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关键词:地方应用型本科;微生物学实验;改革实践
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2017)05-0131-04
Abstract:Microbiology is a basic course of biology,food,pharmaceutical and so on. It has a strong practice and application,so microbiology experiment course is very important. At present,local undergraduate institutions are changing to the applicationoriented school model,so the various professional courses under the training system are in the fruitful reform. In order to adapt to the reform of higher education in our country and to change the personnel training system of local applied undergraduate colleges,this paper takes the newly established undergraduate colleges of Hefei Normal University as an example to explore and practice the training of applied microbiological engineering professional talent. The teaching system ofmicrobiologyexperiment course has been reformed and practiced,analyzed the existing problems,and put forward the corresponding countermeasures.
Key words:Local application undergraduate;Microbiology experiment;Reformpractice
随着我国社会经济的发展,对应用型技术人才的需求日趋旺盛,因此我国的高等教育工作也面临着改革发展的内在要求。2014年教育部《关于地方本科高校转型发展的指导意见》,提出“引导部分普通本科高校向应用技术型高校转型”[1],全国众多地方性本科院校都在积极探索由重理论,轻实践的办学模式向技术型、实用型转变,明确自身的定位,结合自身办学特色,为地方经济建设服务。
合肥师范学院作为一所新建的地方本科,为了适应国家高等教育改革的趋势,近年来,在所属的各个学院对各个专业的培养目标、教学内容进都进行了深有成效的改革。微生物学是生物制药、发酵工程、食品、农学等专业的专业基础课,具有^强的应用性与实践性,因此微生物学实验在其中地位尤为重要[2]。在新的历史时期,微生物学实验课程的教学应适应学科和时展的需求,坚持教学改革,以培养出更多高素质应用型专业技术人才以满足社会发展的需求。
由于合肥师范学院是从成人教育发展为本科院校,各方面底子薄,虽然各个领域发展迅速,但在师资力量、专业设置、培养体系、教学内容与方式等诸多方面存在不足。本人是合肥师范学院的一名微生物学实验教师,具有8a的微生物学实验授课经验,通过对微生物学人才培养模式进行调研分析后,发现以往微生物实验教学存在很多问题,在多方面不能满足当地社会经济发展的需求。
1 微生物实验教学中存在的不足
1.1 实验教学重视程度不够 在以往的办学模式下,我校的微生物教学主要以传授理论知识为主,实验教学为辅,对于微生物学实验重视程度不够。而且实验开设的多是验证理论的经典实验,主要内容是细菌、真菌的形态观察、染色,培养基配制及消毒灭菌,微生物生理生化等。实验项目过于简单陈旧,严重束缚教师手脚、学生思维,以至于学生在实验实训中兴趣不高,分析问题能力低下。
1.2 实验资源严重不足 由于我校升为本科院校时间不长,高水平的师资比较缺乏,新的教学思想、教学理念都得不到输送;相应的微生物学实验器材也较为缺乏,已有实验仪器比较陈旧,实验的效果较差,使用成本也较高,严重制约了学生的学习兴趣与老师的上课动力。由于实验仪器人台数不足,导致学生都得不到亲自操作实验仪器的机会,动手能力较差,进入企业实践操作能力也得不到认可。
1.3 实验教学内容与教学手段陈旧 微生物学实验只设置一些较为简单的实验项目,对于一些较新实验项目以及综合性的实验均没有设置,致使一些学生无法单独去完成微生物学实验的整个流程。由于师资力量硬件条件的不足,导致在实验项目的选择上捉襟见肘,不能开设一些时下较新的实验项目,不能让学生了解有关微生物实验的最新动态,学生的视野比较狭窄。课堂上的教学依然沿用老师板书的形式进行讲解,没有其他更为先进的教学方式,更没有先进的教学工具。由于微生物是种肉眼看不见的生物体,学生光靠耳朵听就显得很抽象,不利于理解。
1.4 考核模式不合理 在不同专业的微生物教学中,实验实训都作为课内实验,在整个课程中占比较小,在考核中也不作为单独的考试内容,平时的实验操作也不作为考核项目,导致学生对微生物实验教学重视程度不够,学好学坏都一样,致使学生学习动力不足,同时也会影响教师的授课积极性。
1.5 与市场衔接不够 高校培养人才的最终目的是走向市场,为经济建设服务,同时实现自身价值。能否被市场所接受,要求人才具有扎实的理论功底与高超的实践技能。以往的人才培养一直强调理论知识,导致培养出来的毕业生大部分都高分低能,不能很好的融入市场。作为应用型本科院校,对毕业生的动手能力要求就更高,而新建的地方应用型本科的合肥师范学院在人才培养与市场需求的衔接方面就显得不足。学生在学校时进入企业实习的机会较少,接触到时下先进的生产工艺与流程的机会就更少,毕业以后进入企业往往不被认可,影响学生职业前景与学校的声誉。我校生命科学学院学生毕业去向很多是食品检验、生物制药、发酵工程等岗位,这些领域对微生物学的动力能力较高,由于缺少相应的校企合作机制,致使我们培养的学生走不出去,就更不能适应社会经济的发展。
由于以上原因,导致微生物学实验教学效果差,学生学习兴趣与能力都不足,毕业生进入相关的企业实习,也不能完成较为简单的微生物的检测、鉴别等工作,导致学生与学校的口碑较差。由于国家实施教育转型的外在压力与我校内在改革的迫切需求,我校的生物科学学院对微生物学课程以及培养模式进行了富有成效的改革与实践。
2 提高微生物实验教学质量的应对措施
2.1 微生物实验教学课程的修改及实验内容的调整 合肥师范学院生命科学学院目前下设3个专业,分别是生物科学、生物技术以及食品质量与安全。针对专业特点,对不同专业的学生制定不同的微生物学实验教学大纲。生物科学专业以理论知识点为主,在微生物学实验中加入一些综合性实验,如土壤中微生物的分离纯化;生物技术专业加大实践实训的比重,重点放在理论知识的实际应用,比如食用菌栽培技的学习;而对于食品专业的学生,开设了一门独立的微生物学实验课程,具体课程设置见表1。
24学时\&微生物形态观察、微生物染色、细菌数目的测定\&微生物学实验,24学时;食用菌栽培,16学时\&土壤微生物的分离纯化,革兰氏染色,微生物数目确定;食用菌株的分离,菌床的制备,子实体的培养\&生物技术\&微生物学实验,24学时;微生物工程,24学时\&土壤微生物的分离纯化,革兰氏染色,微生物数目确定;淀粉酶产生菌分离纯化,酒酿制作,发酵罐的使用\&食品质量与安全\&微生物学实验及食品微生物检测技术,56学时\&土壤微生物的分离纯化,革兰氏染色,乳制品与调味品的微生物检验,大肠菌群与金黄色葡萄球的检测\&]
为适应学校转型,应用型的地方本科院校的微生物实验实训需从教育理念、教学内容方面进行改革,强化实验教学的应用性需要[3]。减少原来的验证性实验,如微生物形态观察、培养基的配制等,将其纳入到土壤微生物的分离纯化这个综合性试验中。土壤微生物的分离纯化从土壤原液的制备、不同微生物培养基的配制、微生物的培养方法以及种类的鉴别,基本上包含了微生物常规实验的整个流程。通过综合性实验项目的加入,使学生掌握了微生物样品的采取、分离培养基的获得、不同微生物的基本形态、不同微生物的染色方法以及显微镜中油镜的使用方法诸多重要的知识与技能。此外,还根据学生兴趣,让学生根据所学的知识,自己去设计实验思路、选择实验内容,组织材料进行实验,自己去环境中筛选有益的菌株,巩固课堂所学。通过以上改变,学生实验基本技能更加娴熟,为后期进行毕业论文的实验,作了充分的准备,思路更加开阔。对不同专业的微生物实验课程的重新设置,既突出了专业特色,又在教学中为学生补充潜在知识与技能。
2.2 拓宽实验教学手段 由于微生物个体微小,肉眼很难看见,凭老师口述很难使学生了解微生物的基本形态以及生理特性,如果教师仍采用传统填鸭式的讲授、实验进行教学,学生认为微生物学课堂枯燥无味,逐渐失去W习兴趣。因此,微生物学实验教师要拓宽教学手段,采用启发式、讨论式、探究式多种教学方法与教学手段,来吸引学生注意力,提高学习兴趣[4]。例如,让学生自己去探究食物为什么会变质,是由哪些微生物引起的变质;结合多媒体教学手段,通过照片与影音的形式,让学生切身感受到微生物的基本形态与功能;让学生利用一些微生物自己去制备一些发酵产品,如酸奶、葡萄酒等。通过教学手段的增加,不仅避免教师一个人唱独角戏,而且让学生通过自己思考获取知识,增加了学习主动性,巩固了学习内容,培养了学生综合应用知识的能力。
2.3 改进考核模式,重视实践教学 针对生命科学学院下设3个专业的不同特点,分别制定了微生物学实验在其专业中的毕生与考核模式。生物科学与生物技术专业开设的微生物学实验学时占微生物学课程总学时的1/3,在期末考试中实验成绩也占有30%,且实验操作单独考试;由于微生物在食品质量与安全专业中的重要性,因此单独开设了一门课程,即微生物学实验及食品微生物检测,总学时达到56个,独立考试。通过以上考核模式的改进,增大了微生物实验在其教学中的比重,提高了学生的积极性,加强了学生的动手能力。
此外,在制订培养计划过程中要始终重视学生动手能力的培养。除了一些课程必须的实验教学外,还要安排劳动技能训练、专业基础训练、科学研究训练等,以满足学生实践动手能力提高的需要。为了加强微生物实践教学环节,除建立了相关专业相关课程的实验室外,还要重点建立蓝莓研究中心,主要利用微生物发酵来制备各种果酒,学生可以自主进入中心去实习,独立去酿制果酒了。校内的食用菌栽培基地也可以让学生进行实习,使学生学型真菌的栽培技术,较好地保证学生的教学实习、生产实习和毕业实习的顺利完成。
2.4 实施深度校企融合 近年来我院与多个生产教学实习基地开展校企融合式的培养模式。教师、学生进企业,在生产一线建立实训基地,在企业现场授课,企业教师与我院教师交替授课,有利于企业环境与学校环境结合,企业资源与学校资源结合[5]。作为人才培养与生产一线“零距离”的产学结合形式,这样的合作目的明确,一切围绕教学过程与实施进行,对微生物实验教学质量的提高有很大帮助。这些企业掌握生物技术领域的先进技术,在企业管理、技术力量、设备等方面提供了有力的支撑。在实施校企融合的培养中,主要从以下几个关键点入手:
2.4.1 深入了解企业需要,共同完善课程建设 企业中的新设备、新工艺、新技术、新材料的应用是学校专业设置、课程改革的依据。通过平时对企业调研获取信息,及时调整学校专业课程内容,聘请企业人员共同制订教学计划、教学大纲、考核标准,必要时采用“订单式”培养等形式,使所教、所学、所用三者对接,培养企业适用的人才。
2.4.2 合理利用企业资源,提高学生实践能力 企业不仅具有许多学校没有的设备、技术,更具有教学上难以模拟的工作环境。因此,学生到企业实习是校企合作的重要形式,是维系和深化校企关系的重要环节。学生实习可以有认知性的参观、体验式的短期实习及较长时间的顶岗实习。无论哪一种形式,走出校门、走入企业,对学生巩固理论知识、提升操作技能、了解工作环境、适应岗位要求都是非常有利的。而且通过学生顶岗实习、企业有机会挑选所需人才,这也是非常受企业欢迎的。
2.4.3 发挥双方资源优势,努力培养师资队伍 教师走入企业参加生产实践是师资培训的重要途径。应用型本科人才培养的主要任务是为企业培养一线的科技人才,如果教师对企业的情况知之甚少,实践动手能力、分析排除故障能力不足的话,显然是不能满足要求的。所以要让教师了解企业、了解产品、参与生产,全面培养生产实践能力。教师上课给学生讲企业、讲产品、讲市场,只有把理论和生产实践结合起来,才能培养出一流的应用型人才。
2.4.4 体现地域特色 根据安徽省的气候特点和经济发展的需要,食品、农业与医药已成为本省产业结构的重要组成部分。为支持本省的经济发展,要结合本省特点,增加了微生物密切相关的食品安全与生物制药专业。此外,我校地处国家级经济技术开发区――合肥经济技术开发区之优势,与安科生物药业、马鞍山蒙牛乳业、伊利(合肥)集团、合肥徽王食品有限公司等为代表的国内知名生物应用型企业开展产学合作。
3 结语
通过对生物核心课程微生物学实验的各个教学环节进行深入改革,使学生学习热情与兴趣大幅提高,实践操作能力也有显著的改善,同时也提高了老师的授课动力;通过与企业的深度合作,提高了资源的节约化利用,并且使课堂知识与市场需求实现无缝衔接,提高了学生就业率与企业的用人满意度。因此,新建地方师范院校生物学专业课程改革措施,只有以社会需求为导向,通过改革教学与考核方式,与企业优势互补,增加学生实践机会,并结合目前就业形势与地方经济特色,才能为社会培养出更多创新型人才,服务于地方经济,进一步为我国建设创新型国家奠定重要的人才基础。
参考文献
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关键词:环境工程;分子生物;微生物;应用
前言:作为集环境监测、环境工程、保护学以及微生物学于一体的学科,微生物学在不断发展中逐渐衍生出较多亟待解决的问题。尽管近年来有较多先进理念与技术被引入该学科中,但对于部分环境监测或环境净化等问题,所取得的效果并不理想,要求充分发挥分子生物技术的优势。因此,本文对环境工程微生物中分子微生物技术的应用分析,具有十分重要的意义。
1分子生物技术的相关概述
1.1测序技术
细胞中的rDNA本身表现出明显的高突序列、保守序列以及稳定特征,但其是分类微生物中的指标之一。通常测序分析中,为使微生物种群得以分析,对分离物或分类单元进行确定,便需借助rRNA分析方式。从该基因序列的类型看,有较多如16SrRNA、23SrRNA与5sRNA,其中后两者包含的含核苷酸分别过多与过少,很难为测序分析提供指导。所以在原核生物系统研究中,可考虑将16SrRNA引入。具体测定中,会在如TA克隆试剂、PGEM-T克隆试剂等载体应用下,克隆PCR产物,完成文库构建过程,在此基础上结合16SrRNA基因测序结果,可通过其与文库中的序列做好对比,判断是否有相对应或相似微生物种类。另外,也可对rDNA多样性利用电泳分离进行显示,或直接通过RFLP对扩增产物做好分析。通过这些测序方法的应用,对微生物系统发育的研究可起到重要作用[1]。
1.2核酸技术
核酸技术在分子生物技术中极为常见,可具体细化为PCR-SSCP、PCR-DGGE与PCR-RFLP等技术。以其中PCR-SSCP技术为例,其以往运用中多局限在基因突变方面,是临床医学中的常用方法,经过不断发展被引入到微生物生态学中。从其实现原理看,主要以单链DNA空间折叠构象为基础,若其中有碱基出现变化,空间构象会随之发生变化,配合聚丙烯酰胺凝胶电泳的应用,使DNA谱带得以生成。以16SrRNA测序在废水生物中的表现为例,便可借助PCR-SSCP,对细菌群落受培养基变化的影响进行分析。再如PCR-DGGE,应用中一般强调将基因组DNA从环境样品内被提取,在此基础上将PCR扩增技术引入,可达到扩增DNA的目标,此时可将聚丙烯酰胺凝胶与扩增产物相结合,通过电泳作用分离双链DN段,最终生成的将为单链DNA谱带。最后便可对谱带中展现的碱基序列与文库内序列做好对比分析,完成微生物种属的界定。由于该技术具有较好的分离效果,操作较为简便,所以在微生物分析中的应用较为常见,如对微生物种群在活性污泥中的情况判断,将该技术引入,可起到良好的效果。另外,在PCR-RFLP技术方面,其主要借助核酸特异位点、DNA识别序列,对双链DNA进行切割,配合溴化乙锭凝胶的应用,无需通过放射性标记形式,便可达到DN段分析目标。如土壤中微生物的判断,便可借助该技术实现。
1.3基因探针
目前分子生物技术中,基因探针的引入主要借助荧光染料、放射性同位素,对样品内核酸进行识别分析。对于该技术,也表现在核酸印迹、荧光原位以及放射性标记探针等技术方面。其中放射性探针应用下,尽管对于寡核苷酸、RNA或单链DNA等都可进行标记,但其涉及的同位素具有较高的成本,很容易危害人体健康,所以使用中受到较大的限制。而对于荧光原位,应用中一般可做好细菌空间位置标识或定量定性判断细菌情况等工作。另外,在核酸印迹方面,其适用对象集中表现在PCR扩增产物方面,对微生物风度、多样性检测都可起到重要作用[2]。
2环境工程微生物领域中分子生物技术的应用分析
2.1微生物群种丰度与多样性的分析
现行环境工程领域中,通常需检测的对象多表现在底泥、土壤、生物膜以及污泥方面。从现行较多实践研究都可发现,若将16SrRNA从菌落中提取出来并开展测序工作,可对微生物种群在活性污泥中的情况被测定,并将聚光激光扫描、荧光显微以及FISH等技术引入,可定位生物膜中的微生物或检测其活性。再以城市地区垃圾填埋细菌的分析,可在ARDRA方法的运用下,使细菌多样性情况以及细菌结构被有效判断。这些都可充分说明微生物丰度、多样性都可在分子微生物技术应用下被有效判断,通过定量或定性检测得到的结果,能够为环境工程中较多工艺操作、构筑物设计提供参考。
2.2指示微生物与致病菌的有效检测
环境工程研究中,可发现在土壤、水体或空气等媒介作用下,致病菌很可能对人体造成较大威胁,如典型的SARS。对此,便可借助分子微生物完成致病菌测定工作,如部分学者将16SrRNA基因、PRC-DGGE技术共同引入,对垃圾场、污水处理厂以及大学校园中的空气环境进行测定,可发现在以往微生物培养下,很难测定气溶胶微生物情况。另外,对于水体内是否有大肠杆菌等DNA存在,也可借助分子微生物技术进行判断。这些都可充分说明,对于指示微生物、致病菌的检测,分子生物技术应用效果都较为明显。
2.3功能微生物的培养
由于当前化工行业发展步伐较快,其带来的过多有机化合物也成为环境工程领域面临的难题,很多有机化合物如含苯环类型,很难实现快速降解目标。对此问题,大多学者通过实验方式,发现分子生物技术应用下可使这种现状得以改变,如对甲苯质粒、降解萘利用DNA印迹杂交形式,可使这两种质粒微生物被判断。此外,对于其他难以降解的有机物,都可采用质粒如工程、基因重组等方式,使功能群被构建,使有机物难以被降解的问题得以解决[3]。
3结论
分子生物技术的应用是现行微生物研究的重要保障。实际引入该技术中,应正确认识分子生物技术的实现原理,包括测序技术、基因探针以及核酸技术等,在此基础上将其融入致病菌检测、功能微生物培养以及微生物多样性分析等方面,能够推动环境工程微生物学的进一步发展。
参考文献
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[2]张凤.在环境工程微生物领域中分子生物技术的应用[J].绿色科技,2013,08:192-194.
关键词:变性梯度凝胶电泳;微生物实验;实验教学改革
中图分类号:G462 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)39-0247-02
微生物学是高等院校生物类专业的一门重要专业基础课,是一门实验性和应用性很强的学科。微生物学实验是微生物学的重要组成部分,是现代生物学技术的重要基础,对于学生加深理论知识的理解,培养创新与实践能力具有非常重要的作用[1]。传统的微生物实验教学内容一般以验证性和演示性为主,注重培养学生的基本实验技能,但对学生综合实验技能和创新能力的培养有待提高。随着国家对创新人才的需求,适当增加综合性和研究性实验内容的比重是微生物实验教学改革的发展方向,对于提高学生的思维能力、动手能力有着积极的作用[1-3]。
本校非常重视实验教学改革工作,鼓励学生在掌握基本实验技能后,积极参加设计性、研究性实验,包括院校两级的大学生科研立项或教师的研究课题,并给予相应的创新学分。通过该项措施进一步激发了学生的学习兴趣,并有效提高了学生的实验技能及分析问题和解决问题的能力。目前微生物实验教学主要包括传统的微生物实验技术,随着分子生物技术的发展,微生物研究技术突破了以往主要依赖纯培养物的局限性,特别是在生态环境样品中的微生物群落结构分析中,基于PCR扩增的分子生物学方法逐渐取代了传统的培养方法,大大拓展了微生物研究的范围[4]。因此,我们在后续的研究性实验中引入了变性梯度凝胶电泳在微生物群落结构分析中的应用等创新型实验项目,使实验教学从基础性向综合性和研究性推进。
一、变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术概述
由于自然环境中微生物生存条件的复杂性,大多数微生物以未可培养的形式存在。DGGE是一种不依赖微生物培养技术的研究方法,能快速、准确鉴定环境中微生物种群,在揭示复杂微生物群落演替规律和功能基因多样性方面具有独特的优越性,已被广泛应用于微生物分子生态学研究各领域[5]。DGGE技术的基本原理是在聚丙烯酰胺凝胶的基础上,加入呈梯度分布的变性剂(甲酰胺及尿素),双链DNA分子部分解链导致电泳迁移率降低,而序列不同的DNA分子解链行为不同,在凝胶中的移动速度也就不同,从而使得长度相同而序列不同的DN段分离。因此,通过测序分析凝胶上不同的谱带,可以检测微生物种群的遗传多样性和动态变化[6]。DGGE技术的工作流程主要包括以下几个步骤:(1)环境样品的采集;(2)样品中微生物基因组DNA的提取;(3)DN段的PCR扩增;(4)PCR产物的DGGE分析;(5)DNA条带的序列分析。
二、变性梯度凝胶电泳技术在微生物实验教学中的应用
变性梯度凝胶电泳技术是一项综合性较强的实验技术,涉及的知识面较广,要求学生既要有全面扎实的理论知识,又要求较强的实际动手能力。我校的微生物学实验安排在大学二年级的上学期,通过学习使学生掌握微生物学实验的基本原理和操作技术。此外通过后续的生化分析技术和分子生物学实验等课程,学生掌握了聚丙烯酰胺凝胶电泳、基因组提取和PCR扩增等实验技术。因此该项研究性实验项目主要面向大学二年级和三年级的学生,我们为学生提供开放的实验室环境,学生自己组成实验小组,可根据自己的实际情况安排时间。整个实验由学生实验小组开展并完成,同时在实施过程中配备指导教师进行随时指导。根据学生的学习兴趣并结合实验室的科研课题,我们近几年开设了多项DGGE技术在微生物研究中应用的实验,包括《氯嘧磺隆对土壤微生物类群的影响》、《SBR反应器中聚磷菌群的结构分析》、《不同森林土壤中产漆酶细菌群落结构的研究》和《厌氧污泥对偶氮废水的脱色及污泥菌群结构分析》等研究性实验项目。环境样品中DNA的提取是影响微生物多样性的DGGE检测结果的重要因素[7],学生通过比较不同提取方法对DNA产量和纯度的影响,确定了针对不同的实验样品(土壤或污泥)的最佳提取方法,在这一过程中加深了对DNA提取原理和方法的认识。通过DGGE图谱的分析,学生可以直观地了解到污染胁迫等环境条件下微生物群落结构的改变及优势菌群形成的动态过程,更加深刻地理解富集培养技术在分离特定功能微生物上的应用。学生通过后续的序列比对分析,可以学习到相关环境中常见的微生物优势菌属,特别是一些非培养微生物序列的出现丰富了学生对微生物多样性的认识。通常面向本科生开设的微生物实验主要以好氧微生物为对象,因此学生接受的微生物学知识侧重于好氧微生物,对厌氧微生物的接触和认识较少。我们通过引入厌氧环境中微生物结构分析等实验项目,使学生有机会接触厌氧箱的使用,掌握厌氧微生物的培养方法等实验内容,进一步丰富实验教学内容,深化实验教学改革。
三、小结
分子生物学技术的发展,展示了一个更为丰富的微生物世界。与目前基于高通量测序的微生物多样性分析方法相比,DGGE技术具有快捷、方便、成本低等优点,适合应用于微生物创新实验教学。通过这些研究性实验的开展,使学生完成无法在正常教学时间进行的实验内容,拓展了与其他学科实验技术的综合应用,在激发学生学习兴趣的同时,不仅提升了学生的实验操作技能和团队协作能力,而且增强了综合思考及分析解决问题的能力,为独立完成毕业论文实验及今后从事科研工作打下了坚实的基础[8]。
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关键词:高等农业院校;微生物生态学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)11-0109-02
《微生物生态学》是西北农林科技大学资源环境学院的一门重要专业基础课程,内容主要涉及微生物在自然界中的分布、微生物生态学的研究方法、微生物在环境生态系统中的功能、微生物在环境保护中的应用等。开设本课程是为了提高涉农专业学生,特别是本校资源环境科学专业的学生在掌握《微生物学》课程内容的基础上,进一步学习微生物生态学的基本原理、研究方法,掌握微生物在自然界的生态分布、微生物生物种群的生态学关系,以及微生物在资源环境科学中的应用,为进一步学习应用微生物学等相关课程和从事相关专业研究奠定扎实的专业基础。目前,本校资源环境科学专业开设48学时,其中理论教学32学时,课程实验16个学时。通过几轮教学实践,笔者发现不少学生对该课程内容缺乏兴趣,认为这是一门理论性较强的课程,对自己以后要从事的工作没有帮助。因此,如何在有限的学时内,使学生较全面、系统地掌握微生物生态学的基础知识,同时激发其学习兴趣,培养学生利用微生物学知识解决环境问题的能力和创新能力,这些问题是授课教师所面临的新挑战。针对以上问题,笔者根据近年来的教学实践,从更新教学内容、改进实验环节等方面做了一些有益的尝试,以达到激发学生学习兴趣,提高课堂教学质量,培养实验操作技能的目的。
一、教科书与教学内容的合理选择
教科书是学生获得系统知识、进行学习的主要材料,它可以帮助学生掌握教师讲授的内容;同时,也便于学生预习、复习和完成课后作业。因此,选择合适的教科书尤其重要。目前,市场上有关微生物生态学的教材较少,主要有南京师范大学杨家新教授主编的《微生物生态学》,黑龙江大学宋福强教授主编的《微生物生态学》,以及中国海洋大学池振明教授主编的《现代微生物生态学》。其中,杨家新教授主编的《微生物生态学》在阐述了研究理论和方法后,突出介绍微生物在不同生态系统中发挥的重要作用,着重强调微生物对生态系统的稳定和发展所起的不可替代的作用。宋福强教授主编的《微生物生态学》和池振明教授主编的《现代微生物生态学》核心内容大体一致,主要介绍了正常自然环境,极端环境和污染环境中的微生物与其周围生物和非生物环境之间的相互关系,微生物在这些环境中的作用及其活性产物的应用;同时也介绍了微生物生态学研究使用的传统方法和现代分子生物学方法。鉴于池振明教授主编的《现代微生物生态学》在污染物的微生物处理技术中内容[1]更加全面,涉及到废气、废水、重金属污染物、固体废弃物的微生物处理,以及煤脱硫的微生物方法。同时考虑到本院资源环境科学专业偏向理科和农学方面。因此,结合专业特点选择了池振明教授主编的《现代微生物生态学(第二版)》作为课程授课的主要参考教材。该教材知识点条理清晰,语言简洁凝练,每个章节后面附有相应的思考题,帮助学生系统学习,符合资源环境科学专业的本科教学要求。
在教学内容方面,由于理论课时较少,因此需要结合专业特点,以及本课程和其他学科的内容是否交叉,来对所要讲授的内容进行筛选。具体来说,本校资源环境科学专业学生在大二时已经必修了《微生物学课程》,在教学过程中适当减少一些微生物学基础知识介绍。在农业高校中,对微生物生态学的研究,应突出土壤微生物群落的分布组成及其变化规律,适当增加本专业相关的科学研究进展知识点,如土壤微生物在提高土壤肥力,帮助农作物摄取营养,促进作物生长、抗病原菌的侵入和降解农药,保护农田环境方面的重要功能。此外,池振明教授主编的《现代微生物生态学(第二版)》中第四章,详细介绍了海洋环境中的微生物类群,针对农业院校的学生,可将该部分内容与水体中微生物的群落结构及其变化规律进行融合,将水体分为江河水和海水两个大类进行介绍,重点让学生掌握这两种水环境中的微生物特点。结合本专业特点,在介绍污染环境中微生物生态内容时,注重突出微生物在污染修复过程中的作用,尤其是与农业资源环境相关的固体农业废弃物的微生物处理技术;在微生物产生的生态友好物质章节,重点讲授与专业相关的生物农药和生物燃料等内容。教学内容合理调整后,突出了《微生物生态学》课程与学生专业的相关性,激发了学生兴趣,进一步提高了课堂教学质量。
二、教学手段及教学方法的改进
微生物个体微小,用肉眼无法观察,因此在《微生物生态学》理论课程讲解过程中,要避免传统照本宣科的教学方式,否则会使抽象的理论变得更加乏味,学生很快就会丧失学习的兴趣。多媒体教学手段集文字、图片、声音、动画等多元因素于一体,具有可视性好、生动形象、信息量大等优点,能够把枯燥、难以理解的内容变得有趣[2]。在具体教学过程中,笔者通过互联网广泛搜集微生物相关课件,包括高清显微图片、动画、视频等,再根据专业特点及课程需要进行编辑、采选,并将其应用到《微生物生态学》的多媒体教学课件中,最大程度发挥多媒体工具的优势,以达到提高教学效果的目的。例如,在讲到研究微生物生态学的分子生物学方法时,需要重点向学生阐明PCR扩增技术的原理和基本程序,而传统教学手段无法良好的呈现PCR扩增过程,笔者采用flash动画演示和视频演示相结合的方式,使学生轻松掌握了PCR扩增技术的原理及其三个基本反应步骤,即变性、退火和延伸。
在教学方法上,传统的讲授法是以教师为主体,这样势必降低学生在课堂上学习的主动性,因此,在教学实践过程中,笔者增加了“课堂讨论”教学方式。针对教材中需要重点掌握的一些知识点,提前提出一些合适的问题,让学生去查找资料,经过独立思考之后,在课堂上共同进行讨论。这样可使学生主动地去获取知识,大大提高了学生的学习兴趣。例如,在讲到微生物与化学污染物之间的相互关系时,可以结合农业资源环境科学专业的特点提出“目前土壤环境中有哪些主要的污染物?”“有哪些生物修复技术可以应用到这些污染物的处理中去”等问题,让学生通过自己查阅文献,培养独立思考和解决科学问题的能力。三、实验教学环节的优化
实验课是《微生物生态学》的一个重要实践环节,是课程理论知识与实践应用连接的纽带,对于学生实验技能的掌握和实际应用具有重要意义。传统的微生物生态学教学相关实验可多达几十个,常见的实验有:土壤中微生物生物量的测定、空气中微生物的检测、水质的细菌学测定、微生物对纤维素的分解作用及分解强度的测定、硝化作用及硝化细菌的计数、水中总大肠菌群的检测、水中粪大肠菌群的检测、生物污泥的活性测定、固氮菌的分离与测数、活性污泥菌胶团及生物相的观察等。针对农业高校的环境类专业的学生,应当结合他们的专业特点合理选择相关实验。例如,可将围绕土壤微生物开展实验,具体可以选择农田土壤作为研究对象,对土壤中微生物生物量、细菌和真菌呼吸作用强度、纤维素分解能力进行测定,还可进一步对其中的固氮菌进行分离计数。采样过程中,教师指导学生掌握采集和保存农田土壤样品的方法,重点强调样品的低温保存,以保证土壤样品中微生物活性;样品测定过程中,指导学生掌握各种指标的测定方法,识别农田土壤中常见的纤维素分解菌和固氮菌,了解农田土壤中微生物与土壤肥力的关系。同时,为了激发学生对微生物生态的学习兴趣,在实验课环节,除了设置自然环境中(土壤、空气、水体)微生物的检测,增设一些特殊环境中微生物的检测,例如让学生检测自己口腔中的微生物情况,检测自己手机上微生物的数量和种类等,使学生直观的体会微生物与人类自身生活的密切联系。
随着分子生物学技术的不断发展成熟,使传统微生物生态学研究领域由自然界中可培养微生物种群扩展到微生物世界的全部生命形式(包括可培养、不可培养、难培养的微生物及其自然界中环境基因组等)[3],这就要求高校学生了解一些基本的分子生物学实验技术。在理论课的第二章中,教师已经向学生讲解了研究微生物生态学的分子生物学方法,因此,在此基础上在实验课增设土壤微生物基因组DNA的提取和PCR扩增实验,为学生掌握分子生物学技术在微生物生态研究领域的应用奠定基础。
实验报告是实验不可或缺的一个重要部分,在微生物生态学实验课程中,教师对学生实验报告提出了新的要求。首先,在每次实验课之前,需要学生撰写预习报告,敦促学生熟悉实验,初步了解实验目的、原理和步骤。实验结束后,学生应认真完成实验报告内容,针对教师在实验课程中提出的思考题,查阅相关资料来拓宽知识面;完成报告中“实验心得及思考”内容的撰写,对实验进行总结,从而加深印象。
四、结语
《微生物生态学》是一门与人类活动关系密切、理论与实践相互渗透的学科,在现代农业高速发展的大好形势下给农业高校的教学提出了新的要求与挑战,因此教师需要结合农业高校的专业特点进行教学改革,从理论教学内容选择、实验教学课程优化等方面出发进一步提高教学质量。今后,教师还应不断更新和完善教学内容,借鉴国内外先进成熟的教学经验,探索新的教学方法与模式,在教学实践中不断总结和提高。
参考文献:
[1]池振明,王祥红,李静.现代微生物生态学[M].第二版.北京:科学出版社,2010.
关键词:微生物学实验; 教学模式; 探索
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2013)09-117-002
微生物学是生物科学的一个重要的分支,是生物科学中理论性、技术性、应用性都很强的基础学科之一。微生物学的发展,促进了许多重大理论问题的突破,为分子生物学和分子遗传学的发展奠定了基础[1]。微生物学实验是微生物学教学内容的重要组成部分[2],对印证和巩固微生物学理论知识,以及研究与应用微生物都具有很重要的作用。因此,随着生物科学的不断发展,如何进一步通过微生物学实验课程的教学,培养学生掌握实验方法与实验技能,提高学生思维能力﹑综合应用能力和创新能力,提高学生综合素质,是微生物学实验教学重要的研究课题。对这一问题,许多高校都展开了探索和实践,如林雁冰[3]等研究构建了一种创新型微生物实验教学体系,黄族豪[4]等对生物科学专业创新人才培养进行了探索与实践。近年来,我们针对黔南民族师范学院生物科学专业的本科学生,对微生物学实验课程的教学模式进行了探索和实践,为高素质创新性人才培养提供理论参考和实践依据。
一、修订微生物学实验课程教学大纲,整合实验内容,构建实验教学模式
黔南民族师范学院是改革开放以来,在实施西部大开发战略进程中,由教育部和贵州省人民政府批准的一所省州共建、以省为主的本科层次的民族师范院校。新建的地方院校,经费困难,用钱的地方很多,实验设备短缺而陈旧落后,由于微生物实验受仪器设备和实验学时等条件的限制,拟订的实验教学大纲开设的实验项目数偏少,仅有8个实验(只有1个综合性实验,其余都是简单的验证性实验),实验内容单一,相当学生学习消极,培养学生的实验方法和技能单调、不利于学生创造性思维和创新能力的培养。
近年来随着各级政府对学院的投入增加,实验室建设有了长足发展,实验设备仪器得到添置,实验条件有所改善。为了加强培养学生的实验技能,提高学生的实验素养和创新能力,我们根据微
生物学科的特点,结合我院的实际和多年的教学实践,本着以人为本,以学生的发展为根本的教学理念,夯实学生基础,注重学生创新能力培养的原则,修订微生物学实验课程教学大纲。新的微生物学课程实验大纲将原来的实验内容由8个实验调整为10个(其中5个验证性实验,3个综合性试验,2个设计性实验),实验学时由原来的24学时增加至48学时(其中2个综合性实验与1个设计性实验,每个实验时,其余为3个学时,共计48学时)。按照人们认识事物的规律和微生物学知识的逻辑关系,将上述微生物实验的内容整合为三个模块,即基础性微生物学实验模块、综合性微生物学实验模块、创新性微生物学实验模块,构建形成微生物学实验课程教学模式。该模式体现了微生物学实验课程客观规律的教学框架,它具有目的明确、内容具体、结构稳定和实践性强的特点,在实施过程中注意三个模块的实验内容既有区别又有联系,使学生能系统掌握微生物实验的基本方法和技能,培养学生的综合素质和创新能力。
二、基础性实验模块实验内容的整合
1.教学目标
通过开设5个实验,使学生印证和巩固微生物学的基本知识、基本理论;掌握微生物学实验的基本操作技能(包括临时装片制作技术、微生物形态观察技术、微生物转管培养技术、微生物实验无菌操作技术),环境消毒的方法,体会无菌操作的重要性,牢固树立无菌概念;培养学生独立使用实验仪器开展实验的能力,为进一步开展综合性实验和设计性实验奠定良好的基础。
2.主要内容
将微生物在实验室环境和人体表面分布,微生物的形态识别,细菌特殊构造的观察,真核微生物与原核微生物的形态和区别,显微镜、细胞计数器、测微尺等仪器使用,培养基制备、无菌操作技术、微生物染色观察技术等知识整合为5个实验。即:(1)培养基制备、灭菌及环境消毒;(2)实验室环境、人体表面微生物的检查及无菌技术;(3)细菌、放线菌、酵母菌和霉菌的制片及简单染色观察;(4)细菌革兰氏染色、芽孢、荚膜、鞭毛染色;(5)微生物大小测定、显微镜直接计数技术和悬滴观察。每个实验3学时。原来的微生物学实验课程大纲对这部分实验内容安排了7个实验(每个实验3学时),但还不包括细菌芽孢、荚膜、鞭毛染色和微生物大小测定等实验内容。经过上述整合,不仅丰富了实验内容,还对学生的实验技术和操作技能进行多方位的训练,为综合性实验和设计性实验打下坚实的基础。在实验顺序上,按前一个实验作为下一个实验的基础或准备进行安排,使实验体系紧凑,逻辑相连。如培养基的制备实验的结果,就为实验室环境、人体表面微生物的检查及无菌技术实验做好了培养基的准备,节约耗材,提高实验的效率。
3.教学方法与效果
该模块的教学方法利用黑板板书和多媒体,教师用边示范操作边介绍的方法进行教学。对微生物形态观察的实验内容为学生制作示范镜显示观察结果。在学生实验过程中,教师观察各实验台学生操作情况,并及时纠正不规范的操作。实验报告按传统的格式完成。实验准备和预备实验由指导教师带领学生进行(学生以实验台为单位轮流安排)。经过该模块的学习和训练,学生反映良好,对他们实验能力的提高帮助很大。
三、综合性实验模块实验内容整合
1.教学目标
综合性实验的教学目标是强化学生的动手能力、实践能力和将微生物各单项基础实验技术整合应用的能力,培养学生综合实验技术,分析和解决实际问题的能力。
2.主要内容
将基础性实验模块的实验内容有机整合,把微生物的分离、培养、鉴定、生理生化、环境条件对微生物的影响等知识整合为3个综合实验。即:(1)IMViC试验;(2)土壤中微生物的分离培养及初步鉴定;(3)大型真菌菌种分离、质量鉴定。其中第1个实验为3学时,剩余的的2个实验各为时。该部分实验在强化基本原理的基础上,把实验内容与生产实际和科学研究紧密联系起来,真正做到理论联系实际,为微生物实验技术广泛应用打下坚实的基础。
3.教学方法与效果
综合性实验的教学主要以学生为主,将单项基础性实验根据实验目的进行有机组合,集成微生物实验方法和技术,形成对微生物研究和应用的综合技术。如土壤中微生物的分离培养及初步鉴定综合性实验,将培养基的配制、灭菌、分离、鉴定、转管培养、菌种保藏等技术进行整合,形成土壤中微生物的分离培养及初步鉴定整套实验方法和技术。教师在实验前提前布置实验题目,交待实验目的和要求,学生独立拟定实验方法和步骤,实验前由教师检查实验方案合理后,学生独立实施。实验过程中观察学生的实验操作方法是否规范,并及时指正。实验准备以实验台为单位,在指导教师的带领下进行。实验报告以小论文的格式完成。学生对这种应用性较强的模块学习积极性较高,能发挥学生的主观能动作用,知识掌握程度也牢固。
四、设计性实验模块
1.教学目标
该模块以人才培养与社会对人才需求有机接轨为目标,培养学生综合运用所学知识和技能,结合经济社会发展的需求,开展设计性实验,进行探究性学习,培养学生的创新思维和创新能力。
2.主要内容
该模块是学生进入工作岗位(教学、科研、生产等各领域)从事微生物和相关领域工作必备的知识和技能,也是学校人才培养与社会对人才需求实现无缝结合的重要环节。根据当地经济社会发展人们生活与生产亟待解决的热点问题,结合学生特点作为实验内容,开展具有本院微生物学科特色的设计性实验。即(1)当地饮用水源水中细菌总数和总大肠菌群的检测(时);(2)牛乳的巴氏消毒、细菌学检查、酸乳的制作及质量检测(3学时)。
3.教学方法与效果
设计性实验由教师结合社会发展需要,在实验前提出实验题目和要求,学生独立设计实验方案,指导教师检查合理后,学生独立进行实验。实验过程教师观察学生操作,指导学生解决实验过程中出现的问题。实验准备以实验台为单位,仍然在指导教师的带领下进行。实验报告以小论文的格式完成。该模块内容结合社会生活与生产实际,实践性和应用性很强,学生学习的积极性高,主动性强,能有效促进创新人才的培养。
五、实验成绩考核
实验成绩由学生制订的实验方案(30%)、完成的实验报告(30%)和实验技能(40%)构成。实验方案和实验报告按统一的基本要求作为评分的标准,由指导教师评阅给出成绩。技能考核以大型真菌组织分离制作菌种作为技能考核单元,从培养基配制和灭菌、接种环境消毒、组织分离方法、无菌操作等方面综合检查学生对微生物实验基本操作技能的掌握情况,以成功分离无污染的菌种为判定标准,记载考核成绩。指导教师对实验报告评阅在下一个实验前批改发给学生,并在下一个实验前对前一个实验进行小结,肯定成绩,指出不足,以利于学生及时改进。
六、小结
微生物学实验教学模式从2009年开始在我院生物科学专业2007级两个班的微生物学实验课程中摸索,在生物科学专业2008级职业师资班微生物学实验课程的教学过程中逐步完善,经过对生物科学专业2009级两个班学生的教学实践检验,得到学生的认可。不管是哪个年级,在微生物学实验课程结束后,相当部分的学生向指导教师提出申请,要求教师指导他们进行微生物学方向的研究性学习,有些同学在毕业论文选题时选择微生物学领域的内容。由此微生物学课程教师常常因要求的学生过多而超过学院规定教师指导学生的任务。学生通过微生物学实验教学模式的学习训练,成果显著,有的发表了研究论文,有的考取硕士研究生。实践证明,通过以上对微生物学实验教学的改革,建立的微生物学实验课程教学模式,符合我院生物科学专业学生的特点,使学生认识到了微生物学实验课程的重要性,大大激发了学生对微生物学实验的兴趣,调动学生学习的积极性和创造性,发挥学生学习的主观能动性,培养了学生的动手能力、思考分析、解决问题的能力和创新能力,为学生适应将来工作或进一步深造奠定了良好的基础。
基金项目:贵州省高校专业综合改革试点项目:黔教高发[2012]426号;黔南民族师范学院微生物学重点学科建设项目:院政发[2011]04号;黔南民族师范学院优秀教学团队建设项目,院教发{2011}5号。
参考文献:
[1]周德庆.微生物学教程[M]北京:高等教育出版社,2011,4
[2]沈萍,陈向东.微生物学实验[M]北京:高等教育出版社,2007,11
关键词:特色;环境微生物学;课程改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)20-0054-02
高等学校实施创新、实践为重点培养的素质教育以来,需要开创相应的教学方式。以前,高等教育偏重于在知识讲授、学生理解和应用层面上开展教学活动,近年来,也有高校进行综合应用和创造性解决问题层面的教学方法探索,但与高等学校的培养目标相距甚远,因而要培养学生的创新精神和实践能力非常困难。信息技术广泛应用于教学领域为培养学生的创造性思维和能力提供了条件。如何处理好创新精神培养与科学态度培养、学习科学知识和解决实际问题能力培养、内部思维操作与外部实际操作、认知发展与情感体验、独立思考与合作探究等课题已倍受国内外教育工作者的普遍关注。环境微生物学是环境工程专业和环境科学专业的主要的专业基础课程。环境微生物学还属于多学科相互交叉的前沿研究领域。本文是针对环境工程专业、环境科学专业的特点,探索一种注重于学生主动收集信息、加工处理信息、解决实际问题,并在实践中获得积极情感体验的教学方式,使学生的学习得到总体提升。本文从以下几方面进行本课程的建设。
一、重视实践教学环节建设,实现工程应用型人才的培养目标
环境微生物学是一门实验技术要求较高的学科,做好实验及实践环节能有效地提高学生工程应用能力。实验课主要培养学生动手、动脑能力,提高创新思维,培养和逐步提高科研能力。在以往的实验课教学中,学生只能做验证性实验,因为结果是已知的,故同学们兴趣不高,也缺乏思考。如何将环境工程微生物学实验技术和前沿进展一同传授给学生,使学生在系统地掌握环境微生物学实验技术体系的同时,也能够运用所学专业知识解决实际问题,这些是很重要的教学内容。根据几年的教学实际,我们进行了一系列改革和尝试,比如构建环境微生物实验课新体系等,而且取得了更好的教学效果。实践教学环节包括基础实验和工程实个环节。
1.改变原有的实验内容,按科研实践顺序重新安排实验内容和实验顺序,建立我校环境微生物学实验课程新体系。由于环境微生物学涵盖的实验内容丰富,环境微生物学和其他的课程存在交叉重叠,所以必须在实验内容上有所取舍。环境微生物学的基础操作占了重要地位,所以首先要让学生牢固掌握这方面的技能,包括培养基的制备,微生物的接种、培养和保存,微生物的染色技术及显微观察实验(如美兰染色法,革兰氏染色法),细菌三程形态的观察及细菌、真菌和放红菌的观察实验。综合性实验包括环境微生物生态学实验(微生物在土壤环境中的分布、类群、活性及其相互作用),环境微生物的监测方法与评价体系,环境微生物分子生态学试验(环境样品总DNA提取技术),微生物法处理技术污染物。大的综合性试验能使学生用微生物的基础知识,解决应用微生物和环境间的一些问题,试验与实际相结合,使学生加深对科学前沿发展情况的了解,开拓视野。
2.用生活实例激发学生的兴趣。在环境微生物学教学过程中,应结合生活,使学生养成使用所学知识关注和改善当今社会上各种环境问题的能力。通过酸雨、白色污染、固体废弃物污染、重金属污染、能源危机等当今社会主要环境问题的讲解,让学生意识到专业的重要性;让学生了解生活中有害微生物,如酸奶里有活性的微生物、发霉物中主要的微生物、校园人工湖的微生物生态及类群、教室和医院微生物中与致病性相关的群落等,将所学融入到日常生活,充分激发学生探索知识的热情。
二、优化理论教学内容、教学手段,体现专业特色
环境学科具有涵盖面广的特点,其专业基础课程《环境微生物学》的教科书涵盖了环境微生物的理论、技术及检测流程等内容。为培养学生学以致用、紧密联系实际的能力,我校教学中应从教学内容与教学手段两方面进行改进。
1.教学内容方面,围绕水、大气、固废污染的防治进行。(1)教材的选取上认真比较。目前,《环境微生物学》教材主要有:高等教育出版社出版,王家玲主编的《环境微生物学》;华中科技大学出版社出版,赵开弘主编的《环境微生物学》;浙江大学出版社出版,郑平主编的《环境微生物学》;哈尔滨工业大学出版社出版,马放、任南琪主编的《污染控制微生物学》。前两本教材的体系基本相同,王家玲主编的教材内容较为宽泛,通过多方面比较,作者认为马放、任南琪主编的这本教材更适合我校环境工程专业选作主教材。(2)教学内容上的取舍。教师切忌照本宣科,应该更结合实际,多增加些创新性的实验,同时讲课中还应该做到有重点、概括、启发。例如要重点讲解环境中的主要微生物类:细菌、真菌、原生动物和后生动物,这些物种的各自结构、特点,因为对污水处理过程中的微生物检测这些内容是很重要的部分;微生物与环境之间的关系、微生物对环境的危害及人利用微生物进行保护环境的实例,如淡水水华、污水处理、有机垃圾发酵沼气等,使学生对该课程学习的重要意义有一个清晰的认识,激发学生对学习该课程的兴趣。
2.采用多媒体的教学手段和多种教学方法相结合,激发学习兴趣,锻炼动手和创新能力。利用多媒体教学使学生有兴趣自主学习本课程,从而提高学习效率。在教学中改变“满堂灌”的教学方法,主要以讨论式、启发式教学,使学生变被动为主动。让学生发挥主观能动性,积极参与各种实验问题的解答,使学生在探讨中学习新知识,并逐渐养成遇到实际问题时,善于用所学过的理论知识进行解决的良好的学习和思维习惯。
对于环境微生物学课,我认为教改难度较大、周期较长。随着杭州电子科技大学环境工程、环境科学课程教学,还会发现更多需要改进和完善的内容。为体现本专业理论与实际相结合的特色,增强学生创新力、竞争力的思想,还需进一步探索《环境微生物学》课程改革的新内容。从2011年新的课程改革实施后,学生认为微生物学和生活联系非常紧密。部分学生参与到教师的科研中,学生能自己设计完整的实验进程,取得了很好的成效。
参考文献:
[1]解秋菊,张春云,闫培生.微生物学实验课教学改革与实践[J].实验室科学,2009,(1):54-56.
[2]辜运富,陈强,张小平,等.强化基础,拓展应用,构建农业院校学课程新体系[J].微生物学通报,2009,36(11):1772-1776.
[3]刘桂香,李冬霞.食品微生物检验实验课教学改革的研究及实践[J].农产品加工?学刊,2009,(6):123-124.
关键词:高职 微生物学课程 教学改革
微生物学是生命科学的重要组成部分,也是一门实践性、应用性很强的学科。本课程的教学目标是使学生能够正确掌握微生物分类、结构、生理活动等基础知识,确保学生能够进行有关微生物生产的必要基本技能操作,并掌握应用微生物学理论知识分析问题和解决问题的基本方法,从而为后续的职业技术课程的学习与生产实践奠定必要的理论基础和实践技能。作为职业技术院校制药专业一门重要的基础课,为适应新形势下教育的需求,微生物学专业人才培养已开始在学科专业机构和专业模式上向21世纪新的教育方向靠拢。通过不断更新和丰富教学内容、优化教学方法与教学手段、创新和改革教学体系等途径,使微生物学教学改革在人才培养、科技创新、社会服务、文化建设等各个方面发挥优势,为培养高级技能型、应用型高职人才奠定基础。
一、更新、丰富教学内容
教学内容的改革是教学改革的核心,处理好现代科技的发展及前沿研究内容与经典内容的关系是教学内容改革的重点。以现代观点审视和重新组织教学内容,使课程内容、课程结构适合现代生物学发展的要求。以形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布、分类进化五大生物学规律为主线,强调基本理论、基本技术,从微生物细胞的个体形态、群体特征、分子水平和实践应用四个层次建立优化的微生物学课堂教学体系,充分体现学科的系统性和专业性。教学内容应突出微生物的独特性、应用性及对人类的贡献。教师可以将微生物学知识与当前已发生的事件结合起来,启发、引导学生灵活运用掌握的知识解决实际问题,适时介绍一些微生物学前沿知识、学科发展动态及应用领域的热点问题,反映当代微生物学科的成就,引导学生将微生物学知识与本专业的科研工作联系起来,把最新的科研成果引入教学,有意识地培养学生的科学态度、科学精神和创新思维。
二、优化教学手段与方法
传统的以教师为中心,以讲授法为主的教学模式不能充分调动学生的学习积极性和主动性,学生主体学习意识淡漠,针对目前我校部分学生学习知识目标不明确,学习方法不当,为应试而学习,造成理论与实际不能很好结合的现象,我们通过优化教学手段和方法,有机融合理论教学与实验教学内容。充分利用我校现有资源,来促进学生与学生、学生与老师之间的交流,激发同学们的学习热情。
合理利用学院优越的教学条件是提高课程教学质量的基本手段。在本课程教学中,我们充分利用学院完善的多媒体教学资源、电视显微镜设备组织教学,通过多媒体课件、视频、标本与即时的实验操作进行形象、直观的教学。同时,加强与本地区制药企业的联系,与企业一线生产人员共同探讨课程教学内容,充分激发学生的学习兴趣,调动学生的积极性、主动性和创造性,培养学生综合分析、独立思考和解决问题的能力。
在教学方法上,我们依据高职学生文化基础、思维特征,针对不同的具体内容选择采取了项目教学法及案例导入法等多种“教、学、做合一”的形式开展教学,从而实现了将过去以教室为中心的学习形式向以实验室工作过程为中心和“边教、边学、边做”形式的过渡。例如,将基础知识部分组织成多个承前启后的项目,微生物应用部分(如微生物与发酵、食用菌栽培与药品的微生物污染检测等)采用案例法组织教学。通过启发与讨论、理论密切联系实际等方法引导学生加深对所学知识的运用、提高学习的兴趣与积极性。提供适量学时,鼓励有积极性的学生自选教学内容,采取合作或独立查阅资料和制作多媒体课件进行授课的形式实现了师生主体角色的转换,从而使学习以形成综合能力为目的而非单纯的知识摄取。同时鼓励学生在实验教师的指导下,根据自身兴趣进行微生物实验的设计与操作。
在有了一定的手段与方法基础上,我们认为利用适当的幽默或英文等教学技巧也是提高教学效果的良策。再者,理论课与实验实训课的结合,可有效培养学生解决实际问题的能力。实验和实训是课堂教学的延续,是课本知识的具体化。在加强课堂教学的同时要强调基础性实验,突出综合性实验和开放性实验,锻炼学生综合运用实验技能和理论知识的能力,使学生更多地通过实际操作掌握微生物学的知识和技能。
微生物学的一些相关网站如“微生物之家”“丁香园”“生物谷”等可使学生在较短的时间内获取更多的信息,从而锻炼学生获取知识和分析问题、解决问题的实践能力,为学生将来在竞争的社会中立足与发展打下良好基础。
三、改革实践考核制度
在对本课程教学模式进行探索与实践的同时,我们对其考试制度也进行了改革,把传统的以理论为主、实验为辅的考试变为理论考试和实验操作考核并重的新型综合考试制度,使实验成绩与理论成绩之比达到1∶1,其中实验考核以实践操作为主,口试、笔试为辅。同时,坚持平时表现与考试考核并举的形式对学生进行知识、能力和素质等方面的综合评价,即按照平时考勤、提问和作业成绩占总成绩20%、理论考试和实验成绩(包括实验操作考核、实验课表现、实验报告等)各占40%的分配比例进行课程成绩的综合评定,从而使本课程的成绩考核既符合高职以过程为导向的课程观和以行动为导向的教学观,又实现了考试过程的全程化和考试手段的多元化;既增加了考试的灵活性,又调动了学生实践操作的积极性,取得了较好的教学效果。
关键词:微生物学 实验课 教学改革 食品
中图分类号:G642.423 文献标识码:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2014.17.012
随着经济水平的发展,人们对食品的需求已经从基本生理的需求上升到对品质、风味和健康方面的需求。在食品原料储藏、食品加工及流通、消费等领域,无论是否主动利用微生物,微生物都会从多方位进入相关环节中,直接影响食品的生产。尤其是微生物在生长代谢中可能产生对人有毒害作用的产物,将严重危害食品的安全性。这就要求食品专业的技术人员必须具备微生物学的专业知识,而且更需要应用微生物学的技术,充分利用有益微生物,科学地防控食品中的有害微生物。因此,对于食品类的本科专业应该适应社会发展的需求,结合生产实践调整微生物学授课的内容,特别是实验课的内容,使微生物学课程能够通过实验教学得以理论联系实际,培养学生解决实际问题的能力,为培养综合性高素质人才发挥重要作用。
1 根据学生的基础和专业需求,调整实验教学内容
微生物学的应用性强,课程一般包含有30%到50%课时的实验教学内容,以往的实验课程一般是在基础微生物学的基础上开设,往往涵盖了较多比例的微生物基础性操作,这些操作的实验比较费时,涉及的内容也很多,虽然有利于强化学生的基础,但在有限的学时内不利于提升学生的专业技能。前些年,河南工业大学食品专业的微生物课程所安排的显微镜使用及微生物形态观察的课时可达实验课时的三分之二或更多,虽然学生通过训练对于显微镜使用技能可达到较高的水平,对于常见的微生物形态也有较多的认识和了解,但这些内容在解决食品专业的实际问题中没有对应的结合点。根据一些已经走上工作岗位的毕业学生反映,他们本科时所学的许多内容难以在实际工作中应用,而具体涉及的一些操作由于没有得到专门的训练,往往需要通过较长的适应期才能对于相关的操作熟练掌握。
针对本课程在选择实验内容时实用性和专业性不强的问题,课程承担教师进行了企业实践需求调研和课程改革的论证,调整了一些实验内容。例如以前设置的实验课中专门有显微镜使用的内容,考虑到中学的生物课程中已经有一些这方面的应用基础,而且显微镜使用的基本操作比较简单,但实际针对各种不同微生物类群的观察,有一些细微的方面必须在具体观察时才能进行训练,因此,将显微镜使用的技术训练分散到具体微生物类群的观察中,总体省去了3个学时的课程,训练的效果不仅没有降低,相反,学生观察食品中重要微生物类群的能力有明显的提升。
2 重视实验内容设计,培养学生综合能力
微生物学应用大部分实验往往是由许多环节组合而成的综合性内容,每一个环节看上去是一些简单的基本操作,但均会影响最终的结果,如果在实际操作中不能有效控制每一步的系统误差,最终的结果可能难以反映实际的状况。如食品中细菌总数的测定、粮食及农产品中真菌的测定等均为综合性实验,不是一次实验就能够完成的工作。如果将实验内容进行分割,课程的教学比较方便,但不利于学生形成完整的概念。因此,我们在课程改革中将这些内容进行有机的组合,对实验时间做了必要的调整。例如,将培养基的制备与农产品真菌检测进行整合,利用对培养基和器皿灭菌的时间进行农产品菌悬液的制备和稀释,然后将整个检测操作一次性完成。这样的操作不仅可以使学生了解检测农产品的真菌需要准备哪些器材,而且知道为什么准备这些材料,明确所做的准备与实际应用的对应关系。这种对一个应用技术的完整认知使得实验操作的知识整体化,有利于学生理解和记忆。根据微生物学课程考试的相关统计,通过相关改革实践后,有关微生物检测综合考试题的得分普遍有明显提高,说明学生对该方面知识掌握得更加准确、全面。
3 适应实际应用的发展,及时更新实验内容
微生物学技术发展迅速,在生产实践中应用微生物的技术也在不断更新,如果要根据新的教材做实验,需要较长周期才能对实验内容安排进行调整,学生所学的知识肯定与生产实践脱节,难以在实际工作中应用。这就要求我们密切关注行业技术和相关标准的变化,适时调整实验的内容。另一方面,我们还需要在实验课的讲授过程中向学生介绍技术发展的沿革和变化的内容,阐述技术发展的原理,使学生不仅学到了最新的技术,而且可以了解更多的综合性知识,提高学生实验操作和探索实验原理的兴趣。例如,食品中大肠菌群数的测定是食品卫生和食品安全性常规的微生物检测,通过该实验的训练可为将来从事食品微生物学检测工作打下良好的基础。但近几年来,我国国家标准对常规微生物检测方法进行了许多更新,为了让学生能够学以致用,我们在实验课中也对所用的方法进行了更新。在GB/T 4789.3―2003 国家标准中,初发酵使用的是乳糖胆盐发酵培养基,而更新后的标准GB 4789.3―2010中使用的是月桂基硫酸盐胰蛋白胨肉汤,这一培养基配方在表观性状以及检测原理方面也有很大的变化,同时该方法已经变更为强制性的国家标准,在食品检测中必须执行。如果我们仍按照教科书上的安排进行实验,势必会造成教学和应用的严重脱节。因此,尽管在培养基的制作成本方面有较多的增加,我们仍按照新的国家标准进行了实验改进。当学生通过实验课了解了检测的原理、掌握了新的检测方法,他们在毕业后进入工作岗位时将能够更快地适应工作,有利于缩短岗位的“磨合期”。
4 改革实验教学方法,提高实验效果
传统微生物实验课程一般是教师在黑板上写出操作过程的板书,在实验介绍时,老师按照实验教材的内容,对实验原理、实验步骤进行讲解,当涉及主要的实验操作时,授课教师要进行实验操作演示。微生物个体微小,许多实验操作非常精细,依靠示范操作很难被学生看清楚,往往实验演示的效果较差。由于教师不能逐一了解学生所观察的内容,以至于有些学生将显微镜中看到目镜、物镜中的污染物及载玻片上的花纹作为菌体,导致发生错误的实验结果。为了提高实验教学的效果,我们装配了一套微生物学教学多媒体系统,该系统主要由教师和学生的显微镜网络系统组成,系统实时性、互动性强,在微生物形态学实验时,可由教师对学生的实验图像进行监视,了解学生所观察到的生物是否正确,可以单独进行通话、辅导。如果是共性的问题,可以将图像投影到大屏幕中进行讲解。在讲解实验原理、步骤及技术要点时,应用多媒体系统的视频播放功能,使得教学演示更直观,授课的效果更好。还可以通过对教师的操作过程进行近距离、多方位的拍摄和特技制作,使一些关键性的操作可以被所有学生清晰地观察到,并可以在学生实验期间反复播放,供学生模仿和练习,提高了学生学习的效率。特别是显微镜调节的技巧讲解,原来的单机实验只能对一个人进行指导,或只能进行抽象的讲解;现有的系统可以在大屏幕上进行动态调节和实物讲解,使每一个学生都可以直观地进行学习和训练。另外,有时候为了避免学生进行一些不规范的实验操作,提醒学生在实验操作过程中尽可能加以避免,可以播放往届同学的实验结果、实验过程的视频或递交的作业,其教学效果也很理想,可以让学生在实验过程中留下较深刻的记忆。
5 让学生参与更多的实验准备,提高学生的动手能力
微生物学实验准备涉及的工作比较繁琐,尤其是一些材料的准备工作更是如此。如果由实验教师来完成,学生所做的实验其实不是完整的工作,同时学生可能也会感觉实验操作过于简单,所做的工作只是添加一些试剂而已,也不利于培养学生的实际工作能力。针对这种现象,我们排除了学生操作人多、事杂,不易管理的困难,尽可能让学生自己准备所需的材料,完成整个实验过程。例如,实验所用器皿清洗,移液管、试管、平皿的包扎,无菌水的制备等均由各组实验学生自己完成,设法让学生通过自己的动手实践,提高实际工作的能力。
在教学实践中,我们也发现有一些由于场地、设备的原因,无法由学生自己操作的实验,而且这些操作对于提高学生的工作能力有重要影响。例如,培养基灭菌操作时间长,设备有限,不能由学生自己操作,但没有经过一次全过程的高压蒸汽灭菌训练,学生今后工作时可能没有把握直接去进行这个操作。对于无菌室的应用也是如此,虽然工作不复杂,但没有经历训练仍是一个缺陷。对此,应该引导学生利用毕业实习的机会,结合研究课题到实验室进行必要的参观和训练,以便在工作岗位中对涉及微生物学相关的技术都能熟练处理,为培养知识全面和训练有素的高素质人才奠定基础。
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【关键词】: 微生物学、教学、农业教学、探索
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)-08-0172-01
一、 微生物学的发展历程
在前汉后期的《泛胜之书》记录中就提起到肥田中用熟粪及小豆与瓜果轮作的种植方法,公元141年,名医华佗进行麻醉和外科手术时主张割去腐肉以防传染,1676年,荷兰人列文虎克用自制的显微镜观察生物,第一次观察到了细菌并对其形状进行了描述。后来细菌奠基人柯赫先生提出了细菌会产生于农业牲畜体内,这种病菌可以分离出来,在牲畜体外培养,并认为患某种疾病的动物体内一定存在特定病原菌,将此原菌接种到敏感动物,必然会引发相同的疾病。还有一个就是和农业微生物学有着巨大关系的施勒辛和明茨,19世纪后期,农业化学和细菌学的形成和发展为研究土壤中物质转变开辟了道路,在1877年,施勒辛和明茨证实土壤中的硝化作用是通过微生物进行的,1891年,伟林顿又证实了硝化作用不仅在土壤中,也可以在含有铵盐的液体中用土壤接种来产生。
这三个研究成果,随后在民国时期正式传入中国,不可否认,这三个研究成果对中国微生物学发展起到了莫大的帮助,截止现在,我们微生物学界内还会用及到这三个研究成果的理论知识。对于现代微生物来说,微生物成为了一门热门的前沿基础学科,在基础学理论研究方面,逐步进入到了分子水平的研究中,在应用研究中,向着更有效和良好的方向发展。
二、 农业微生物学教育的重要性
现今生活中离不开微生物的影子,也更离不开微生物学的研究。水果、蔬菜、毛巾、化妆品等等,都含有微生物的存在,这些物品的成分由来,就是微生物学科学家和学生们多年研究出的成果,把反复试验成功的微生物加载到需要的物品中,制造出和我们生活息息相关的物品,微生物学的研究教育工作,给我国的经济、高新、生物、农业等带来很大的帮助,中国的矿物质随着人为和环境的破坏而日益减少,具新华社报道,以中国目前的煤炭使用量来说,中国煤炭资源只能在维持70年,可以试想,70年以后,灭绝的不只是煤炭,还有石油、稀有物质等,如果我们没有了这些必要物资,我们该怎么办?只有通过自主研究新的微生物能源,创新出更有效地物资来保证人类生活的正常运转。
微生物学的应用范围不单单限制于生活应用中,它的分布范围非常广,对于土地来说,1g沃土中含菌量高达几亿甚至几十亿。正介于微生物具有生长快、代谢能力强的特点,才使得微生物能够成为发酵工业的产业大军,在工、农、医等战线上发挥巨大作用。正因为微生物学的重要度如此之大,所以中国和世界都极其需要微生物学的教育者和探索者,用他们的努力成果来给我们未来的生活保障和依靠。所以说,微生物学的教育是必然的,微生物学的探索研究也是必要的。
三、 如何开展微生物学的教育和探索
1、让学者正确认识微生物学的重要性。只有正确意识到微生物学对人类的帮助,才能用心的去学习,,社会中的事物是多面性的,都是相互依赖、相互联系的,都全面反映了事物之间的密切关联,正确看待、正确理解。才能学好微生物学的奥妙知识。
2、加强学术队伍建设,建立多层次人才培养体系。十年树木百年树人,微生物学最重视的是自身学术梯队的建设,要有多面人才得产于,融合老专家、老学者。使这个队伍变得更加有力,创新能力更强。然后注重新人的培养,带动研究生教育工作的发展,只有坚实科学研究基础,才有微生物学教育和研究进步。
3、加强微生物学的教学研究,提高教育质量。确保微生物学课程在相关院校中基础教学地位,加强基础、扩宽面向,无论是综合性还是工程性的大学,还是农业院校的植物生长和动物生产类的专业,微生物学都是一门重要的基础课或专业课,因此,微生物学的发展力量不会削弱。
4、基础课程的合理设置。课程设置是教学计划的核心内容,是实现专业培养目标的中心环节,微生物学是一门复杂的学科,由许多相关的学科绑定在一起,息息相关,为让更多的被教育者适应这种学习环境,所以要以加强基础教育,扩宽基础口径,增强人才培养适应性的原则,来建立合理的课程设置。
5、注重培养学生的创新能力。给学生充足的时间和条件,让学生自己动手去实验,去探索微生物学中的知识,将基础课实验、专业实验、实习、论文等环节合理的衔接和优化,围绕加强学生自主创新能力,在不同阶段向学生们提出合理的要求。以培养他们的自主创新能力。
总结:
以上是笔者在当代微生物学的研究和探索中所整合的经验来进行了粗略的分析和研究,微生物学的研究和教育工作是未来开展的一个方向,只有通过合理的手段、合理的方法,完成微生物学的教育目标和微生物学的探索研究工作,才能使我们的微生物学技术由基本走向成熟,对我们未来中国发展和人类居住环境给予保障,所以我们要认真对待微生物学的教育工作,培养学生的学习兴趣,引导他们学习巴施勒辛和明茨等微生物前辈们的丰功伟绩和高尚情操,热爱微生物学专业,为微生物事业做出贡献。
参考文献:
[1]王忠印. 关于现代微生物学的认识[J]. 生物学杂志,2009(02)
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