事环境微生物实验教学工作。

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

G 642.0；Q 93-3

A

1006-7167(2015)03-0226-02