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论文关键词:微生物作用 地球化学 水力性质 生物修复
论文摘要:综述了地下含水层系统中微生物作用。引用研究实例论述了微生物作用不但可以改变地下水化学组分,而且还可以改变含水层的水力性质。微生物作用对地下水系统的影响程度主要受微生物代谢速度、水文地质条件、含水层岩性等多种因素控制。地下水系统中电子供体与电子受体间的丰度关系是影响微生物代谢速度的主要因素。在未污染的含水层中,电子供体的可用性限制了微生物的新陈代谢,而在人类活动污染的含水层中,微生物的新陈代谢受电子受体的可用性的限制。利用微生物作用可以降解地下水系统中氯代化溶剂、烃类、硝酸盐、有毒金属等多种化学污染物。并对今后的发展方向进行了探讨。
1 引 言
地下水系统具备了微生物生长发育所需的营养、水分、酸碱度、渗透压和温度等条件,为微生物提供了良好的生存场所。微生物(主要指各种细菌菌群,如异养菌、自养菌、好氧菌、厌氧菌等)成为地下水生态系统中主要生命组分,是地下水演化过程的重要影响因子,在地下水系统的能量转换、物质循环、营养输送、信息贮存以及元素形态的转化、聚集和迁移中微生物都起着极其重要的媒介作用。地下水化学性质的演变中微生物的控制和改造是其主要因素之一。
地下水系统是一个复杂综合体,包括了地下水流经的介质,地下水中各种物理化学成分和地表的天然通道等。加之人类对地下水的开发利用活动已经并将继续改变地下水环境,如地下水的污染、过量的开采以及其它流体矿产的开发等都对地下水系统的天然环境产生影响。环境因素的变化相应地也影响了地下水中生物的生存条件,导致微生物的形态、生理、遗传特性的改变,促使各类微生物不断演替。地下水系统中各种环境因素又是制约微生物生长、繁殖的重要因素。
地下水微生物学是地下水科学与微生物学紧密结合而形成的一门新兴学科,它将地下水视为一个有生命的系统加以研究,主要研究与认知微生物生命过程与地下水化学密切相关的科学问题,是研究微生物活动与地下水环境相互关系的科学,也就是探索微生物直接参与地下水化学形成演化过程的微生物地球化学作用,是地下水科学研究的前沿领域。
2 微生物作用改变地下水化学组成
早在1900年人们就发现未受污染时含有高浓度硫酸盐的地下水,受石油污染后却常常缺少溶解性硫酸盐。1917年Rogers首次提出这是硫酸盐还原菌新陈代谢的作用所致。这个假设在从受石油污染的水中分离出硫酸盐还原菌时得到证实。在以后的几十年里,很多学者对地下水化学组成的微生物影响作用进行研究后认为,微生物对地下水化学组成具有重要影响作用(Chapelle 2000)。如,钟佐燊(2001)研究认为,在石油烃污染的地下含水层中,如果发生了生物降解反应,则其水文地球化学标志是:水中溶解氧很微,NO-3和SO2- 4明显降低,Fe2+ 和HCO-3升高,出现HS-或H2S 和CH4。
地下水系统中电子供体与电子受体间的丰度关系是影响微生物代谢速度的主要因素。在未污染的含水层中,电子供体的可用性限制了微生物的新陈代谢,溶解性无机碳沿着含水层流动路径慢慢聚积,可用的电子受体依照溶解氧>硝酸盐>三价铁>硫酸盐>二氧化碳(甲烷生成)的次序不断被消耗。在人类活动污染的含水层中,常存在过剩的可用有机碳,电子受体的可用性限制微生物的新陈代谢。
美国南卡罗莱纳州Black Creek含水层是区域地下水化学类型变化受电子供体限制的很好例子。McMahon等(McMahon 1991a1991b,Chapelle 1990)对该系统进行详细研究后,描述了微生物作用对含水层地下水化学组成的影响。该水文地质单元,水流从补给区向下游150 km到排泄区,溶解性无机碳浓度从不到1 mM/L 增加到超过12 mM/L。由微生物代谢作用产生的溶解性无机碳促进了含水层中碳酸盐的溶解,根据公式:CaCO3 (碳酸盐)+CO2 (微生物)Ca2+ +2HCO-3计算得出,大约一半的溶解性无机碳来自微生物代谢作用(约6 mM),有研究表明该地区地下水补给大约需要用15万a,由此推出,微生物代谢作用产生溶解性无机碳的速率约为10-4 mM/La。因此,尽管沿地下水流溶解性无机碳浓度增加很大,但微生物代谢速度很低(Chapelle 1990)。其主要原因是,含水层中可代谢的有机碳含量低。McMahon(1992)研究认为,Black Creek含水层中有机碳含量只占沉积物干重的0.1±1.0%。由于低速率的微生物代谢作用,系统中可用电子受体的量(O2、Fe3+、硫酸盐和CO2)相对有机碳来说是丰富的。
当地下水系统中可用有机碳的含量很高时,可用电子受体缺乏会限制微生物代谢作用。电子受体受限的含水层包括泥炭含水层(普遍在北半球),石油储存地,和由人类活动引起化学污染的含水层。1979年美国明尼苏达州管道爆裂泄漏大约10万加仑的原油到一个冰水沉积含水层。泄漏时,由于与大气快速交换,以及含水层天然有机碳含量低,地下水呈饱和溶解氧状态(约10 mg/L)。随着可代谢碳的突然流入,油积聚在水面,氧被迅速消耗,并形成三价铁还原条件。泄漏后5年,在油透镜体附近含水层中氢氧化铁被耗尽,甲烷生成成为一个重要作用。这个受原油泄漏污染的浅层含水层是电子受体受限含水层最好例证之一(Baedecker 1993)。
由于原油泄漏电子供体过剩,在最接近污染源的Bemidji含水层,其水化学特征主要为甲烷生成环境,其次为硫酸盐还原,铁还原,和低溶解氧环境。该含水层与Black Creek 含水层的情况完全相反,Black Creek 含水层甲烷生成的地方远离补给区。而Bemidji含水层的硫酸盐相对较少,硫酸盐还原不是主要的作用。这种氧化还原作用的次序是电子受体受限的地下水系统的特征,常见于受石油烃污染的地下水系统。
3 微生物作用改变含水层水力性质
微生物作用除影响地下水化学组分以外,也影响地下水系统的物理性质。地质学家很早就知道在非孔隙岩中,次生孔隙能提高含水层的水力性质 ,还可以积聚石油。人们通过大量的同位素和质量平衡研究得出,有机物的去碳酸基和其它无机作用不能解释许多系统中的次生孔隙现象(Lundergard 1986)。由于大多数含水层系统中存在大量具有活性的不同微生物种群,微生物代谢作用引起人们的关注,大量研究表明微生物作用能引起硅酸盐和碳酸盐岩中次生孔隙产生(Bennett 1987,Chapelle 1988)。地下水中硫酸盐在有脱硫细菌参与和有机质存在的条件下发生还原反应而产生H2S(Na2SO4+2H2O+2C2NaHCO3+H2S),这个反应有溶解硫酸盐的作用,反应产生的H2S 溶于水中也具有溶解碳酸盐等矿物的能力(李义军 2002)。
微生物作用除显著改变了Black Creek 含水层水化学组分外,也改变了这个含水层的水力性质。沿水流路径的岩心资料显示了一个显著的岩性变化。在补给区,不存在次生晶粒间的方解石胶结物。在补给区和排泄区的中间区域,南卡罗莱纳州莱克市常见方解石胶结物。在排泄区附近,南卡罗莱纳州莱克市Myrtle 海滩,50%的厚层含水层被晶粒间的方解石胶结。McMahon等研究了微生物作用引起Black Creek含水层孔隙的填充现象。该研究表明,Black Creek含水层的砂中含有机碳少,而相邻的狭窄的层中含有丰富的有机碳。隔水层有机碳的发酵使有机酸在隔水层孔隙水中积聚。有机酸扩散到Black Creek含水层,进而氧化为二氧化碳,引起大量的碳从隔水层迁移到含水层。二氧化碳同含水层物质反应产生碳酸盐和重碳酸盐。这个作用导致部分含水层次生孔隙产生。然而,当碳酸盐和重碳酸盐在溶液中积聚、运移,地下水的方解石变得过饱和时,就会在含水层的其它部位沉淀下来。由于丰富的晶粒间的方解石胶结物填充了含水层系统的主要孔隙,Black Creek含水层孔隙性减少,透水性降低,以至不能满足当地用水需求。
有实验表明,二氧化碳和有机酸的产物能增加矿物的溶解,引起次生孔隙性和渗透性的发展。而碳酸盐、铁和硫酸盐微生物产物能引起方解石或黄铁矿的沉淀,降低地下水系统的原生孔隙性和渗透性。也就是说,微生物既能破坏(Lundergard 1986)也能提高(Hiebert 199 McMahon 1995)含水层沉积物孔隙性。
4 污染修复中的微生物作用
现代社会产生了大量的化学产品,许多有毒有害的物质被人类有意或无意地投放到地下水系统中,地下水受到严重污染,地下水质量日益恶化。近年来,生物降解技术以其可在污染现场进行修复、可在难以处理的地方进行修复、在生物修复时不影响场地内正常生产、对污染地的干扰或破坏小、处理后的产物无二次污染、降解过程快、费用低等诸多优点受到世界各国环境科学界的广泛关注,激发了人们对污染修复中微生物作用的研究兴趣。
对污染地下水进行原位生物修复时,好氧微生物通过将有机化合物氧化成二氧化碳而获取能量,其中氧为电子受体,当地下存在氧时,好氧微生物可将有机污染物氧化成二氧化碳,从而使污染地下水净化。厌氧微生物也能将有机化合物氧化成二氧化碳,但其作用过程中的电子受体不是氧,而是以硝酸盐、硫酸盐或Fe3+等氧化物作为电子受体。由于许多受污染的地下水环境中缺乏氧,好氧微生物在代谢过程中很快将氧耗尽,此时,好氧微生物将无法对污染物进一步降解。厌氧微生物不同的代谢能力,在污染地下水修复方面显示了巨大的潜力。最新研究表明,厌氧微生物可有效降解地下水中烃类、氯化溶剂、硝酸盐以及铀、铬、锝、钴、硒有毒金属和准金属等污染物。
在1973年,人们首次发现了浅层地下水中的土著微生物对石油的降解能力,不久,生物降解被用于提高汽油污染的含水层的净化。自那以后,人们开始使用生物降解地下水系统中各种常见化学污染物,包括氯代化溶剂。
地下水中石油烃的污染主要来自汽油及其它石油产品的地下储罐的渗漏。其主要污染组分为苯、甲苯、乙苯和二甲苯。生物降解石油烃的实质是在微生物参于下的氧化还原反应。该反应中电子供体烃给出电子,好氧菌仅利用氧作为电子受体,而厌氧菌则可利用NO-3、Fe3+、SO2-4和CO2 作为电子受体。美国密执按州使用原位生物修复技术,成功修复了由于地下储油罐漏油受到严重污染的包气带及含水层。其方法是:在污染区,首先注入未污染地下水42 d,第43 d开始注入含NO-3的地下水,到第112 d基本清除了污染物。结果表明: 地下水中,苯从0.76 mg/L降至小于0.001 mg/L ,甲苯从4.5 mg/L 降至小于0.001 mg/L;包气带土壤中,苯从0.84 mg/kg降至0.017 mg/kg ,甲苯从33 mg/kg 降至0.103 6 mg/kg(钟佐燊 2001)。
多环芳烃具有毒性,对人类健康造成的危害大,尤其是高分子多环芳烃的致突变与致癌特性。多环芳烃生物降解研究日益受到了人们的重视。近年来人们对微生物降解多环芳烃的作用、机理进行了广泛的研究,研究结果表明,对可降解多环芳烃的微生物有红球菌属( Rhodococ2cus) 、假单胞菌属( Pseudomonas ) 、分枝杆菌( My2cobacterium) 、芽孢杆菌属( Bacill us ) 、黄杆菌属( Flavobacterium) 、气单胞菌属( Aeromonas ) 、拜叶林克氏菌属( Beijernckia ) 、棒状杆菌属( Corynebacterium) 、蓝细菌( Cyanobacteria) 、微球菌属( Micrococcus ) 、诺卡氏菌属( Nocardia) 和弧菌属( V Ibrio)等(温洪宇 2005)。利用微生物去除地下水中的多环芳烃不会造成二次污染,费用低,易操作,是去除多环芳烃的最佳方法。
饮用水中过量的硝酸盐能够引起婴幼狼高铁血红蛋白血症,我国许多地区浅层地下水已普遍受到硝酸盐不同程度的污染。张胜(2005)对地下水硝酸盐污染的微生物修复技术进行了研究。通过两年多的室内和野外原位的大量试验研究,优选出反硝化菌液和增强地下水中微生物反硝化作用的营养碳源乙醇、乙酸钠,利用乙酸钠作为营养碳源在野外试验井进行原位微生物脱氮试验,对地下水中NO-3的去除率可达98%。研究结果得出,利用优选反硝化菌液和乙酸钠营养碳源对地下水硝酸盐污染修复效果好,在大面积土体和地下水污染原位修复技术实施是可行的、有效的,它不仅可以在原位有效地修复土壤、包气带的硝态氮污染,而且还可以增加土壤的肥力及氮肥的利用率,无负面作用,对修复污染、保护地下水资源和农作物增产都具有重要意义。
5 影响微生物作用的地下水环境因素
微生物作用对地下水系统的影响程度主要受微生物代谢速度,水文地质条件,含水层的岩性等多种因素的控制。
张宗祜,任福弘等(2006)为研究氮素的生物化学循环问题,通过对河北正定野外试验场贯穿包气带的18.5 m的钻孔剖面土样的水理性质、地球化学成分、有机质含量的测试和微生物的培养鉴定,发现包气带土体的各类细菌在整个包气带均有分布,但随着岩性、物理化学条件的变化,而显现出不同的细菌含量,特别是在几个层次上出现细菌含量高的活化层。它的出现充分说明了细菌在包气带中分布,不是受深度变化所控制,而是受其环境条件所制约,如含水量、营养元素、土体岩性等。这一研究成果为今后深入研究地下水系统中微生物的作用奠定了良好的基础。
McMahon(2001)研究了含水层和弱透水层交界面上的几个重要生物地球化学反应,包括氧还原、反硝化作用和Fe3+、SO 2-4和 CO2还原(甲烷生成)。研究表明,一些地方,生物地球化学反应发生在交界面的弱透水层面,电子受体从含水层运移到电子供体丰富的弱透水层里。另一些地方,生物地球化学反应发生在交界面的含水层一方,电子供体(有时是电子受体)从弱透水层运移到电子受体或微生物丰富的含水层里。影响含水层/弱透水交界面发生生物地球化学反应范围的因素有,交界面两边电子受体和电子供体的丰度和可溶性,电子受体和电子供体反应和越过界面的速度。
6 展 望
地下水沉积物无菌取样方法的发展完善和微生物综合评价方法的建立,使微生物代谢作用对地下水地球化学的影响被广泛认识。随着当今社会科学技术的不断进步,地下水微生物地球化学的研究技术也日益得到提高和改进。首先,人们可以利用电子显微镜、能普、电子探针、离子探针、质子探针来观察和分析细胞内部的结构、成分。第二,微生物生态学研究的新技术被用于地下水微生物研究中。如,人们在研究污染或未污染含水层生物群落组成研究中开始使用磷脂脂肪酸分析方法(PLFA),该方法是基于生物化学手段的一种微生物生态学研究新技术,它具有对细胞生理活性没有特殊的要求,对样品保存时间要求不高、不需要进行微生物培养等优点。它能提供微生物群落生物量及其时、空变化、群落结构和功能等多种微生物信息,是一种快捷、可靠的分析方法。.再如,人们通过基因工程,在DNA的分子水平上动手术,使某种细胞结构的基因转到另一种细胞中去,而使之具有新的遗传性状。
随着我国环境科学界对地下水微生物作用研究的日益关注,我国地下水微生物地球化学、微生物工程学、微生物环境工程学将会作为重点发展学科被大力扶持,地下水微生物的基础研究应得到优先发展,尤其是在地下水环境中微生物的种类、形态、分布特征、营养和生长的一般规律,微生物的代谢、演替和调控,微生物的基因及其所携带的遗传信息表达等研究方面,从基础研究中寻找提高地质微生物地球化学作用的研究途径和方法。地下水微生物研究将进一步与地质学、微生物学、环境生态学、环境微生态学、环境地质学、水文地质学、生物化学等基础科学的研究交叉与合作,对基础科学的发展提供动力和应用的验证方法。
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多媒体教学实际上是利用电脑综合处理和控制文字、图形、声音及影像等多种媒体信息,按照教学要求安排各个要素,通过投影仪的屏幕显示出来,再加上老师的引导,完成教学过程。多媒体教学擅长把抽象问题形象化,在这个过程当中,教师应积极地引导同学对形象直观的思考整理成抽象思维,使直观形象思维与抽象思维相辅相成,优势互补。因此,多媒体教学是现代科技在教育界渗透的产物,对促进高校教学改革,优化高校课堂教学过程,提高高校课程教学质量具有尤其重要的意义。
但是,我们也要意识任何事物都有两面性,多媒体教学也不例外,存在这样或那样的问题:首先,多媒体教学极大的增加教学的信息量,容易造成重点不突出;其次,适度把握多媒体课件的内容,防止本末倒置,反而会降低教学效果,把多媒体形象化的优点变成缺点;最后,由于多媒体教学的兴起,很多老师忽视了课堂的板书这种传统教学方式。因此,我们要做到传统与现代科技相结合,板书与多媒体课件结合,实现优势互补。
2改革实验教学方法,提高学生实践能力
了解和掌握环境工程微生物学基本实验操作技能的重要途径是实验,实验教学的效果直接影响着学生的应用技能水平。传统的实验教学模式偏重于基础知识和技能的训练,大多是验证性实验。其优点是学生学习知识与技能相对比较集中,理论和实验课程配合比较紧密,因而记忆较为牢固扎实,但缺点也比较明显。素质教育要求知识与技能基础上加强思维能力培养和人格结构完善,即人的全面发展,使学生在整个实验课程学习过程中,将思维能力、培养创新精神和综合素质的培养三大目标融为一体。因此,我们探索改变实验教学:
(1)改变传统的专业实验课程设置依附于理论教学体系的横向模式,实现实验课程之间的联系,设计一些综合性的实验,引导学生开展实验。
(2)改变实验教学由单一课程组和学生班级为单位的组织形式,形成交叉型的教学指导团队和兴趣型的学生学习团队,组织一些开放性实验,锻炼学生科研能力。
(3)改进专业实验课程的内容,设计接近工程实际应用、知识交叉的实验内容,使实验教学内容体现环境工程项目的应用性。
3结语
关键词:环境微生物学;研究型教学;环境科学专业
《环境微生物学》课程作为环境科学专业的基础课程,在学科专业建设中具有举足轻重的地位[1]。《环境微生物学》的教学内容以微生物的应用为核心,它将环境理论知识与应用技术密切联系起来,在环境科学专业的课程建设起到了重要的承接作用。该课程的主要特点是兼具理论与应用性;微生物与环境作用的复杂性;与环境工程应用的密切性。正是由于这种理论复杂性与应用性共存的特点,使《环境微生物学》课程在教学过程中理应更具有培养学生创新性思维与实践能力的潜力。环境科学专业的课程建设中较少开设生物类课程,由于课程上述方面的特点使环境科学专业的学生在学习过程中普遍具有排挤性,特别是当教学方式仍然以传统单向传授式教学为主的情况,学生普遍表现出对该课程的兴趣不强,因此迫切要求新的教学方法来激发学生学习的动力。
目前,研究型教学模式越来越被接受为一种有效的、全新的教学模式,这主要是由于研究型教学将科研思维引入到教学中,摒弃了传统的单向传授的模式,以学生为教学主体,教师不再单纯地讲授书本内容而是主动参与学生的研究实验中[2,3]。研究型教学以培养学生的创新能力与实践能力为目标,强调学生的主动性、自学能力与组织能力,注重发挥学生的个人潜力,使学生能够积极主动地进行以解决科学问题为目的研究与学习活动。
一、《环境微生物学》课程教学改革的研究现状
《环境微生物学》在许多专业中均作为专业基础课程,主要是考虑到它对整个专业课程体系的支撑与衔接作用,但是由于它本身所具有的学科交叉性,使得在专业课程体系建设过程中并没有把它放在教学的重要地位[1],教师在教学过程中对该课程的重要性认识不足,学生相应地就没有对其学习的兴趣,这一现象在环境科学专业的教学中尤为明显。在教学过程中教师只围绕专业的大背景进行教学启发,例如主要围绕污染处理、环境评估等领域的内容进行教学,而少有涉及污染处理的微生物作用机理,以及环境评估中生物主体特别是微生物在环境中的作用等。学生长期受这种导向的影响,几乎没有对环境的污染实质以及微生物主体对环境作用力进行过深入的理解,更没有进行相应的研究性的创新与实践活动。
当然,为了适应教学改革的需求,许多教学工作者也对《环境微生物学》课程进行了一定程度的教学改革探索,如从教学内容、教学方法与手段、实验教学以及考核方式等方面,提出了讨论式、互动式、启发式等教学方法[4-6],但这些措施均没有真正脱离传统的“传教式”教学,这离学生创新能力与实践能力的培养目标相差较大。《环境微生物学》课程本身具有很强的实验性,教学过程理应以实验的探索为主,为解决实际问题而进行教学设计。但是目前的教学对实验研究重视不足,表现在课堂教学上以概念、理论、工艺的介绍为主,很少有对实际案例的分析,更没有以培养学生实践能力与创新能力为主的研究实验设计,即使在课程实验课上,也都是以传统的验证性的基础实验为主,这大大降低了《环境微生物学》课程在专业建设中的作用,也极大地削弱了该课程对学生创新思维培养的作用。
二、《环境微生物学》课程引入研究型教学模式的必要性
《环境微生物学》课程的应用性内在特征需要进行研究型教学,以适应课程教学的最终目标,即使学生学会应用微生物手段进行环境污染的控制。课程内容主要包括两大部分:第一部分主要讲述微生物学的基础理论知识,第二部分主要讲述微生物在环境工程中的应用。第一部分是第二部分的基础,它涉及到微生物的培养、繁殖、接种体的制备等具体的实验过程,由于环境科学专业的学生对生物学了解较少,且微生物需要借助于显微手段才能进行感知,学生在学习过程中感觉难度较大。但是学生只有对这些微生物的基础知识有了深入的理解,并掌握了相关的微生物操作技能,才能在第二部分微生物的应用中进行相应的工程设计与应用,以实现对环境污染的控制。因此教学过程中应以实验教学为主,特别是应进行一些带有研究性质的探索性实验,这正是研究型教学所要体现的形式。
创新型人才的培养是当代大学教育人才培养的目标,专业创新人才的培养也要求教学改革应该向研究型教学模式进行转变,以适应这一目标的要求。在环境科学专业的诸多课程中《环境微生物学》具有明显的交叉学科性质,而创新性的知识容易产生于交叉的学科,它同时又兼具理论性与应用性的特点,使其在创新性研究中具有明显的优势。因此,要充分利用该课程的这一学科优势,在教学过程中不断激发学生对这一新学科的兴趣,引入研究型教学的理念,引导学生进行以科研实验为主体的研究与学习活动,将科研与教学融为一体,不断培养学生的创新意识与实践能力。
三、研究型教学模式的探索
(一)课程教学与教师科研结合
高校教师普遍教学与科研“双肩挑”,是联系教学与科研的重要纽带。研究型教学的目标是培养创新型的人才,以培养学生的创新能力与实践能力为目的。研究型教学与教师科研相结合,使得教师科研成为创新人才培养的天然平台,这主要体现在两个方面:一方面教师科研始终跟踪学科前沿信息,始终保持创新性思维,给教学带来了新的思维模式,特别是将探索性的实验研究带给了学生;另一方面学生可以直接参与教师的科研,学生在参与教师科研项目的过程中,不仅减轻了教师的负担,而且也在科研过程中受到了训练,不仅学习到了严谨的科研思维,而且也熟悉了科学研究的基础技能,极大地增强了自身的科研素质与专业技能,为以后科研与就业打下了坚实的基础。
(二)课程教学与大学生创新性实验项目结合
各级大学生创新性实验项目是高等教育“质量工程”的重要内容之一,项目的主要目的是培养大学生的创新能力与实践能力,注重创新性实验项目的实验过程,强调实施过程中创新思维的培养,重点培养学生的学习主动性、探索能力、协作能力以及实践能力,这与研究型教学培养的目标是非常一致的。因此,将研究型教学与大学生创新性实验项目结合,将《环境微生物学》课程研究型学习与项目的实施内容融合起来,不仅有利于项目的顺利实施,也有利于教学质量的提高。
(三)课程教学与生产实际结合
产学结合模式是高校教学改革的重要措施之一,《环境微生物学》课程的应用性特点决定了教学必然要建立与生产的密切联系。利用微生物处理环境污染物的生产,如利用活性污泥法处理生活污水、利用微生物处理生活垃圾等,均利用了天然或人工分离的菌种对污染物进行处理变成低毒或无毒的产品。课程在应用部分的主要内容是与这些生产过程一致的,并且在教学过程中也开展了一些小型的污染物处理的生产,使研究型教学与实际生产相符合,有利于激发学生学习的兴趣。在研究型教学实验设计过程中,最好以项目的形式开展实验,先期的菌种筛选、组合匹配等工作可以在实验室内完成,然后利用教学用的小型处理车间进行小试,如果顺利可以将其应用于工厂进行中试。这一系列过程须以学生为主体,在指导教师的指导下,由学生自己以课题小组的形式来完成。
(四)课程教学与学科专业平台建设结合
学科专业平台建设是高校教学软硬件建设的重要组成部分,学科专业建设的程度直接关系到专业教学起点的高低,也关系到教学质量的水平。但是大多数学科专业平台建设在实施过程中往往只注重专业整体的考虑,却没有照顾到具体课程对教学软硬件的需求,这主要是由于课程教学的教师缺乏与学科专业建设管理者的沟通,而且在传统的单向传授式的教学模式下,课程教师根本就没必要关心课程以外专业平台的建设,这使得学科专业平台对课程教学的直接效果不大。事实上,课程教学是教学质量的直接体现方式,教学质量的高低、教学手段实施的效果如何不仅与教师个人的教学水平相关,而且也极大地受到教学条件的影响,这就需要学科专业平台建设在实施过程中重视教学条件的改善,而这些教学条件正是课程教学中直接使用的。因此,课程教学应积极与学科专业平台建设结合,以获取课程教学所需要的直接条件。
(五)课程教学与社团科技活动结合
为适应“两型社会”的需求,高校教育也开始加强对学生的环境保护教育,特别是高校社团科技活动对环保的宣传力度在加大,但是社团活动却很少有专业教师参与,使环保宣传仅仅局限于一种科普活动,而对于专业的环境科学专业的学生来讲这是远远不够的,只有“知其然”,且“知其所以然”,探索环境污染的机理、提出治理的方法,才是专业大学生人才培养的目的,也就能培养出创新型的人才。而社团科技活动与课程教学相结合,目的性就很强,可以针对区域环境中存在的问题,利用课程教学的知识与技能进行实训,既丰富了高校社团活动,又提高了课程教学质量,对于学生个体来讲使课程知识直接走向了社会应用,有利于整体提高环境科学专业大学生的科研素质与实践能力。
四、结语
《环境微生物学》课程在环境科学专业中占有重要的地位,它是生物与环境之间的一门交叉学科,具有明显的应用性特点,这决定了课程教学不能单纯地依靠传授式教学。研究型教学是将科研理念引入到教学中,以学生为主体,以实验课题研究的形式进行教学,着重培养学生的创新能力与实践能力,这正好适应了《环境微生物学》的课程特点。这一课程采用研究型教学,不仅适应了创新人才培养的大学教学目标,而且也使学生能将课程知识学以致用,为以后考研或就业打下了坚实的基础。
参考文献:
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教学模式医学微生物学与免疫学教学效果自主学习在科学技术高速发展的现代社会,知识信息以惊人的速度不断涌现和更新,“自主学习”“终身学习”已成为现代人工作生活中不可缺少的一部分。联合国教科文组织国家教育发展委员会在《学会学习》中,指出:“未来的文盲不再是不识字的人,而是不会学习的人”。以培养“创新性医学人才”为目标的高等医学教育,必须适应现代医学和护理学突飞猛进的发展,传统的“灌输式”教学模式已不能满足社会的需求,因此如何培养和提高学生学习医学知识、应用医学知识和创新医学知识的能力和素质成为大学教育中的研究热点。
自2011年以来,我院在专科护理专业《医学微生物学与免疫学》(以下简称《微免》)理论教学过程中,开展了自主式教学模式的探索和研究,并与传统的教学模式进行了比较。
一、研究对象与方法
1.研究对象
山东济南某高校护理学院3年制2011级护理专科6个班中,随机抽取2个班,分为实验班级(90人)和对照班级(88人),由同一位老师授课。其中实验班级女生83人,男生7人,年龄18~22岁;对照班级女生81人,男生7人,年龄18~22岁。两个班级在性别、年龄、学历、学业成绩的差异无显著性意义(p>0.05)。
2.研究方法
(1)带教方法
①实验班级
根据前苏联教育家维果斯基的“最近发展区”为理论依据,从《微免教材》中选择理论性较强,并已有一定的生活经验和知识积累、较易理解和掌握的内容作为学生直接参与教学的内容,例如细菌的基本结构、消毒与灭菌、免疫器官等章节中的部分内容。而对于学生而言是新知识或专业性强的内容,例如细菌的致病机制、细胞因子等,仍然采用教师讲授为主的传统教学模式。
教师在开课前1周与班级同学见面,对预实施的教学模式给予详细介绍,明确意义,消除顾虑,使学生有充分的心理准备。将班级90人随机分成9组,每组10人,每组选1名组长由学生推荐产生,实行老师指导、小组组长负责的管理机制。
将学生参与的教学内容随机分配到小组,在教师的指导下制订出授课计划(含教学目标和教学进度)。各小组成员分工合作,每3名同学负责一个版块的教学。小组集体备课和制作多媒体课件,课前1周试讲,师生共同点评,最后教师总结,帮助学生完善授课资料。为激发每位学生参与教学的积极性和主动性,每个小组的教学内容在正式授课时由教师随机指定授课学生和教学内容。
②对照班级
按照传统教学模式进行授课,即老师讲、学生听的方式。
(2)评价方法
①教学效果评价
学生最终成绩由平时成绩与期末考试成绩两部分构成。平时成绩由课堂参与情况、课后作业完成情况、随堂测试按一定比例构成。期末考核题目由带教老师出,统一闭卷考试、统一阅卷、统一评分标准。
②自主学习能力评价
采用姜安丽教授编制的“护理专业自主学习能力量表”,调查新教学模式实施前后学生自主学习能力的变化。该量表可反映自我管理、信息和学习合作三方面的能力。最终获得实验班级有效量表78份。
(3)统计方法
对所得数据进行t检验和描述性统计分析。
二、研究结果
1.实验班级与对照班级成绩比较见表1。
2.实验班级课程结束后学生自主学习能力变化见表2。
三、讨论
1.自主教学模式与自主学习能力培养
自主学习是学生自己主宰自己的学习,是与他主学习、被动学习截然相反的一种学习方式。自主教学模式是一种鼓励学生主动参与教学活动、促进学生主动学习,体现学生教学主体作用,充分发挥学生主观能动性的新型教学模式。自主教学模式的目的是发挥学生的主动作用,积极参与到教学活动中,可见自主教学模式有助于促进学生主动学习,从而利于学生提高自己的自主学习能力。为此,我们确定了在医学微生物学与免疫学教学中采用自主教学模式来培养学生自主学习能力。
2.自主教学模式对教学效果的影响
根据对实验班级和对照班级平时成绩和期末成绩的比较(见表1),实验班级的平时成绩明显高于对照班级(P0.05)即未达到有统计学意义的提高。
平时成绩由课堂参与情况(占30%)、课后作业完成情况(占30%)、随堂测试(40%)三部分组成,综合学生平时表现,发现自主教学模式下,课堂气氛更活跃,学生主动提问与回答问题的积极性更高,开放性的课后作业完成的更完整,而随堂测验的情况相对传统教学模式下考核成绩略差,分析其原因如下:自主式教学模式使学生的学习状况发生根本性改变,从以往的被动学习转变为主动学习,教师与学生的角色与分工发生转变,教师是教学活动的组织者和引导者,而学生成为教学活动的主人翁和执行者,充分尊重学生的主体地位,因此在自主教学模式下,学生更能发挥其主观能动性,独立分析、探索、实践、质疑、创造等,使学生产生了强烈的求知欲望和兴趣,从被动接受知识和信息变为主动参与,所以课堂表现和课后作业完成情况都优于对照班级。
对于随堂测验与期末成绩与对照班级相比未能明显提高,甚至出现平均分低于对照班级的情况,这与卢学琴、肖明等人的研究结果不同。分析如下:第一,本次研究主要针对《微免》课程中的理论知识开展,而他人研究主要针对实验教学,我国高校现状是理论教学大班授课,学生人数偏多,加上学生能够直接参与的教学内容有限,虽然是小组集体备课,但最终能够上讲台授课与发言的学生仅占少部分,难以真正做到学生人人参与。第二,各小组只有在本组直接参与教学时才有压力和动力,才会积极、主动的自主学习,而在其他小组参与教学时仍然比较被动。第三,学生的讲台经验不足,通常是根据搜集的资料生搬硬套,缺少授课技巧,难以引起其他同学的听课兴趣,这三方面的原因导致班级整体对理论知识掌握情况不理想。
3.自主教学模式对学生自主学习能力的影响
自主教学模式是在教师的组织管理与指导下,学生通过自主学习、自主备课而直接参与力所能及的理论教学,以此培养和提高学生的自主学习能力和综合素质。教改前后学生自主学习能力量表得分自身对照结果显示(表1),自主学习能力总分和3个分量表分都有所提高。其中自主学习综合能力与学习合作能力明显提高,P0.05,未达到统计学意义,表明自主教学模式在实施过程中对学生的影响未能达到预期效果。
结果不理想的原因,分析有以下两点:第一,虽然绝大多数学生都不喜欢传统教学法的被动学习,也能认同小组参与式教学法,但是中国长期的应试教育使学生习惯了被动学习的简单和轻松,突然面对新教法所带来的压力和挑战,一时难以适应,不习惯自己主动去探求相关的知识。第二,学生适应新的教学方法需要付出更多的精力和时间,尤其医护专业学生,平时学习任务较重,因此在时间和精力不足的情况下,参与教学的积极性和效果都会有所降低。这些存在的问题是自主式教学模式在培养学生自主学习能力教学改革中需要去积极思考和面对的,进而能更好的提高自主教学模式的教学效果。
总之,自主式教学模式打破了传统教学模式“一言堂”的常规,是在传统教学模式重视知识系统传授的基础上,以“教师为主导、学生为主体”的一种教学理念。通过在专科层次护理专业《微免》课程中的实践,自主式教学模式在培养学生创新能力、自主学习方面比传统教学模式有明显提高。但若广泛推广,则还需要进一步提高和完善。
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[6]卢学琴,胡尚连,曹颖等.构建“植物学”课程自主学习教学模式的探索与实践[J].高教研究,2010,(2):66-68.
关键词:元古代中期 微生物岩 微生物群 稳定同位素 氧化还原敏感元素 海洋化学条件 华北地台
"Geomicrobiological Processes in the Mesoproterozoic Ocean with Anomalous Sulfur Cycle" Anaual Report
Shi Xiaoying Zhang Shihong Zhang Chuanheng Feng Qinglai Du Yuansheng
(China University of Geosciences(Beijing))
Abstract:Abundant thrombolites were found in the Mesoproterozoic of the North China Platform. Ultra-fabrics and organo-minerals in the thrombolites suggest that organo-mineralization is a key process for the formation of microbialites, which was mainly controlled by microbe groups and the environment factors. We have also identified geological records of Sun spot activities in the Mesoproterozoic, and argued that the fluctuation of Solar energy input had exerted a great influence on the microbial activity and sedimentation. Two important biotic events were recognized in the Mesoproterozoic Yanshan Basin, which were likely related to the changes in ocean chemistry and enhanced nutrient influx. Many potential eukaryote fossils were found, including acanthomorphic aritarchs, multi-cellular algae filaments, vase-like, and ornamented fossils. This suggests a noticeable eukaryote diversification. The study shows that DIC reservoir of the Mesoproterozoic had reduced through time, with low sulfate concentration and shallow chemocline. In the shallow water environments, carbon was cycled mainly by autotrophics, while in deep waters, anaerobic microbes played important role in changing seawater chemical composition. Study of redox-sensitive elements reveals that the Mesoproterozoic ocean was dominated by Mo-depleted anoxic state. Mo-enrichment was identified in the sediments of 1.64 Ga~1.56 Ga, suggesting a change in ocean chemistry to euxinic. Fe speciation from several black shale intervals in the Mesoproterozoic reveals that most of them have low ferric oxides, with rare pyrites. The average values of FeHR/FeT and FeT/Al are 0.28 and 0.57 respectively, suggesting the intervals deposited in anoxic, bur not euxinic conditions, and confirming that the deep sea was predominantly ferruginous, with intermittently interspersed euxinic waterss during the time Study of N, C, and S isotopes revealed a significant gradient of δ13Corg in the Ediacaran to Lower Cambrian succession between shallow and deep water facies of South China, likely suggesting the ocean still markedly stratified, with a high redox gradient. N isotope anomaly was recognized in the lower most Cambrian,likely reflecting the absence of N2-fixation. with Multi-cellular metazoan occurrence accompanied with environment oxidation. We think that the euxinic state had controlled nutrient concentration and the N, C, and S cycles, which in turn had impacts on the biotic evolution.
关键词: 《微生物学》 开放性实验教学 探究 实践
《微生物学》是生物科学、生物工程、生物技术等专业的基础必修课,是一门实践性、应用性很强的课程。目前,微生物学实验内容多为对微生物学理论教学内容的演示性、验证性实验,综合性、设计性实验较少。这样的情况不利于学生对知识进行整体性系统化的掌握,不能发挥学生的主动性和创造性,影响学生在毕业时的毕业论文设计、毕业生在实际生产中运用微生物学知识和实验技能解决有关实际问题的能力,使得学生毕业后在专业领域中不能成为真正能够解决生产科研问题的技术人才。因此,目前的微生物学实验不能满足现代社会对创新性人才的需求。微生物学实验的目的就是训练学生掌握微生物技术的基本程序和技能,为今后的实际工作奠定坚实的基础。那么如何将实验教学与实际生产、应用相结合?如何提高学生独立应用微生物学技术的能力,培养高素质、能独立解决实际科研问题的专业人才呢?开放性实验具有研究性和探索性,能够培养学生的创新意识与动手能力,给学生一个自主发展和实践锻炼的空间,激发学生的创新热情和兴趣,而且能够最大限度地发挥实验资源效益[1-2]。因此,开放性实验是我们解决以上两个问题的一个途径,是实验教学改革的必然趋势。我们实验室对如何开展开放性的微生物学实验进行了探究与实践,取得了良好的教学效果。
一、微生物学开放性实验内容
微生物学开放性实验是通过开放微生物实验室完成的,在其教学过程中所有实验资源均向学生开放而不受实验室、实验时间和实验内容限制的一类实验形式。我根据学生的专业和兴趣或教师的科研课题指导学生自主设计实验题目,自拟实验方案、查阅参考资料、提出设计思路和实验步骤,并独立完成整个实验过程,在获得的现象或数据的基础上自己概括出实验结论。开放性实验的内容一般为应用性、实践性较强的实验,能激发学生对实验的浓厚兴趣。因此,微生物学开放性实验内容应包含综合型、设计型、科学研究型实验。例如:我们设立了土壤微生物的分离与纯化的综合性实验,该实验要求学生独立设计实验技术路线、步骤,并准备所需物品,最终获得纯种。在样品的采集过程中,学生自由选择土样进行采集,并注明土样采集的地点、深度、含水状态等特征,通过这一过程,使学生掌握实验样品采集的方法及注意事项;在试验的准备和试验的操作过程中学生能全面地掌握器皿的包扎技术、棉塞的制作、培养基的配制与灭菌、无菌操作技术、土壤悬液的制备与梯度稀释、接种技术、微生物的培养与形态观察、显微镜技术、染色技术、微生物的生理生化测定等。在实验结果分析上,学习并掌握平板菌落计数方法,根据实验数据、采样地点、土壤深度讨论土壤特性与微生物分布的关系,还可进一步探讨微生物的种类和数量与土壤肥力的关系。同时我们还设立了水体微生物的检验的实验项目。当前水体污染比较严重,但还没有引起人们足够的重视。水体污染怎样进行生物监测,需检测哪些指标?通过这些指标可以反应出水体污染程度,该实验与我们的水资源密切相关,能引起学生极大的兴趣,让学生切身体会到治理污染的重要性。
二、微生物学开放性实验教学方法
微生物学开放性实验教学强调以学生为中心,在实验项目、实验设备、实验方法、实验时间和实验项目等方面给予学生充分的自,学生能够根据个人的兴趣爱好选择相应的实验内容,这就使学生处于教学的中心地位,有利于调动他们的学习兴趣,从而激发其解决问题的积极性[3-4]。在实验项目的选择和实验设计上,改变以前由老师给定实验题目和实验步骤的做法,学生自拟项目或参与教师的科研课题,自己查阅资料,设计实验,教师对实验方案认真审阅,提出不足和建议并与学生讨论,制定出更加合理的实验方案。在实验进行的过程中,改变从前老师准备实验材料的做法,让学生自己进行采样,列出实验用具清单,准备实验药品等。在实验过程期间,教师的角色由主体变为实验过程的参谋,学生是实验的主体。在整个实验过程中要求学生独立完成实验、分析实验中出现的问题,独立实验并整理数据,并且对实验结果进行分析讨论。当实验中遇到难题,老师不是直接地告诉学生该怎么做而是要求他们仔细的查看自己的实验计划,认真思考,然后和他们一起观察现象,分析原因,寻找解决方法。这样既可以让学生更有效地学习到正确的实验操作和严谨的研究精神,又可以及时发现问题,进一步完善教学工作。在实验过程中强调学生的团队合作精神和解决问题的能力,注重学生对实验过程、实验结果的记录和分析,以及出现问题时提出有效的解决方法。如应用研究型的实验项目,“光合细菌的分离、筛选与纯化?薰,让同学们自己查阅资料、独立思考,自己设计实验方案,运用各种方法及实验手段,并且在实验完成后论文以科研论文的形式提交,实验完后,开展专题报告会活动,让学生进行交流以及评议。通过该实验,学生不仅提高了独立完成实验的能力、设计创新能力及科研素养,而且增强了自信心、自豪感,以及从事科研的兴趣,并总结出了光合细菌筛选分离路线、关键技术及创新点。开放性试验提倡的是开放式的教育,充分发挥了学生的创新能力。在光合细菌的分离、筛选与纯化的试验中,同学们还创造出了利用保鲜膜封口,创造无氧环境更有利于光合细菌的生长。开放性实验使学生的理论知识和实验技能得到综合应用,是培养学生综合能力和创新能力的重要途径之一,为今后的研究性工作打下了良好的基础。
三、微生物学开放性实验的评价
开放性实验教学的目的是培养综合性、创新性、能力型的人才,是要变培养单纯知识型的人才培养模式为知识、能力、创新型的人才培养模式。在实践教学过程中,培养学生的自主学习能力、创新精神、团队合作和实践能力。教学目的又决定教学评价。微生物学开放性实验的成绩评定应具体落实到每一次实验和每一个环节中,包括在实验过程中学生所表现的实验操作能力,独立分析问题、解决问题的能力、科学态度,以及创新意识等。实验教师每次实验都对每个学生实验过程中表现的科学态度、实验操作规范程度、实验目的的达成、实验方案的设计和实验报告撰写的水平等给以量化。开放性实验评定标准见表1。
四、结语
目前,人才培养目标的多元化和人才培养模式的转化,要求实验教学内容作出相应的变革,以有利于培养综合性、创新性、能力型人才。而开放性的实验教学能够打破以前传统性实验教学的局限性,较大限度地向学生提供自由发挥其创新能力和实践能力的空间,更好地促进学生自由、独立、主动、全面的发展,受到了学生的广泛好评,因此开放性的实验教学有着广泛的应用前景。特别是《微生物学》是一门实践性、应用性很强的课程,只有进行开放性实验教学,学生才能较好的掌握、应用微生物技术。但目前微生物学开放性实验教学还处于摸索阶段,如何使微生物开放性实验教学更科学?如何设计出更具有培养学生创新能力的应用性、综合性的实验项目供学生选择?如何建立完善的开放性实验教学体系?这些还需要我们不断进行探究与努力,以培养出独立性、创新性、研究性的合格人才,满足社会发展的需要。
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[关键词]乌芪舒筋通络片;微生物限度;方法学研究;《中国药典》2015年版
[中图分类号] R286 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2017)06(c)-0093-04
[Abstract]Objective To establish a microbial limit test method of Wuqi Shujin Tongluo tablets.Methods Methodology research on microbial limit test of Wuqi Shujin Tongluo tablets was conducted according to the "1105,1106,1107" of Chinese Pharmacopoeia 2015 edition with the fourth part.Results The total number of aerobic bacteria could be tested by plate dilution method and membrane filtration method,the total number of fungus and yeasts could be tested by the plate routine method,and the recovery was between 0.5 and 2,Escherichia coli,Salmonella,Bile salt resistant Gram-negative bacteria could be detected through control bacteria by direct inoculation method.Conclusion The total number of aerobic bacteria can be tested by plate dilution method,the total number of fungus and yeasts can be tested by plate routine method,and the control bacteria can be tested by direct inoculation method,the methods used are feasible,and easier to operate,which are suitable for the microbial limit test of Wuqi Shujin Tongluo tablets.
[Key words]Wuqi Shujin Tongluo Tablets;Microbial limit;Methodology research;Chinese Pharmacopoeia 2015 edition
踯问钔络片是根据我院省名中医验方制成的纯中药制剂,具有补肝肾,通络止痛的作用,由细辛、制川乌、制草乌、桂枝、牛大力、防己、黑老虎、蜈蚣、走马胎、羚羊角骨、牛膝、黄芪、杜仲、续断、甘草等药味组成[1]。该制剂微生物限度检查法原按《中国药典》2010年版进行方法学验证[2],随着《中国药典》2015年版的实施,新版微生物限度检查方法变化很大,必须重新进行验证。为此,本研究按《中国药典》2015 年版四部“1105、1106、1107”项下方法[3],对该制剂的微生物限度检查方法进行了再次验证研究,制订了新的切实可行的微生物限度检查法,替代了旧标准,并应用于该制剂的日常检验,使该制剂的微生物限度检查法提升到新版《中国药典》的水平。
1 仪器与试药
1.1 仪器
SZX型超净工作台(上海沪南科学仪器联营厂);BHC-1300ⅡA/B3型生物洁净安全柜(苏州净化设备有限公司);YXQWF32-500卧式榘形压力蒸气消毒器(湖南衡阳医疗器械厂);LRH-250A生化培养箱(韶关市泰宏医疗器械有限公司);MJ-160B-Ⅱ霉菌培养箱(上海跃进医疗器械厂);CX31生物显微镜(奥林巴斯);HTY HOMO761匀浆仪(浙江泰林生物技术股份有限公司);JA2003N电子天平(上海精密科学仪器有限公司);JC101型电热鼓风干燥箱(上海成顺仪器仪表有限公司、南通嘉程仪器有限公司合作出品)。
1.2 样品
乌芪舒筋通络片(肇庆市中医院,批号:15050401;15051102;15052401)。
1.3 菌种
实验所用的菌株传代次数不得超过5代[4],并采用适宜的保藏方法保存,确保试验菌株的生物学特性。
金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)[CMCC(B)26003]、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) [CMCC(B)63501]、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)[CMCC(B)10104]、白色念珠菌(Candida albicans)[CMCC(F)98001]、黑曲霉(Aspergillus niger) [CMCC(F)98003]、大肠埃希菌(Escherichia coli)[CMCC(B)44102]、乙型副伤寒沙门菌(Salmonella paratyphi B)[CMCC(B)50094]。以上菌种均来自于中国食品药品检定研究院。
1.4 培养基
胰酪大豆胨琼脂培养基(批号:3105210)、沙氏葡萄糖琼脂培养基(批号:3105120)、胰酪大豆胨液体培养基(批号:3105305)、沙氏葡萄糖液体培养基(批号:3105054)、麦康凯液体培养基(批号:3105291)、麦康凯琼脂培养基(批号:3105138)、RV沙门增菌液体培养基(批号:3104847)、木糖赖氨酸脱氧胆酸盐琼脂培养基(批号:3104852)、三铁塘琼脂培养基(批号:3105052)、肠道菌增菌液体培养基(批号:3105093)、紫红胆盐葡萄糖琼脂培养基(批号:3104750),均由广东环凯微生物科技有限公司生产,使用前先进行培养基的适用性检查,并且在有效期内使用,培养基的制备按照标示方法进行。
1.5稀释液、冲洗液
pH7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液(广东环凯微生物科技有限公司,批号:3105256)、胰酪大豆胨液体培养基(批号:3105305)、0.9%无菌氯化钠溶液(自制)。
2 方法与结果
参照《中国药典》2015年版四部“1105、1106、1107”微生物限度检查法[3]进行验证。
2.1 菌液制备
2.1.1 金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌
取金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌的新鲜培养物分别接种至100 ml胰酪大豆胨液体培养基中,30~35℃培养18~24 h;分别取各培养物 1 ml,加 0.9%无菌氯化钠溶液9 ml,按10 倍递增稀释级数制成每毫升含菌数为
2.1.2 白色念珠菌
取白色念珠菌的新鲜培养物接种至100 ml沙氏葡萄糖液体培养基中,20~25℃培养2~3 d,取培养物 1 ml,加 0.9%无菌氯化钠溶液9 ml,按10 倍递增稀释级数制备成每毫升含菌数
2.1.3黑曲霉
取黑曲霉新鲜培养物接种至沙氏葡萄糖琼脂培养基中,20~25℃培养5~7 d,加入3~5 ml含0.05%(ml/ml)聚山梨酯80的0.9%无菌氯化钠溶液,洗脱孢子。再选用适宜的方法将孢子悬液吸至无菌试管内,用含0.05%(ml/ml)聚山梨酯80的0.9%无菌氯化钠溶液制备成每毫升含菌数
2.2 供试液的制备
取供试品10 g,加胰酪大豆胨液体培养基至100 ml,用匀浆仪打碎,混匀,作为1∶10的供试液。量取1∶10的供试液10 ml,加胰酪大豆胨液体培养基稀释至100 ml,混匀,作1∶100的供试液。
2.3 微生物计数方法适用性试验
2.3.1 平皿常规法
2.3.1.1 试验组 需氧菌总数计数:取1∶10的供试液5份,每份100 ml,分e加入金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、白色念珠菌、黑曲霉试验菌液适量,振摇均匀,使每毫升供试液含菌量≤100 cfu。取1 ml注入平皿中,平行制备2份,立刻倾注胰酪大豆胨琼脂培养基,凝固,30~35℃中培养≤3 d,计数。
霉菌和酵母菌总数计数:取1∶10的供试液2份,每份100 ml,分别加入白色念珠菌、黑曲霉试验菌液适量,振摇均匀,使每毫升供试液含菌量≤100 cfu。取1 ml注入平皿中,平行制备2份,立刻倾注沙氏葡萄糖琼脂培养基,凝固,20~25℃中培养≤5 d,计数。
2.3.1.2 供试品对照组 取1∶10的供试液,以pH7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液代替菌液,同试验组操作。
2.3.1.3 菌液对照组 取胰酪大豆胨液体培养基代替1∶10的供试液,按试验组项下方法操作,加入试验菌液并进行微生物回收试验。
2.3.1.4 计算 各菌株的回收率(R)=(试验组的平均菌落数-供试品对照组的平均菌落数)/菌液组的平均菌落数×100%[5-6],依据《中国药典》2015年版四部规定,比值R应为0.5≤R≤2[7-9](表1)。
2.3.2 平皿稀释法
2.3.2.1 试验组 需氧菌总数计数:取1∶100的供试液5份,每份100 ml,按“2.3.1.1”项下方法操作。
霉菌和酵母菌总数计数:采用平皿常规法R为0.5~2,所以不再进行稀释法研究。
2.3.2.2 供试品对照组 取1∶100的供试液,以pH7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液代替菌液同试验组操作。
2.3.2.3 菌液对照组 取胰酪大豆胨液体培养基代替1∶100的供试液,按试验组项下操作方法加入试验菌液并进行微生物回收试验。
2.3.2.4 计算 按“2.3.1.4”项下公式计算,结果见表2。
2.3.3 薄膜过滤法
2.3.3.1试验组 取1∶10供试液10 ml,滤过,取pH7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液200 ml,分2次冲洗滤膜,在第2次冲洗中加入相应的菌液适量(含菌量≤100 cfu),滤过,取出滤膜,需氧菌检查将膜贴于胰酪大豆胨琼脂培养基中,在30~35℃下培养,≤3 d,霉菌和酵母菌检查将膜贴于沙氏葡萄糖琼脂培养基中,在20~25℃下培养≤3 d。
2.3.3.2 供试品对照组 取1∶10供试液10 ml,以pH7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液代替菌液同试验组操作。
2.3.3.3 菌液对照组 取胰酪大豆胨液体培养基代替1∶10的供试液,按试验组项下操作方法加入试验菌液,同时进行微生物回收试验。
2.3.3.4 计算 按“2.3.1.4”项下公式计算,结果见表3。
由表1~3可知,乌芪舒筋通络片需氧菌总数计数检查采用平皿稀释法、薄膜过滤法,霉菌和酵母菌计数检查采用平皿常规法、薄膜过滤法,R均在0.5~2内,符合《中国药典》2015年版四部微生物学限度检查验证的要求。考虑到实际操作中,平皿常规法、平皿稀释法操作简便,优于操作繁琐的薄膜过滤法,故需氧菌总数计数法可选用培养基稀释法,霉菌和酵母菌总数计数检查选用平皿常规法为最佳方法。
2.4 控制菌适用性试验
2.4.1耐胆盐革兰阴性菌检查验证试验
取1∶10供试液适量,混匀,20~25℃培养2 h,作为预培养供试品。取预培养供试品3份,每份10 ml,分别加入10 ml肠道菌增菌液体培养基,第1份加入1 ml缓冲液作为供试品组,第2份加入1 ml大肠埃希菌(含菌量≤100 cfu/ml)作大肠埃希菌阳性对照组,第3份加入1 ml铜绿假单胞菌(含菌量≤100 cfu/ml)作为铜绿假单胞菌阳性对照组。另取胰酪大豆胨液体培养基10 ml,加入10 ml肠道菌增菌液体培养基及1 ml缓冲液,作为阴性对照组。于30~35℃培养24~48 h,划线接种到紫红胆盐葡萄糖琼脂培养基的平板上,30~35℃下培养18~24 h,观察菌落形态,结果见表4。
2.4.2大肠埃希菌检查验证试验
取1∶10供试液2份,每份10 ml,分别加入到100 ml胰酪大豆胨液体培养基中,第1份加入1 ml缓冲液,混匀,作为供试品组,第2份加入1 ml大肠埃希菌(含菌量≤100 cfu/ml),混匀,作阳性对照组;另取胰酪大豆胨液体培养基110 ml,加入1 ml缓冲液,作为阴性对照组,均于30~35℃中培养18~24 h。
取以上培养物1 ml加入到100 ml麦康凯液体培养基中,在42~44℃下培养24~48 h。然后划线接种于麦康凯琼脂平板上,在30~35℃下培养18~72 h,观察菌落形态,结果见表5。
2.4.3沙门菌检查验证试验
取1∶10供试液2份,每份100 ml,第1份加入1 ml缓冲液,混匀,作为供试品组,第2份加入1 ml沙门菌(含菌量≤100 cfu/ml),混匀,作阳性对照组。另取胰酪大豆胨液体培养基100 ml,加入1 ml缓冲液,作为阴性对照组,在30~35℃下培B18~24 h。然后分别取培养物0.1 ml,接种至10 ml RV沙门增菌液体培养基中,在30~35℃下培养18~24 h,取少量RV沙门增菌液体培养物,划线接种于木糖赖氨酸脱氧胆酸盐琼脂的培养基上,在30~35℃下培养18~48 h,用接种针挑选疑似菌落,进行斜面和高层穿刺接种于三糖铁琼脂培养基上,于30~35℃中培养18~24 h,观察菌落形态,结果见表6。
由表4~6可知,控制菌检查采用直接接种法,即可达到要求。
3讨论
2015年版与2010年版《中国药典》相比[10-11],微生物计数法适用性试验,从对细菌总数作方法适用性检查,变成对需氧菌总数作方法适用性试验,试验菌株3种变为5种;培养基由胰酪大豆胨琼脂替代营养琼脂,用于检查需氧菌,沙氏葡萄糖琼脂培养基代替玫瑰红钠培养基,用于检查霉菌与酵母菌,虽然增加了试验的工作量,但却具有良好的广谱性,提高检出率,方法更灵敏[12]。对控制菌的检查,新版删除了大肠菌群的检查,新增了耐胆盐革兰阴性菌的检查[13],对含有药材粉末的固体口服给药制剂都必须检查沙门菌,提高了对致病菌控制的要求。
乌芪舒筋通络片处方药味中多种成分含有抗菌活性[14-15],由实验可知,对需氧菌具有抑制作用,故需氧菌总数计数检查时采用常规平皿法回收率较低,需选用平皿稀释法或薄膜过滤法。
在实际工作中,匀浆仪打碎样品时,经常出现泡沫,往往对验证结果造成影响,待泡沫消除后再加入菌种,基本能消除由操作引起的影响。
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现代信息技术环境下,微课作为一种重要的微文化逐步进入我们的课堂。本文在微课理论和时代背景下对微生物检验检测微课程教学的可能性进行初步的实践研究,期望能为中职学校今后对该门课程的教学和学习提供参考。
【关键词】
微课;现代信息技术;微生物检验检测
21世纪是以信息化为特征的时代,个性化学习、碎片化学习已成为信息时代教育发展的重要特征。在信息时代的大环境之下,现代信息技术融入教育已经是主流,移动网络、智能手机和平板电脑的迅速发展与普及,微博、微信、微电影等微文化正悄悄地进入了我们的生活,这直接引发了学习方式和课程形式的变迁,微课就这样顺应时代而产生。
1.微课产生的理论基础和时代背景
微课由美国科罗拉多州林地公园高中两位化学教师发明。这所学校地处山区,交通不便,经常出现学生缺课,为了解决这个问题,他们尝试把教学内容录制成视频,配上PPT和讲解,专门发给缺课的学生用于补课。慢慢地,这两位教师又有意识地让所有学生提前在家看视频听讲解,自主学习,第二天在课堂上开展讨论、练习,学会应用,这种教学模式受到越来越多学生的欢迎,由于和传统的课堂学习正好相反,所以人们称之为翻转课堂。2008年,美国新墨西哥州圣胡安学院的高级教学设计师戴维•彭罗斯从理论和模式的角度,提出了“微课程”,并首创了声名远播的“一分钟的微视频”,这为翻转课堂的发展奠定了基础。但这种教学模式直到2011年才开始在全球大热,引起全球教育界的对微课的关注与争论,这要归功于毕业于哈佛大学的孟加拉裔美国人萨尔曼•可汗,他创办了“可汗学院”,将放在YouTube的视频同步在自己的网站上,利用网络影片进行免费授课。目前,微课、慕课、翻转课堂等在国内外受到了广泛的重视。国内率先提出“微课”应用研究的是广东省佛山市教育信息中心的胡铁生,他认为,“微课是以微型教学视频为主要载体,针对某个学科知识点或教学环节而设计开发的一种情景化、支持多种学习方式的新型在线网络视频课程”。教育部高校教师网络培训中心这样定义“微课”:是指以视频为主要载体记录教师围绕某个知识点或教学环节开展的简短、完整的教学活动。认知负荷理论认为,影响认知负荷的主要因素有个体的专长水平(即先前知识经验)、学习材料的复杂性及学习材料的组织呈现方式。教学内容简单、组织形式单一的课堂,认知负荷过低,造成教学时间浪费;教学单元知识点繁多的课堂,认知负荷过高,阻碍学习者的知识建构活动,也容易造成学生注意力涣散。教学的理想模式是学习者可以根据自身实际情况,灵活自主地对重难点、要点、技能点等知识进行满负荷学习,而短小精悍的微课恰好满足了教学理想模式的要求。
2.《微生物检验检测》微课教学的实践研究
2.1《微生物检验检测》课程分析
微生物检测是食品安全控制链中重要的监控点,在食品企业中有专门设立的微生物检验岗位。该课程是一门知识点多、技能性强的课程,传统教学中,一般先是教师讲解、操作演示,再让学生模仿操作练习[11]。这就带来两方面的问题,一方面,教师在讲解演示的时候,学生识记式地在大脑里过一遍,等自己动手操作时就会出现茫然不知所措、一团乱等现象,或是不知道如何准备,或是忘记操作步骤的先后,或是不关注细节,更多的是完全不知道该如何操作。这样一次课下来,学生会产生挫败感,导致对学习本门课程的兴趣和积极性受到打击,且操作课一般具有连贯性,缺乏对其中一个技能的掌握,就会影响到下个技能的学习,如此,会形成一个恶性循环,面对太多的困难,学生便会处于一种想学又不知从何学起的状态;另一方面,课程中的有些操作技能,需要教师不断地重复讲解和演示,这不仅增加了老师的负担,且在学生操作练习过程中,一旦发现某个或小部分学生有不规范或不正确的操作时,教师的关注力将不能分布于整个课堂,这样就很容易忽略其他学生发生的情况。此外,对于中职生来说,本门课程中有一些专业性较强的名词解释和概念定义,如菌落总数、大肠菌群的定义,如果仅有语言描述,学生很难接受并理解。针对上述的种种情况,若能设计一段时长不超过5分钟的生动形象的微视频,学生或能在最短的时间理解并牢记。因此,将微课程引入微生物检验检测课堂,既能解放教师重复劳动的时间,又能使抽象的内容具体化,微观内容宏观化,提高学生学习兴趣进而促进有效课堂的形成。例如:可以将实验准备、样品称量、实验操作等环节分别录制成一段简单视频录像或制做成一段简单有趣的动画,甚至可以设计成一款通关小游戏作为课前预习或课后巩固配合教学。学生可以根据自己的实际情况,随时随地停下来反复学习领悟,琢磨参详。
2.2基于微课资源的教学实践研究
以“项目一细菌菌落总数的检验”为例,在最后的检验报告中有“实测结果”这一栏需要填写,这需要学生能够分析三个稀释度下的菌落数平均值,并根据不同情况选择不同方法进行计算,但对于计算能力欠缺,基础薄弱的中职生来说,这里一直是个难点,而这个难点又恰恰是该项目的重点之一,且另一项目“霉菌和酵母菌的检验”也有这样类似的内容,因此需要学生能够掌握并能运用至实际情况。鉴于此,我们选定“细菌菌落总数的检验——实测结果的计算与报告”为一次微课内容,并根据这个内容的特点选定采用可汗型微课,该类型的微课可使用手写板制作。教师前期需要构思好教学过程,准备好录制时所需材料,比如:确定好三个稀释度及每个稀释度下的菌落数;计算过程;学习效果的检测小练习等。录制结束后再用相关软件进行剪辑、美化、配字幕,最后配音。根据内容特点、学情,尝试采用翻转课堂的教学模式。课前,先将微课视频上传至班级群里,通知学生下载。课上,将课堂分为四阶段,第一阶段,学生在规定的时间内自主学习视频,同时要求将学习过程中遇到的问题记录下来;视频学习结束后,将组内每位成员的问题汇总,小组长组织讨论,组内互相帮忙解决,并列出组内不能解决的问题,张贴于本组的墙上;再采用画廊参观的形式:每组留守一位学生,剩余学生到其他组帮忙解决其他组的问题,且要教会那位“留守”学生,让那位“留守”的学生教会组内其余学生。还有不能解决的问题,教师全部答疑。第二阶段,检查学习情况,完成教师预先准备好的小练习,小练习分三部分,第一部分仅更改数字,其余与视频一样,第二部分更换稀释度,第三部分更换计数范围,这样逐步增加难度,以便检测学生是真的学会了,还是仅仅是依样画葫芦,同时也培养学生的知识迁移能力。第三阶段,以小组为单位对菌落计数的规则进行归纳总结,让学生通过自主学习后能够概括出六种情况,教师再补充非常规情况的菌落计数。第四阶段,实战演练,鼓励学生尝试计算出自己检测报告上的实测结果。在视频学习效果检测后,班级的一位性格外向的学生主动说:“老师,我喜欢这样的方式,完全是根据自己的节奏去把握,这才是我的学习我做主!”这时,其余学生纷纷表示有兴趣,并且自信心更足了,还有学生说自主学习视频时就担心自己学不会,还反复观看了好几遍。
结束语
微时代的到来不仅对我们的生活产生了巨大的影响,也为我们的教育教学提供了更多创新的空间与途径。微课是新时代教学、学习的另一个方向性的导向,是一种以学生为本的教学研究,调动学生所有的感官参与学习,每次小小的量变引发无穷的质变。因为是微课,所以它在广度、深度和复杂度方面还存在不足,这需要在今后的实践中不断完善。总之,微课教学在《微生物检验检测》课程中应用的可能性还需要进一步研究与实践,在课程内容重难点选取、环节设计、内容呈现、交流反馈等许多方面还有待优化,尚需进一步探讨。
作者:张露娟 单位:上海食品科技学校
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[摘要] 生物化学与分子生物学研究生的培养,在该学科研究生硕士点的建设中占重要地位,本文对医学院校生物化学与分子生物学研究生的培养实践进行反思,旨在提高研究生论文质量。
[关键词] 生物化学;论文质量;医学院校研究生
[中图分类号] G642[文献标识码] C [文章编号]1673-7210(2011)08(a)-119-02
Study on the degree thesis quality of biochemistry and molecular biology students in medical couege
FU Xinhua, YANG Xiaoyun, WANG Shouxun*
Department of Biochemistry and Molecular Biology, Weifang Medical College, Shandong Province, Weifang 261053, China
[Abstract] Training graduate students of biochemistry and molecular biology have an important station in biochemistry development. We reflected the practice of biochemistry and molecular biology training in medical graduate students to improve the quality of thesis.
[Key words] Biochemistry; Thesis quality; Medical graduate student
当前我国社会竞争日趋激烈,从而加大了对高学历、高素质人才的需求,高校招生规模的年平均增长率是26.9%。在此形势下,如何调整研究生的培养目标和教育模式,已成为各大高校研究生教育需要解决的当务之急,因此探讨研究生培养目标和教育模式具有重要意义。
医学生物化学与分子生物学研究生的培养和教育是造就高层次人才的渠道之一,如何加强对医学研究生培养全过程的质量监控,保证培养质量,是目前高校值得研究的重要课题。其中,建立医学院校生物化学与分子生物学研究生教学督导制度及对研究生学位论文进行质量监控,是保障培养质量的有效途径[1-2]。
1 我校生物化学与分子生物学研究生培养存在的问题
当前我校生物化学与分子生物学专业研究生实际培养工作中,存在一些问题,主要表现在:
1.1 对研究生培养环节的监控不到位
长期以来,研究生培养多注重对结果的评价,以研究成果、毕业论文和就业状况等来衡量研究生培养的优劣,而对研究生培养过程的监管不足。
1.2 导师对研究生培养过程的指导投入不足
随着研究生招生规模的扩大,每位导师指导的学生数量增多,导师整体负荷增大,师生间的直接互动减少,加之导师工作忙,事务多,时间和精力投入都难以到位,以致出现一些研究生培养“放羊”现象,如课题未经论证、开题报告时间滞后、毕业论文答辩匆忙等,从而制约了研究生的培养质量。
1.3 研究生学位论文质量有下滑趋势
招生规模扩大以后,导师压力增大,难以保证每个学生高质量的完成学位论文,造成同年毕业的研究生论文质量良莠不齐。
2 提高医学院校生物化学与分子生物学研究生学位论文质量的几点思考
研究生阶段的教育重在培养学生的科研能力,而学位论文能全面衡量研究生的综合水平。其中,论文选题和开题的严格把关是学位论文质量管理的一个重要方面,对保证和提高学位论文质量至关重要[3-4]。本文分析了医学院校生物化学与分子生物学硕士学位论文各环节存在的问题,提出了加强其质量监控的具体措施。
2.1 美国研究生教育模式
美国研究生教育在世界研究生教育中占重要地位,19世纪以来,美国以培养大学教师和高水平研究人才为研究生教育目标。研究生教育便担负起培养各学科高级研究人才的任务。从20世纪70年代至今,美国研究生的教育质量不断提高,美国研究生教育始终保持较高的整体质量、宏观质量和体系质量[3]。
目前美国研究生教育的评估力量主要来源于社会和高校自身,且以社会评估为主。内部评估遵循“宽进严出”的原则,从招生、课程学习、科学研究、中期考核、考试、论文写作、答辩等方面进行质量控制[4]。美国通常采用高校(系、科)评分的方法评价高校质量,通过评价高等院校的实际办学水平及在大学群与社会中的相对地位来促进其质量提升。培养过程有规范性要求,并严格按计划和程序实行淘汰[5]。
2.2 提高我国医学院校生物化学与分子生物学研究生论文质量的建议
根据我国的研究生培养目标,研究生应当具备从事科学研究和独立承担专门技术工作的能力。研究生教育规模迅速扩大,质量问题日益凸显,引起教育界及社会各界的关注[6]。质量管理系统的功能是对高校研究生培养质量保障系统的具体组织与执行,它直接决定了研究生培养质量保障系统功能的发挥。
2.2.1 研究生培养中期考核培养过程的督导包括导师遴选、培养条件、培养方案、课程设置等的监督、检查,重点是中期考核。实施中期考核是研究生培养过程的重要环节,中期考核未达标者,可给予一定形式的警示,令其限期达标。
2.2.2 对生物化学与分子生物学培养方案与研究生培养计划的审查与督导审查与督查是督导工作的重点。一方面对其培养方案进行审查,另一方面查阅所选学位点的研究生培养计划,重点审查其培养目标是否合适,课程设置与安排是否合理等。
2.2.3 加强教学与管理研究生部加强学籍管理、宏观管理、质量检查与评估等工作,全面监督课程设置、教学实施、成绩考核、论文评审、学位答辩等工作。
2.2.4 学位论文质量监控是重中之重学位论文监控包括开题报告、论文把关、质量评定、论文质量等级及学位授予。督导的重点是检查毕业论文质量,进一步完善论文“盲审”制度能更好地确保毕业论文质量。①开题报告质量监控:开题报告是提高论文质量的重要环节。开题报告重点检查文献是否满足论文课题的要求、有无书面报告书等。中期的学术报告或阶段总结重点检查论文进展情况、后期计划、存在问题及指导小组人员的评议意见,以促进论文质量的提高。②学位论文质量监控:研究生学位论文水平是评估研究生质量的重要指标之一,必须加强对研究生学位论文的质量监控与督导。学位论文的质量监控重点是检查论文质量,协助研究生部对论文进行质量抽查,将该部分论文送予外校专家进行双盲审查,查阅专家评审意见,并参加论文答辩会,提出意见,供导师、管理部门参考和质量抽查,从而保证论文质量。
2.2.5 开展对生物化学与分子生物学导师的督导工作着重从研究生的课堂、教学、文献综述、开题报告、论文中期检查、学术活动、学术交流、学位论文质量与论文答辩等方面对导师工作进行督导检查。
本文通过对生物化学与分子生物学专业研究生培养过程存在问题的分析,围绕加强研究生培养过程管理、全面提高研究生培养质量,从控制的重点、手段和主体等方面提出了进一步实施研究生培养质量监督控制的相关措施,以期对研究生培养工作有所裨益。
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