生物技术专业微生物学大实验教学研究

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摘要：微生物学大实验是江苏海洋大学面向生物技术专业本科生开设的大实验课程，经过多年的教学实践与探索，实验教学取得了良好的效果。文章阐述了海洋特色生物技术专业微生物学大实验项目的前期准备、大实验的实施及其效果以及在实践教学过程中需要注意的问题等。微生物学大实验的实施，有助于学生对微生物学、分子生物学等相关知识的整合，培养学生的创新精神，提高学生的综合实践能力和科学研究能力。

关键词：生物技术；微生物学大实验；实践

生物技术是21世纪生命科学领域的一门前沿技术，生物技术学科是一门实践性和应用性均很强的关键学科[1]。国家和高等院校对生物技术人才的培养要求很高，投入也很大。实验教学是高校教学工作的重要组成部分，是培养学生创新思维、创新能力和综合实验能力的重要途径，也是培养高素质应用型人才的关键[1-2]。微生物学是生命科学领域一门实践性很强的专业基础课程[3]，面向本科生开设的微生物学课程一般都会附带开设微生物学实验课程，旨在使学生加深对理论知识的理解，以及掌握微生物学研究所需要的基本操作技术和实验技能[3-4]。但是微生物学实验课程在内容设置上存在以下问题：各个实验项目之间相互独立，缺乏关联性，导致学生缺乏对微生物学实验设计的系统性领会，只零散地掌握了一些实验技术[3,5]。为培养国家海洋生命科学专业人才和发展国家海洋生命科学事业，江苏海洋大学（以下简称我校）海洋科学与水产学院设立了生物技术专业，并加大专业建设投入，重视培养学生的生物技术技能训练，使学生掌握最新的生物技术理论和研究方法。为了弥补微生物学实验课程教学的不足，我校面向生物技术专业本科生开展微生物学大实验教学；微生物学大实验教学要求学生根据教师的指导方向，确定实验选题，自行设计实验方案，并与同组合作者共同完成实验任务，撰写论文式报告，从而强化学生对微生物学、分子生物学等相关知识的整合，进一步巩固学生的理论知识与实验技能，培养学生的综合实践能力、分析解决问题的能力、创新能力以及严谨求实的科学素养，为学生未来从事现代生物技术开发工作打下基础[2,6-8]。

1微生物学大实验的实施

1.1实验准备

1.1.1任课教师与实验室教辅人员的准备微生物学大实验安排在大三学年第二学期的第18～19周进行，持续两周时间。任课教师至少应提前一个月完成课程计划表、开课日程安排文件、材料试剂申购清单的报备以及相应的经费申请；实验室教辅人员应协助完成实验室场所的安排、设备的准备与调试、试剂材料的购买或验收，应保证实验场所的及时安排以及实验设备和实验材料的充分供应。1.1.2学生的准备任课教师在开课前一个月左右将项目选题计划、任务书、日程安排表发送给学生，要求学生根据所设项目自由选题，并按照四人一组自由组合，合作查阅文献，撰写较为具体的实验方案，列出所有需要用到的实验设备、实验材料，并且尽可能细化到用量大小。任务书要求每组学生完成两个项目：一是产酶海洋微生物的筛选。要求从提供的一种海洋样品中分离细菌、真菌、酵母菌，并筛选产某种酶的细菌，学生可以根据兴趣或者结合在研项目选择一种酶，如蛋白酶、淀粉酶、甲壳素酶、葡聚糖酶等，然后自行设计实验方案。二是产酶海洋微生物的生物学特性研究与分子鉴定。要求每组学生对所筛选出的一株产酶细菌进行生物学特性研究，如染色显微观察、部分生理生化反应观察、耐盐性试验，并采用16SrRNA基因序列分析法对自己筛选的菌株进行分类鉴定[5]。学生要完成前期准备，必须提前查阅文献资料，按照任务书要求且结合之前所学知识理清实验思路，设计实验方案，完成实验材料的列举以及实验流程、实验方法的完整设计，并在实验前和教师沟通交流，确认实验方案的正确性及合理性。

1.2实施过程

1.2.1具体的实验安排微生物学大实验开课时，四人一组，时间持续两周，具体日程安排见表1。1.2.2实验流程学生对照微生物学大实验的日程和任务安排，根据自己的实验设计方案开展实验，确定每一步实验的时间，尽量做到不扎堆、不拥挤，各组成员有序地开展各自的实验。在每日实验教学结束后，要求学生在离开实验室之前记录好当日的实验过程、实验数据、实验体会、实验疑问，同时制订好次日要完成的实验计划，在整理好实验台面和本组的实验物品后方可离开。任课教师和实验室教辅人员监督和检查学生的实验开展情况，并有针对性地进行纠错和答疑。1.2.3评价方式微生物学大实验的评价内容包括4个方面，具体见表2。由于16SrRNA基因需要送专业测序机构测序，返回时间为3天左右，此外学生还需要根据测序结果进行序列比对、分析，做分类鉴定，因此学生可在两周之内即暑假开始前将实验报告交给任课教师。微生物学大实验要求按照学术论文的格式书写实验报告，包括前言、材料和方法、结果与分析、结论与讨论、参考文献五部分，并且有规范的格式要求。教师根据实验报告条理是否清楚、格式是否规范、内容是否全面、数据是否客观真实、结果处理是否正确、分析和讨论的深度与广度能否体现出一定的专业基础等进行综合评分.

2微生物学大实验的教学成效

微生物学大实验教学的开展，不仅激发了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性，而且促进了学生对微生物学知识的理解和掌握，培养了学生独立开展实验、分析解决问题的能力。微生物学大实验的教学成效具体包括以下几点：（1）学生了解了微生物的生物学特性，掌握了富集培养、分离纯化、具体筛选海洋微生物的基本方法和思路，能够使用分子生物学手段对细菌进行分类鉴定。传统的微生物学实验教学没有使用分子生物学手段对细菌进行分类鉴定[3]，但微生物学大实验组织学生使用基因序列分析法对细菌进行分类鉴定，并通过MEGA软件进行系统进化分析，从而提升了教学成效，为学生今后的科研工作打下了基础。（2）学生掌握了实验数据的分析和处理方法，比如针对一些实验数据，利用Excel或SPSS软件绘制图表并给出标准差或差异显著性分析。（3）学生初次接触科研论文的规范书写，锻炼了自己的文献查阅能力、论文写作能力，为学生毕业论文的书写打下了基础。（4）可以为后续的相关实验提供菌株储备。在微生物学大实验教学中，每年两个班级的生物技术专业学生可以从16～20种不同的海洋样品中分离纯化细菌、真菌、放线菌达几十至上百株，为实验室积累了更多不同来源的微生物菌株，充实了学校海洋微生物菌种资源库，为海洋微生物资源的开发与利用研究、发现更多的新酶源、开发新型抗菌活性物质、环境污染的治理等提供了菌种这一基础条件。

3微生物学大实验教学常见的问题及相应的建议

微生物学大实验教学一般存在以下问题[6,8]：（1）由于学生要根据自己提前制订的实验方案独立完成实验，因此须确保实验方案的科学性、合理性。如果学生设计的实验方案不合理，将影响整组实验的完成。然而学生缺乏实验经验，制订的实验方案仍有待完善，任课教师需要花费较多的时间和精力指导实验方案的制订，大大增加了任课教师的工作量。（2）由于菌种筛选具有偶然性，有时需要组间的调配或进行菌株共享，这也需要教师在实验中及时进行指导。（3）学生在配制培养基或其他试剂时，往往无法合理计算科学用量，常常造成实验材料的浪费。针对上述常见问题，课题组提出以下几点建议：（1）在开课前加强对学生所列实验方案的检查，确保学生所列实验方案的科学性、合理性，以免实验出错或遗漏关键事项，从而影响整个实验的进展和结果。（2）在实验过程中，虽然学生可自由开展实验，但任课教师和实验室教辅人员要做好检查和辅导工作，督促每位学生积极动手操作，同时须及时发现学生实验中出现的问题，并提供有针对性的指导，为学生答疑解惑，从而保证实验的正常进行。（3）督促学生正确使用和维护实验仪器、实验设备，减少对实验材料的损耗，科学合理地取用实验材料。

4结语

“21世纪是生命科学的世纪，21世纪也是海洋的世纪。”我校坚持蓝色海洋教育的办学特色，面向生物技术专业本科生开设微生物学大实验，要求学生在掌握现代生物技术理论的基础上，通过检索文献了解海洋微生物产酶的研究现状及趋势，利用传统的微生物学实验方法与现代生物技术手段如基因序列分析法等，完成微生物学大实验。如此便弥补了微生物学实验课的不足，强化了学生对微生物学及分子生物学等相关知识的整合，巩固了学生的理论知识与实验技能，培养了学生的综合实践能力、创新精神、科研能力，提升了学生对海洋微生物这一重要生物资源的重视程度，从而为后续的科研活动打下了坚实的基础。

参考文献

[1]王晗,许晔,高学林.生物科学专业应用综合大实验的设计与实践[J].教育教学论坛,2019(50):171-172.

[2]陈玉娟,冀伟,李成玉.探讨提高生物技术专业大实验教学效果[J].长春理工大学学报(社会科学版),2013,26(8):200-201.

[3]刘倩,魏涛.POPBL模式微生物学实验课程教学改革探索[J].生物学杂志,2022(3):120-124.

[4]洪龙.北京大学微生物学实验课模块化教学的探索[J].微生物学通报,2014,41(4):744-747.

[5]钱猛,崔瑾,成丹,等.南京农业大学微生物学虚拟仿真实验教学模式的探索[J].微生物学通报,2016,43(4):861-866.

[6]梁宝东,魏海香,朱九滨,等.微生物学大实验模块“天然酵母菌的筛选、扩大培养和鉴定”的教改研究与实践[J].安徽农业科学,2014,42(5):1581-1582.

[7]曹梅,王兴强,焦豫良.海洋生物技术大实验教学方法初探[J].科教文汇,2017(29):58-59.

[8]李霜,王浩绮,周华,等.科研设计性大实验在微生物学实验教学中的应用[J].微生物学通报,2009,36(1):134-136.

作者：陈静 马桂珍 吕明生 沈善瑞 单位：江苏海洋大学海洋科学与水产学院 江苏海洋大学食品科学与工程学院