土壤微生物学实验模块化教学研究

陈永敢 雷莹 李珍

摘要    高校微生物学实验教学注重培养学生的兴趣和科学探究技能，但目前实验教学模式单一，容易导致学生学习兴趣丧失，自主学习能力下降，造成学习效果不佳。本文根据微生物学实验教学特点，对土壤微生物学实验设计了3个相互关联、前后衔接的实验模块，分别为土壤微生物的采集与培养基制作、微生物的分离与纯化、微生物的鉴定和保藏。同时，结合微生物学实验教程将独立的实验内容连成整体，并通过学生自主研究及教师指导，达到加深学生对土壤微生物学知识理解及提高实验操作技能的目的。

关键词    土壤微生物学;实验;模块化

中图分类号    G642.0         文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）18-0253-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（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

微生物學实验技术是生物学研究者应具备的基本技能，也是现代生命科学各分支基础实验技能。近年来，高校开展模块化教学有利于学生对理论知识及实验方法的理解和掌握，提高学生综合应用能力。土壤具备微生物生长所需的营养物质和生长繁殖条件，蕴含丰富的微生物资源。土壤微生物学实验历时长，操作繁琐，一般以分步实验为主，难以实现系统掌握的效果。因此，土壤微生物学实验模块化显得尤为必要。本文将无菌操作技术、显微技术、菌株分离纯化技术、菌种保藏及分子微生物学实验技术贯穿到土壤微生物分离中，将实验内容模块化，以期达到培养学生综合应用能力的目的[1]。

1    土壤微生物实验教学现状

传统土壤微生物学实验教学侧重于传授和训练学生基本实验技能和验证理论知识，学生多而仪器设备有限是目前高校实验教学普遍存在的问题，学生只能在有限时间内完成规定实验项目，一般只用1～2种培养基来分离土壤微生物，实验内容以验证性实验为主，缺少设计性实验，实验深度低，教学效果不能与实际应用相结合，这种被动教学使学生上课积极性差，学习兴趣缺乏。更重要的是每个实验间缺乏联系，一系列分散的实验安排易使学生缺乏整合并运用微生物实验技术解决实际问题的能力[2-4]。笔者总结微生物学实验教学经验，结合教学内容，在2014级、2015级生物科学专业2个班进行土壤微生物学实验模块化教学改革，以增强土壤微生物学实验的系统性，提高学生实验综合应用能力。

2    实验内容模块化概述

模块化教学不仅重视知识点传授，更重视知识由点及面宏观把握，这就要求实验模块设计上层次分明、内容递进、衔接紧密，将知识点模块化后能促进相互间贯通。海南热带海洋学院教学团队围绕土壤微生物这个核心内容进行模块化内容设计，根据土壤微生物实验紧密衔接的特点，将实验内容设计成土壤微生物采集与培养基制作、微生物分离与纯化、微生物鉴定和保藏3个实验模块，形成连贯的知识体系。这种模块设计一方面利于学生从宏观上掌握土壤微生物分离的整体知识和操作技能，另一方面只要在教学过程中适当拓展，对实验材料合理替换，如水体或食品等，学生均较易掌握对应微生物的分离方法，对于实验技能在实际中的应用有较大帮助。通过模块化实验，使学生具备整体性思路和掌握应用实验技术解决实际问题的能力。

3个实验模块在实施过程中，将无菌操作技术、菌种分离、鉴定及保藏技术及分子操作技术等基本实验操作贯穿于实验中，每项技术的实施均突出了学生的主体地位，样品采集、微生物分离和纯化、菌体培养与观察、菌种鉴定与保藏等一系列实验均由学生独立完成，同时也给学生更大的自主实施空间，如鉴定菌种时介绍了多种方法，可利用糖类发酵试验、VP、MR、吲哚试验、H2S产生等生理生化试验或API系统鉴定微生物，使学生的知识面拓宽（表1）。

3    模块化实验的实施

土壤微生物分离实验安排12个课时完成，时间短、教学内容多。以6人一组，建立小组为单位的QQ群或微信群，课前小组内讨论并拟定方案，并在教师协助下准备好课堂用到的部分药品及器材。学生在群内分享资料、讨论结果及问题咨询;教师利用群点评实验结果。这种教学方式把结果讨论放到课下进行，能够确保课时不增加的前提下教学内容得以完成。另外，学生课前参与部分实验准备工作，对于实验内容已有一定认识，为课堂上实验顺利开展奠定基础。课堂上教师着重讲解操作关键环节、结果分析及注意事项。模块一第1课时讲解显微镜使用及土壤微生物采样方法，第2个课时学生分组采样并记录土壤周围环境用于后续实验分析。第3、4课时主要以练习培养基的配制及分装，同时讲解灭菌锅的操作方法。模块一制备好的培养基同时也是模块二微生物分离必备材料。模块三课时主要集中在微生物鉴定环节，先从基本形态及革兰氏染色法初步鉴定，再合理选择2～3种生理生化性质进行分析，最后进行16S rRNA基因序列系统发育学分析。

实验结果是检验学习的重要指标。模块一土壤样品的收集，记录结果包括具体地点定位、采样点及周围环境图片。模块二结果主要记录每克土壤的CFU，并在教师协助下对纯化结果进行分析。模块三主要记录菌落形态、菌株生理生化性质及16S rRNA系统发育树（表2）。

严格的考核制度是激发学生学习积极性的基础，是提高实验教学质量的有效手段。实验成绩考核与过程管理紧密结合，细化考核要点，将实验准备、出勤、操作、结果分析及实验报告撰写都纳入考核范围。这种考核方式的最大特点是让学生在实验全程全力应对，而不仅侧重于写好实验报告。此外，对于表现优秀的学生有明确的激励机制。课程结束后，选出部分代表性项目，推荐参与校内开放性实验项目申报及大学生创新创业项目申报。通过考核及推优结合的方式，提高学生对课程学习的积极性。

4    实施效果

土壤微生物学实验模块化教学经过不断完善，在海南热带海洋学院生物科学专业进行土壤微生物实验模块化教学初步尝试，学生对模块化实验普遍表示欢迎，期末问卷调查中满意度较高，实验课中学生的表现情况及期末成绩也反映出学生学习积极性和学习效率的显著提高（表3）。

其中，学生对以下改革内容满意度较高。首先，较之传统实验模式，模块化实验主要以学生为主体以教师为辅导模式进行，在实验中增加学生亲自动手采集土样环节，并以此土样作为实验材料，既激发了学生的学习兴趣，又使学生了解到土壤采样点微生物分布情况。其次，模块化实验将孤立的实验联系在一起形成综合性实验，并在后续实验要求学生讨论，及时观察记录实验数据、分析实验结果，使学生获得更大的自主研究空间。此外，实验中增加了多种生理生化和分子生物学鉴定，引导学生通过自己的理解设计方案。模块化实验从最初训练学生的动手操作能力到锻炼学生综合实验能力再到发展学生的科研能力，提高了学生实验操作、实验设计和综合分析能力，使共性教学发展为个性化培养[6-8]。

5    结语

土壤微生物學模块化实验将独立的实验合理整合为综合性实验，将基础实验与实践教学结合，不仅锻炼了学生微生物学实验操作技能，还促进了学生对微生物知识体系和实验操作技术的融会贯通[9-11]。以学生为主体，从整体上加强了学生的科研能力和创新能力[12-14]。

6     参考文献

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[9] 冯远航，朱勇，王智文.改革微生物学实验教学，激发学生创新潜力[J].微生物学杂志，2018，38（3）：122-125.

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