生物技術(shù)專業(yè)微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

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摘要：微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)是江蘇海洋大學(xué)面向生物技術(shù)專業(yè)本科生開設(shè)的大實(shí)驗(yàn)課程，經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐與探索，實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了良好的效果。文章闡述了海洋特色生物技術(shù)專業(yè)微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備、大實(shí)驗(yàn)的實(shí)施及其效果以及在實(shí)踐教學(xué)過程中需要注意的問題等。微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，有助于學(xué)生對微生物學(xué)、分子生物學(xué)等相關(guān)知識(shí)的整合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)；實(shí)踐

生物技術(shù)是21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域的一門前沿技術(shù)，生物技術(shù)學(xué)科是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性均很強(qiáng)的關(guān)鍵學(xué)科[1]。國家和高等院校對生物技術(shù)人才的培養(yǎng)要求很高，投入也很大。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩剑彩桥囵B(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的關(guān)鍵[1-2]。微生物學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[3]，面向本科生開設(shè)的微生物學(xué)課程一般都會(huì)附帶開設(shè)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，旨在使學(xué)生加深對理論知識(shí)的理解，以及掌握微生物學(xué)研究所需要的基本操作技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技能[3-4]。但是微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在內(nèi)容設(shè)置上存在以下問題：各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間相互獨(dú)立，缺乏關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性領(lǐng)會(huì)，只零散地掌握了一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)[3,5]。為培養(yǎng)國家海洋生命科學(xué)專業(yè)人才和發(fā)展國家海洋生命科學(xué)事業(yè)，江蘇海洋大學(xué)（以下簡稱我校）海洋科學(xué)與水產(chǎn)學(xué)院設(shè)立了生物技術(shù)專業(yè)，并加大專業(yè)建設(shè)投入，重視培養(yǎng)學(xué)生的生物技術(shù)技能訓(xùn)練，使學(xué)生掌握最新的生物技術(shù)理論和研究方法。為了彌補(bǔ)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的不足，我校面向生物技術(shù)專業(yè)本科生開展微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)；微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)方向，確定實(shí)驗(yàn)選題，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并與同組合作者共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，撰寫論文式報(bào)告，從而強(qiáng)化學(xué)生對微生物學(xué)、分子生物學(xué)等相關(guān)知識(shí)的整合，進(jìn)一步鞏固學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力、分析解決問題的能力、創(chuàng)新能力以及嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生未來從事現(xiàn)代生物技術(shù)開發(fā)工作打下基礎(chǔ)[2,6-8]。

1微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

1.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1.1任課教師與實(shí)驗(yàn)室教輔人員的準(zhǔn)備微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)安排在大三學(xué)年第二學(xué)期的第18～19周進(jìn)行，持續(xù)兩周時(shí)間。任課教師至少應(yīng)提前一個(gè)月完成課程計(jì)劃表、開課日程安排文件、材料試劑申購清單的報(bào)備以及相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)申請；實(shí)驗(yàn)室教輔人員應(yīng)協(xié)助完成實(shí)驗(yàn)室場所的安排、設(shè)備的準(zhǔn)備與調(diào)試、試劑材料的購買或驗(yàn)收，應(yīng)保證實(shí)驗(yàn)場所的及時(shí)安排以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料的充分供應(yīng)。1.1.2學(xué)生的準(zhǔn)備任課教師在開課前一個(gè)月左右將項(xiàng)目選題計(jì)劃、任務(wù)書、日程安排表發(fā)送給學(xué)生，要求學(xué)生根據(jù)所設(shè)項(xiàng)目自由選題，并按照四人一組自由組合，合作查閱文獻(xiàn)，撰寫較為具體的實(shí)驗(yàn)方案，列出所有需要用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料，并且盡可能細(xì)化到用量大小。任務(wù)書要求每組學(xué)生完成兩個(gè)項(xiàng)目：一是產(chǎn)酶海洋微生物的篩選。要求從提供的一種海洋樣品中分離細(xì)菌、真菌、酵母菌，并篩選產(chǎn)某種酶的細(xì)菌，學(xué)生可以根據(jù)興趣或者結(jié)合在研項(xiàng)目選擇一種酶，如蛋白酶、淀粉酶、甲殼素酶、葡聚糖酶等，然后自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。二是產(chǎn)酶海洋微生物的生物學(xué)特性研究與分子鑒定。要求每組學(xué)生對所篩選出的一株產(chǎn)酶細(xì)菌進(jìn)行生物學(xué)特性研究，如染色顯微觀察、部分生理生化反應(yīng)觀察、耐鹽性試驗(yàn)，并采用16SrRNA基因序列分析法對自己篩選的菌株進(jìn)行分類鑒定[5]。學(xué)生要完成前期準(zhǔn)備，必須提前查閱文獻(xiàn)資料，按照任務(wù)書要求且結(jié)合之前所學(xué)知識(shí)理清實(shí)驗(yàn)思路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)材料的列舉以及實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)方法的完整設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)前和教師溝通交流，確認(rèn)實(shí)驗(yàn)方案的正確性及合理性。

1.2實(shí)施過程

1.2.1具體的實(shí)驗(yàn)安排微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)開課時(shí)，四人一組，時(shí)間持續(xù)兩周，具體日程安排見表1。1.2.2實(shí)驗(yàn)流程學(xué)生對照微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)的日程和任務(wù)安排，根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案開展實(shí)驗(yàn)，確定每一步實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，盡量做到不扎堆、不擁擠，各組成員有序地開展各自的實(shí)驗(yàn)。在每日實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后，要求學(xué)生在離開實(shí)驗(yàn)室之前記錄好當(dāng)日的實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)體會(huì)、實(shí)驗(yàn)疑問，同時(shí)制訂好次日要完成的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，在整理好實(shí)驗(yàn)臺(tái)面和本組的實(shí)驗(yàn)物品后方可離開。任課教師和實(shí)驗(yàn)室教輔人員監(jiān)督和檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)開展情況，并有針對性地進(jìn)行糾錯(cuò)和答疑。1.2.3評(píng)價(jià)方式微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)內(nèi)容包括4個(gè)方面，具體見表2。由于16SrRNA基因需要送專業(yè)測序機(jī)構(gòu)測序，返回時(shí)間為3天左右，此外學(xué)生還需要根據(jù)測序結(jié)果進(jìn)行序列比對、分析，做分類鑒定，因此學(xué)生可在兩周之內(nèi)即暑假開始前將實(shí)驗(yàn)報(bào)告交給任課教師。微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)要求按照學(xué)術(shù)論文的格式書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括前言、材料和方法、結(jié)果與分析、結(jié)論與討論、參考文獻(xiàn)五部分，并且有規(guī)范的格式要求。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告條理是否清楚、格式是否規(guī)范、內(nèi)容是否全面、數(shù)據(jù)是否客觀真實(shí)、結(jié)果處理是否正確、分析和討論的深度與廣度能否體現(xiàn)出一定的專業(yè)基礎(chǔ)等進(jìn)行綜合評(píng)分.

2微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)的教學(xué)成效

微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且促進(jìn)了學(xué)生對微生物學(xué)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)、分析解決問題的能力。微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)的教學(xué)成效具體包括以下幾點(diǎn)：（1）學(xué)生了解了微生物的生物學(xué)特性，掌握了富集培養(yǎng)、分離純化、具體篩選海洋微生物的基本方法和思路，能夠使用分子生物學(xué)手段對細(xì)菌進(jìn)行分類鑒定。傳統(tǒng)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有使用分子生物學(xué)手段對細(xì)菌進(jìn)行分類鑒定[3]，但微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)組織學(xué)生使用基因序列分析法對細(xì)菌進(jìn)行分類鑒定，并通過MEGA軟件進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，從而提升了教學(xué)成效，為學(xué)生今后的科研工作打下了基礎(chǔ)。（2）學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理方法，比如針對一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Excel或SPSS軟件繪制圖表并給出標(biāo)準(zhǔn)差或差異顯著性分析。（3）學(xué)生初次接觸科研論文的規(guī)范書寫，鍛煉了自己的文獻(xiàn)查閱能力、論文寫作能力，為學(xué)生畢業(yè)論文的書寫打下了基礎(chǔ)。（4）可以為后續(xù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供菌株儲(chǔ)備。在微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每年兩個(gè)班級(jí)的生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生可以從16～20種不同的海洋樣品中分離純化細(xì)菌、真菌、放線菌達(dá)幾十至上百株，為實(shí)驗(yàn)室積累了更多不同來源的微生物菌株，充實(shí)了學(xué)校海洋微生物菌種資源庫，為海洋微生物資源的開發(fā)與利用研究、發(fā)現(xiàn)更多的新酶源、開發(fā)新型抗菌活性物質(zhì)、環(huán)境污染的治理等提供了菌種這一基礎(chǔ)條件。

3微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)常見的問題及相應(yīng)的建議

微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般存在以下問題[6,8]：（1）由于學(xué)生要根據(jù)自己提前制訂的實(shí)驗(yàn)方案獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，因此須確保實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性、合理性。如果學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案不合理，將影響整組實(shí)驗(yàn)的完成。然而學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，制訂的實(shí)驗(yàn)方案仍有待完善，任課教師需要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)方案的制訂，大大增加了任課教師的工作量。（2）由于菌種篩選具有偶然性，有時(shí)需要組間的調(diào)配或進(jìn)行菌株共享，這也需要教師在實(shí)驗(yàn)中及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)。（3）學(xué)生在配制培養(yǎng)基或其他試劑時(shí)，往往無法合理計(jì)算科學(xué)用量，常常造成實(shí)驗(yàn)材料的浪費(fèi)。針對上述常見問題，課題組提出以下幾點(diǎn)建議：（1）在開課前加強(qiáng)對學(xué)生所列實(shí)驗(yàn)方案的檢查，確保學(xué)生所列實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性、合理性，以免實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)或遺漏關(guān)鍵事項(xiàng)，從而影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展和結(jié)果。（2）在實(shí)驗(yàn)過程中，雖然學(xué)生可自由開展實(shí)驗(yàn)，但任課教師和實(shí)驗(yàn)室教輔人員要做好檢查和輔導(dǎo)工作，督促每位學(xué)生積極動(dòng)手操作，同時(shí)須及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，并提供有針對性的指導(dǎo)，為學(xué)生答疑解惑，從而保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。（3）督促學(xué)生正確使用和維護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備，減少對實(shí)驗(yàn)材料的損耗，科學(xué)合理地取用實(shí)驗(yàn)材料。

4結(jié)語

“21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，21世紀(jì)也是海洋的世紀(jì)?！蔽倚?jiān)持藍(lán)色海洋教育的辦學(xué)特色，面向生物技術(shù)專業(yè)本科生開設(shè)微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在掌握現(xiàn)代生物技術(shù)理論的基礎(chǔ)上，通過檢索文獻(xiàn)了解海洋微生物產(chǎn)酶的研究現(xiàn)狀及趨勢，利用傳統(tǒng)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法與現(xiàn)代生物技術(shù)手段如基因序列分析法等，完成微生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)。如此便彌補(bǔ)了微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的不足，強(qiáng)化了學(xué)生對微生物學(xué)及分子生物學(xué)等相關(guān)知識(shí)的整合，鞏固了學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、科研能力，提升了學(xué)生對海洋微生物這一重要生物資源的重視程度，從而為后續(xù)的科研活動(dòng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者：陳靜 馬桂珍 呂明生 沈善瑞 單位：江蘇海洋大學(xué)海洋科學(xué)與水產(chǎn)學(xué)院 江蘇海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院