促进深度学习的微生物学实验教学策略研究

邹娟 付明 刘胜贵

[摘 要] 深度学习是基于学习者自发的、自主性的内在学习动机，并依靠对问题本身探究的内在兴趣维持的，一种长期的、全身心投入的学习过程，强调学生在学习新知识时能将已有的知识和技能，建构新学科知识体系，解决具体实际问题。该文以微生物学实验“微生物分离纯化”的实验教学为例，引导学生整合微生物学的理论知识和已有操作技能，分析并设计实验方案，解决具体类型微生物分离纯化和鉴定工作，从而达到深度学习的目的。

[关键词] 深度学习;实验教学;微生物的分离纯化

[基金项目] 2018年度湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2018]436号）;2017年度怀化学院校级教学改革基本项目（怀院发

〔2017〕40号）

[作者简介] 邹 娟，博士，怀化学院生物与食品工程学院副教授，主要从事应用微生物研究;刘胜贵，硕士，怀化学院生物与食品工程学院教授（通信作者），主要从事微生物资源和应用研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）23-0308-02    [收稿日期] 2020-01-06

深度学习是指，在教师的引导下，学生围绕具有挑战性的主题，主动投入、体验成功、知识迁移能力提高，逐级建构学科知识体系的学习过程[1-2]。深度学习强调学生在学习新知时调动已有的知识和技能，通过主动参与，认知知识的本质特征以及新旧知识之间的内在联系，使新旧知识融合为一体，最后将这些知识和技能迁移应用，从而解决具体问题。

一、源于生活，发现“你”

伟大教育家陶行知曾说“不以生活为背景的教学是死教学”。在微生物学实验教学中，如何以生活中的常见现象为素材，引领学生进行专业知识的学习和探索，充分调动学生的积极性，激发学生学习兴趣，尤为重要。这就要求教师课前做足工作，做好教学设计。课前，我们要求两个同学一小组，寻找生活中微生物的身影。宿舍里发霉的木板、变质发粘的米饭、长毛的皮鞋和口腔里牙齿上龋洞黑斑等都成为了学生的研究对象。

在实验素材方面，每组学生的实验素材有三大类，一是自己发现的实验材料;二是教师从学生采集的众多实验材料中筛选出来的具有典型特征的公共样本;三是教师提供的补充材料。这三大类的实验材料既启发学生自由探索的兴趣，又保证后续实验的顺利进行，弥补学生选材的局限性，引导其进入专业知识的学习和专业技能的训练，激发学生自发的、自主性的内在学习动机。一旦学生进入这种情境中，各种原生态的微生物问题会接踵而来，这些问题较书本问题更能激发学生的学习兴趣，使得学习向深度发展，从而提升学生解决具体问题的能力。

二、千里追寻，找到“你”

实验围绕分离纯化微生物这一挑战性主题，要求学生“找到”生活中的微生物。每组学生分别制备牛肉膏蛋白胨培养基、马铃薯葡萄糖培养基和高氏一号培养基三种不同类型的培养基，利用这三种常见的培养基将自己选择的材料、公共样本和补充材料中的微生物分离纯化出来。这一过程涉及到一系列的专业技能训练，培养基制备过程涉及了这三种类型的培养基分别用于培养哪种类型的微生物，如何配制培养和微量元素如何配制等;分离纯化过程涉及了稀释涂布平板法、平板划线分离法和斜面接种法等操作。我们将这些技能操作拍摄成微视频，借助校園网上教学平台（http：//hhtc.fanya.chaoxing.com/portal）发布，并要求学生在课前进行观看和演练，在课堂教学中利用这些操作完成材料的处理和微生物的分离纯化。由于是第一次接触微生物分离纯化方面的实验操作，不少学生操作过程中无菌意识不足，出现纯化细菌的培养平板上长出了霉菌或者纯化的霉菌培养平板上长出了细菌菌落等问题，学生会主动重复该实验，并且将污染的材料再次分离纯化。

三、“你”的样子

学生分离纯化出微生物后，接下来对其进行形态观察，这一过程由三方面组成，一方面，在培养板上观察分离的微生物的菌落形态，包括菌落的形状、质地、大小、边缘、表面和隆起等特征，该过程让学生直观地看到了微生物的样子，并学会如何对微生物的菌落形态进行描述。另一方面，学生对纯化出了的细菌和放线菌采用革兰氏染色、芽胞染色后利用显微镜进行形态观察，纯化的霉菌通过乳酸石碳酸棉兰染色后制备标本装片，在显微镜下区分其菌丝、孢子和特化结构，该过程使学生在显微镜下看到微生物的样子，学会使用显微镜、描绘细菌细胞和霉菌的显微形态。第三方面，启发学生思考如何确然分离纯化的微生物是引起材料发霉、食物腐败的“真凶”，这就将微生物学的理论知识和具体问题深度融合，利用理论知识中所学的Koch法则[3]解决具体的实际问题。

四、“你”是谁

虽然学生在培养平板上和显微镜下看到了自己分离纯化的微生物，但是还是不知道这些微小的生物是属于哪种类型的微生物，如何将自己分离纯化的微生物鉴定到分类单元中的种，就需要学生进行知识迁移，将理论课中有关微生物分类的知识和方法灵活应用起来。一系列专业知识和技能随之而来。例如，如何提取生物组织的DNA，如何配置PCR体系，通过引物扩增出目标片段，目标片段的克隆、测序、序列分析等[4]，这些涉及到了分子生物学的理论知识和操作技能。根据核酸序列分析将待测微生物鉴定到分离单元属，再如何利用《伯杰氏系统细菌学手册》《Anisworth分类系统》文献资料等进一步鉴定到分类单元种[5]，这一过程涉如何使综合利用多学科知识融合为一体，并这些知识和技能迁移应用，解决具体问题，达到建构学科知识体系的目的。

怀化地处湖南西部地区，有黄精、柑橘和天麻等特色农产品。因此，实验课程后期安排了多个具有区域特色的主题，例如“黄精根腐病菌的分离鉴定”“黄精叶斑病的分离鉴定”“柑橘炭疽病菌的生物学特性”“天麻烂窖问题的探讨”等，要求学生从中选择一个主题，以4～5人为一小组，通过超星数字图书馆、万方数据库、知网等查阅书籍和期刊文献，共同制定详细的实验方案，并制作PPT等多媒体课件，在课堂上讲解其实验设计，课堂其他组同学和教师并指出方案不足之处并提出建议，根据提出的建议完善实验方案，最后展开实验。

該教学模式已在生物类专业取得了明显的教学效果。首先，激发了学生对“微生物学实验”课程的兴趣，提高了学习积极性，拓宽了学生的知识面，培养了学生的综合能力和创新意识。其次，激发了学生参与生物学科研活动的热情，在大学期间的第四学期，很多学生积极加入教师的科学研究和申报创新创业课题。近两年来，学生以第一作者发表文章;获批了一项国家级大学生创新创业训练计划项目;在第三届和第四届大学生生命科学创新创业大赛中取得了可喜的成绩，其中有关微生物方面的项目取得一等奖2项、二等1项、三等奖6项;在第十三届“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品获三等奖1项。最后，在与学生的互动交流过程中，学生抛出各种问题，迫使教师不断扩宽知识面，促使教师的教学水平上了新台阶，在2018年的校级微课竞赛中，以“细菌的革兰氏染色及其显微形态的观察”微视频，获得怀化学院首届微课比赛二等奖。

参考文献

[1]陈文莉，向治宇.设计创新实验促进深度学习——以“密度与社会生活”的实验教学设计为例[J].物理教学，2019，41（06）：35-37.

[2]奚红云，丁奕然.深度学习视域下的生物学实验教学解析与策略[J].生物学教学，2018，43（05）：40-41.

[3]沈萍，陈向东.微生物学（第八版）.北京：高等教育出版社.2016.

[4]邹娟，姚卓，尚永华.柑橘炭疽病菌的生物学特性及枯草芽胞杆菌对其的抑制作用[J].植物保护，2016（1）：61-67.

[5]Kreig NR，Holt JG.（EditorinChief），Murray RGE et al.Bergey's Manual of Systematic Bacteriology.Volume 1.[J].1989，38（4）：89-100.

Study on Experimental Teaching Strategies of Microbiology Course to Promote Deep Learning-Taking Separation and Purification of Microorganism as an Example

ZOU Juan，FU Ming，LIU Sheng-gui

（College of Biological and Food Engineering，Huaihua University，Huaihua，Hunan 418000，China）

Abstract：Deep learning is based on the learner's spontaneous and autonomous internal motivation to learn，and it is maintained by the inherent interest in exploring the problem itself.As a long-term，whole-hearted learning process，it emphasizes that students can efficiently make use of the existing knowledge to build a new discipline knowledge system for solving specific practical problems.This article takes the experimental teaching of Separation and Purification of Microorganisms in Microbiology experiment as an example to guide students to integrate theoretical knowledge with existing operating skills of Microbiology，analyze and design experimental schemes，separate and identify microorganism types，so as to achieve the goal of deep learning.

Key words：deep learning;experimental teaching;separation and purification of microorganisms