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一、在概念、規(guī)律的教學(xué)中,重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維方法的培養(yǎng)
在物理要領(lǐng)與規(guī)律的教學(xué)中,我們重視對(duì)學(xué)生思維方法的培養(yǎng),這對(duì)學(xué)生整體思維素質(zhì)的提高起著積極的作用。常見(jiàn)的思維方法有理想化方法、類比方法、分析方法和綜合方法、抽象和概括、演繹方法、數(shù)學(xué)方法等等。在初中物理教學(xué)中,著重應(yīng)培養(yǎng)如下幾種思維方法。
1.理想化的思維方法
人們?yōu)榱丝茖W(xué)研究,通常需要建立一種理想化的模型,拋開具體事物中的無(wú)關(guān)因素和次要因素,抓住影響事物的主要因素,從而使物理問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。理想化的方法是科學(xué)家們常用的一種思維方法。教學(xué)中我們應(yīng)充分利用好教材,向?qū)W生滲透這種思維方法,從而使學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)科學(xué)家們?yōu)楹?jiǎn)化實(shí)際問(wèn)題所采用的這種思維方法。
例如,在《牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律》一節(jié)的教學(xué)中,為了引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)“物體在不受外力作用時(shí)將怎樣運(yùn)動(dòng)”這個(gè)問(wèn)題。在教學(xué)中,我首先提出:在地球上完全不受力的物體是沒(méi)有的,那么我們又如何來(lái)研究呢?接著通過(guò)講解使學(xué)生認(rèn)識(shí):水平軌道上運(yùn)動(dòng)著的物體,雖然在豎直方向上受到重力和支持力的作用,但這一對(duì)平衡力對(duì)于水平方向運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)不會(huì)產(chǎn)生影響,是無(wú)關(guān)因素。因此,我們把物體不受外力的情況一般簡(jiǎn)化成物體在運(yùn)動(dòng)方向上不受外力的情況來(lái)研究,就把本來(lái)不存在的事物變成了客觀存在的事物。在此基礎(chǔ)上,我通過(guò)教材中的實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生得出:“運(yùn)動(dòng)的小車在不同的水平軌道上運(yùn)動(dòng),受到的摩擦力越小,速度就減小得越慢,運(yùn)動(dòng)的距離就越長(zhǎng)”的結(jié)論。然后引導(dǎo)學(xué)生做出推想:如果有磨擦,運(yùn)動(dòng)的小車在水平軌道上將怎樣運(yùn)動(dòng)?學(xué)生在教師的指導(dǎo)下能較自然地得出結(jié)論,其中滲透著理想化的思維方法,教師切不可草草了事。又如,在九年級(jí)的電學(xué)部分,通常情況下我們?yōu)槭裁炊疾豢紤]電流表、電壓表對(duì)接入電路的影響?即把電流表的電阻視為零,可近似看作一根導(dǎo)線,把電壓表的電阻視為無(wú)窮大,可看作開路。實(shí)際上,把初中涉及的電流表、電壓表視為理想化電表。再加力學(xué)部分中的“動(dòng)滑輪可省一半力”問(wèn)題,也涉及理想化的問(wèn)題。為此,教師在教學(xué)中應(yīng)注意挖掘教材,盡可能使學(xué)生多接受理想化思維方法的訓(xùn)練。
2.類比思維方法
許多物理規(guī)律的建立,都采用了類比也是一種常用的思維方法。因此,在物理教學(xué)中,我們也應(yīng)重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行類比思維方法的訓(xùn)練,使學(xué)生逐步領(lǐng)會(huì)這一思維方法。
例如,在功率、電功率的教學(xué)中,為了反映做功快慢的情況,我們均可采用類比方法,仿照速度的概念建立,能較容易地引導(dǎo)學(xué)生形成功率、電功率的概念。又如在慣性的教學(xué)中,為了幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)慣性是物體的固有屬性這一知識(shí),我也采用了類比方法進(jìn)行教學(xué):一個(gè)正常健康人具有勞動(dòng)能力(假定成立),正常健康人在參加勞動(dòng)時(shí)具有勞動(dòng)能力,在休息時(shí)也具有勞動(dòng)能力。物體的慣性正如正常健康人的勞動(dòng)能力,物體無(wú)論是否處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),都具有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì),也就是一切物體任何時(shí)候都具有慣性。運(yùn)用類比方法能幫助學(xué)生深刻理解慣性概念,起到較好的效果。
3.分析與綜合的思維方法
任何事物和現(xiàn)象,都是由許多要素,許多屬性組成的統(tǒng)一體。分析就是以事物的整體與部分為客觀基礎(chǔ),為了從總體上把握事物的性質(zhì)以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律,就必須了解其各個(gè)組成部份和要素的性質(zhì)、特點(diǎn)和相互聯(lián)系。客觀事物的整體與部分的這種關(guān)系,使得運(yùn)用分析解決物理問(wèn)題不僅成為可能,而且成為現(xiàn)實(shí)。綜合是把事物各個(gè)部分、側(cè)面和綜合的基礎(chǔ),分析以綜合為前提。分析與綜合所關(guān)心和強(qiáng)調(diào)的面不同,但都是重要的思維方法。掌握分析與綜合的方法,訓(xùn)練分析與綜合的思維方法,提高分析與綜合的能力,是中學(xué)物理科學(xué)方法教育的最主要內(nèi)容。因此,教師應(yīng)充分重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行分析與綜合思維方法的訓(xùn)練。
例如,《歐姆定律》的教學(xué)中、為了探索電流、電壓、電阻這三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理量之間的關(guān)系,就采取了先分析后綜合的思維方法。先保持其中一個(gè)物理量不變,研究其與兩個(gè)物理量之間的變化關(guān)系;再保持另外一個(gè)物理量不變,研究剩余的兩個(gè)物理量之間的變化關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)在得出:“保持電阻不變時(shí),電流跟電壓成正比;保持電壓不變時(shí),電流跟電阻成反比”結(jié)論的基礎(chǔ)上,再綜合得出了歐姆定律。在教學(xué)中,教師因充分認(rèn)識(shí)到引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會(huì)探索電流、電壓、電阻三者變化關(guān)系的思維方法,這比學(xué)生知道歐姆定律的結(jié)論更為重要。
二、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)
物理教學(xué)大綱中,把“加強(qiáng)演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)”提在“重視物理概念和規(guī)律教學(xué)”之前,充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用。通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)素養(yǎng),這也是物理教學(xué)的重要目的之一。
1.養(yǎng)成善于觀察的習(xí)慣,增強(qiáng)學(xué)生良好的觀察素養(yǎng)
法拉第曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“沒(méi)有觀察,就沒(méi)有科學(xué)”。觀察是有意知覺(jué)的高級(jí)形式,認(rèn)識(shí)的開端起源于觀察??梢?jiàn),觀察是何等重要。
(1)培養(yǎng)學(xué)生觀察的興趣。觀察也是受到興趣的調(diào)節(jié)和制約,興趣的品質(zhì)直接影響觀察能力。教師應(yīng)根據(jù)教材要求和特點(diǎn),精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),制作一些新穎、趣味性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教具,并巧妙地進(jìn)行演示,有效地刺激學(xué)生的感官,增強(qiáng)學(xué)生的有意注意,從而激發(fā)學(xué)生觀察的興趣。同時(shí),教師應(yīng)注意豐富學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí),擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面,盡可能地創(chuàng)造條件,多給學(xué)生觀察的機(jī)會(huì),堅(jiān)持課內(nèi)、課外相結(jié)合,引導(dǎo)學(xué)生觀察自然、生活和生產(chǎn)實(shí)際,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生觀察的興趣。
(2)引導(dǎo)學(xué)生有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行觀察。觀察本身就是有目的、有計(jì)劃的知覺(jué)過(guò)程。針對(duì)初中學(xué)生來(lái)說(shuō),活動(dòng)常常不明確目的性,容易受外界干擾。教師在實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)使學(xué)生弄清觀察對(duì)象,明確觀察的順序,在觀察的過(guò)程中,教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行恰如其分的指導(dǎo),會(huì)對(duì)學(xué)生的觀察效果有明顯的影響。這樣,使絕大多數(shù)學(xué)生能觀察到應(yīng)該觀察的現(xiàn)象,達(dá)到觀察的目的。
(3)教會(huì)學(xué)生觀察的方法,不斷提高觀察能力。對(duì)復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過(guò)程,沒(méi)有全面、深刻、敏銳、準(zhǔn)確的觀察力是不行的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,常用的觀測(cè)法有:全面觀察、重點(diǎn)觀察、對(duì)比觀察、動(dòng)態(tài)觀察等幾種。教會(huì)學(xué)生掌握正確的觀察方法,引導(dǎo)學(xué)生觀察思考,學(xué)會(huì)從平常事物和現(xiàn)象中找出相關(guān)的聯(lián)系,從偶然事物和現(xiàn)象中找出規(guī)律,逐步增強(qiáng)學(xué)生的觀察素養(yǎng)。
2.樹立辯證觀點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度
樹立辯證唯物主義觀點(diǎn)。物理實(shí)驗(yàn)中同樣也包含著豐富的唯物辯證法思想,這種思想對(duì)學(xué)生科學(xué)世界觀的形成極為有利。
一、高中物理教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)
創(chuàng)造性思維屬于一種極具開創(chuàng)作用的思維活動(dòng),其更是人類認(rèn)識(shí)新生事物和開創(chuàng)新型成果不可缺少的思維活動(dòng)。創(chuàng)造性思維均是基于思考、聯(lián)想而展開的綜合探究性思維活動(dòng),每項(xiàng)成果都是人們付出了巨大的腦力勞動(dòng),歷經(jīng)了長(zhǎng)時(shí)間的探究、學(xué)習(xí)、鉆研而得到的,此類思維能力是需要長(zhǎng)時(shí)間、海量知識(shí)的積累才能具備的,且其與推理及想象息息相關(guān),應(yīng)通過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)。
二、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)
創(chuàng)新屬于一種思維意識(shí),教師應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的重要性。學(xué)生具備創(chuàng)新意識(shí),即可獨(dú)自處理非常復(fù)雜的問(wèn)題,亦可及時(shí)轉(zhuǎn)換角度分析問(wèn)題,從而提出新穎的處理方案。在日常教學(xué)中,教師應(yīng)以多種方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,不能讓學(xué)生總是被動(dòng)地接受知識(shí),而不去積極主動(dòng)地探究問(wèn)題,這時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率低,更不能真正地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。教師應(yīng)在教學(xué)中逐漸滲透物理學(xué)史,讓學(xué)生懂得物理學(xué)的發(fā)展都是諸多科學(xué)家不斷探索和努力的結(jié)果,物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)相關(guān)理論的過(guò)程可充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更愿意自主創(chuàng)新。
比如,在講布朗運(yùn)動(dòng)時(shí),教師可讓學(xué)生先在顯微鏡下觀察懸浮于液體中的布朗離子運(yùn)動(dòng)情況,學(xué)生經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察后,再進(jìn)行思維加工而主動(dòng)總結(jié)其運(yùn)動(dòng)特征,以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,在此期間,教師應(yīng)適時(shí)地提出問(wèn)題:(1)布朗運(yùn)動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的?(2)如果液體不干涸,則運(yùn)動(dòng)永不停息?從而激發(fā)學(xué)生的求知欲,讓學(xué)生積極主動(dòng)地思考,并探尋答案,以此提升教學(xué)效果,且?guī)椭鷮W(xué)生發(fā)展創(chuàng)造性思維。
三、改善教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力
教師應(yīng)積極改善教學(xué)方式,這有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教學(xué)時(shí)應(yīng)創(chuàng)設(shè)良好的課堂氛圍,引導(dǎo)學(xué)生大膽發(fā)言、大膽想象,教師應(yīng)耐心地聽學(xué)生內(nèi)心的想法,學(xué)生提出的問(wèn)題與想法不能立刻否定,應(yīng)讓學(xué)生的思維不斷突破。還應(yīng)增加實(shí)際實(shí)驗(yàn),物理學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)很多,其間諸多經(jīng)典定理及其規(guī)律均是以實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,我國(guó)教學(xué)受應(yīng)試教育的制約,高中物理教學(xué)總是在趕進(jìn)度、做習(xí)題,其教學(xué)過(guò)程并不注重實(shí)驗(yàn)教學(xué),這嚴(yán)重制約了學(xué)生綜合素質(zhì)及能力的提升,更影響了學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。
比如,在講牛頓第一定律時(shí),可先演示靜止的小車用力推動(dòng),撤掉推力之后又停下來(lái),引導(dǎo)學(xué)生積極分析問(wèn)題、探討問(wèn)題,使其發(fā)現(xiàn)其間的摩擦力因素,同時(shí)質(zhì)疑力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,最終得出力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,從而充分補(bǔ)充與完善,若非物體受到了外力的作用,物體是可永遠(yuǎn)保持靜止或者是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),之后歸納出牛頓第一定律。
四、加強(qiáng)辯證思考,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維
學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)應(yīng)注重啟發(fā)與自主,啟發(fā)應(yīng)強(qiáng)調(diào)生活現(xiàn)象,但亦可來(lái)自于教師,學(xué)生只有受到良好的啟發(fā),從而產(chǎn)生靈感、產(chǎn)生創(chuàng)新思維。高中物理教學(xué)過(guò)程中的創(chuàng)新思維培養(yǎng),可采用觀察法、逆向思維法、屬性列舉法。學(xué)生在創(chuàng)新活動(dòng)中所提出的不同問(wèn)題,或者是同個(gè)事物的不同看法及其處理方案,從而提出創(chuàng)新型處理方式。在此期間,教師應(yīng)觀察學(xué)生的思維過(guò)程是否正確,或者是否有意義,且積極鼓勵(lì)和支持學(xué)生的各種想法,堅(jiān)決不能將學(xué)生的創(chuàng)新否定或者扼殺。
一、微生物不可培養(yǎng)的原因
對(duì)微生物進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng)時(shí),由于生活條件的改變,有些微生物不能適應(yīng)而死亡,另一些則通過(guò)產(chǎn)生孢子進(jìn)入休眠狀態(tài)或改變細(xì)胞形態(tài)、進(jìn)入維持一定代謝活性但不生長(zhǎng)繁殖的“活的非可培養(yǎng)狀態(tài)”,結(jié)果均表現(xiàn)為微生物的“不可培養(yǎng)性”。
實(shí)際上,微生物的不可培養(yǎng)性是由于對(duì)微生物生長(zhǎng)條件及其規(guī)律性的認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足,而采取了偏離微生物生長(zhǎng)實(shí)際情況的培養(yǎng)條件所造成的,這些偏離具體可以包括以下幾個(gè)方面:
(一)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法完全模擬自然界的環(huán)境條件
由于目前監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段的限制,人們對(duì)微生物生存環(huán)境和自然條件的了解尚不充分。因此,人們沒(méi)有或無(wú)法完全模擬微生物的自然生存條件,而通常將培養(yǎng)條件進(jìn)行簡(jiǎn)化:將微生物置于恒溫、恒濕、黑暗等環(huán)境中;將微生物限制在“板結(jié)”的瓊脂或不擾動(dòng)的液體介質(zhì)中;簡(jiǎn)化微生物的營(yíng)養(yǎng)組成沒(méi)有提供微生物生長(zhǎng)繁殖所必需的某些化學(xué)物質(zhì)等等。所以在自然界中可以生長(zhǎng)繁殖的微生物,在“純培養(yǎng)”中生長(zhǎng)條件得不到滿足,從而導(dǎo)致了微生物的不可培養(yǎng)性。
(二)生長(zhǎng)緩慢的微生物被忽視
環(huán)境中很多微生物都聚集生長(zhǎng),當(dāng)將這些微生物接種至培養(yǎng)基時(shí),適合生長(zhǎng)的微生物由于生長(zhǎng)快而占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的大量攝取使生長(zhǎng)緩慢的微生物得不到充足營(yíng)養(yǎng)而生長(zhǎng)受到抑制。
(三)采用高濃度的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)
最初對(duì)微生物的培養(yǎng)是在富含營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基中進(jìn)行的,但是由于自然界中微生物數(shù)量龐大,其可利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)極度匱乏,多數(shù)處于“岔營(yíng)養(yǎng)”狀態(tài)。常規(guī)純培養(yǎng)對(duì)這種認(rèn)識(shí)不允分,通常將寡營(yíng)養(yǎng)微生物迅速置于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),微生物初期的快速生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生大量的、微生物自身難以調(diào)節(jié)的過(guò)氧化物、超氧化物和羥基自由基等“毒性氧物質(zhì)”,該類物質(zhì)快速、過(guò)量的積累會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu),導(dǎo)致細(xì)胞死亡,從而表現(xiàn)出微生物的不可培養(yǎng)性。
(四)環(huán)境微生物之間的相互關(guān)系被忽略
微生物相互關(guān)系繁多復(fù)雜,包括:(1)種間的偏利共生關(guān)系和互惠共生關(guān)系,兩者的共性是至少一個(gè)群體提供另一些群體所需的生長(zhǎng)因子而使微生物群體獲利;(2)群體感應(yīng),這種關(guān)系被認(rèn)為是通過(guò)細(xì)菌間的信息交流來(lái)調(diào)控細(xì)菌的群體行為:細(xì)胞通過(guò)感應(yīng)一種胞外低分子量的信號(hào)分子來(lái)判斷菌群密度和周圍環(huán)境的變化,從而調(diào)節(jié)相應(yīng)的細(xì)菌表達(dá)以調(diào)節(jié)細(xì)菌的群體行為。以上這兩種關(guān)系都是微生物生長(zhǎng)所必需的。由于人們目前對(duì)環(huán)境中微生物之間多數(shù)復(fù)雜的相互關(guān)系所知甚少,采用的培養(yǎng)技術(shù)沒(méi)有將這種關(guān)系考慮在內(nèi)。純培養(yǎng)技術(shù)將待培養(yǎng)的微生物與其它微生物群體、以及生存環(huán)境人為地分離開,種間的共生關(guān)系和信息交流被阻斷,微生物缺乏必需的生長(zhǎng)因子和信號(hào)分了而死亡,表現(xiàn)出微生物的不可培養(yǎng)性。
(五)對(duì)微生物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行判斷的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)存在的缺陷,也導(dǎo)致某些微生物生長(zhǎng)不被發(fā)覺(jué),表現(xiàn)為“不可培養(yǎng)”
關(guān)鍵詞 微生物分離 選擇
1 教材分析與課時(shí)安排
“土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計(jì)數(shù)”是人教版高中生物(選修1)專題2“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”的第二個(gè)課題,學(xué)生已學(xué)習(xí)了有關(guān)培養(yǎng)基和無(wú)菌技術(shù)的基本知識(shí),在掌握使用平板劃線法和稀釋涂布法、分離和純化微生物的實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上,研究培養(yǎng)基對(duì)微生物的選擇作用,并測(cè)定其數(shù)量。其中既有關(guān)于特定菌株的選擇策略等知識(shí)性內(nèi)容,又有土壤溶液的稀釋、菌落數(shù)量統(tǒng)計(jì)等操作性內(nèi)容,難度較大、探究性較強(qiáng),是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作等科學(xué)探究能力,提高生物科學(xué)素養(yǎng)的好素材。
本課題教學(xué)實(shí)施中的關(guān)鍵在于兩點(diǎn):① 教師要處理好知識(shí)性內(nèi)容與操作性內(nèi)容的關(guān)系,要讓學(xué)生理解特定菌株的選擇策略,并學(xué)習(xí)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法和操作程序;② 處理好課常與課后的關(guān)系。本課題的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間不長(zhǎng),但是操作前要制備培養(yǎng)基、對(duì)培養(yǎng)基和其他操作用具進(jìn)行滅菌,操作后的培養(yǎng)時(shí)間和對(duì)微生物進(jìn)行觀察則需要較長(zhǎng)時(shí)間,因此需要教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)程序,統(tǒng)籌安排教學(xué)時(shí)間。
根據(jù)這一教材特點(diǎn),本課題教學(xué)可分2個(gè)課時(shí)進(jìn)行,2個(gè)課時(shí)之間應(yīng)留有2 d左右的間隔,以便進(jìn)行微生物的培養(yǎng)與觀察。
2 教學(xué)目標(biāo)
2.1 知識(shí)目標(biāo)
簡(jiǎn)述稀釋涂布平板法分離微生物和進(jìn)行微生物計(jì)數(shù)的實(shí)驗(yàn)原理;說(shuō)出選擇性培養(yǎng)基和鑒別性培養(yǎng)基的用途;歸納分離純化微生物的原理和方法。
2.2 能力目標(biāo)
學(xué)會(huì)制備土壤樣本稀釋液,學(xué)會(huì)用稀釋涂布法將菌樣液接種到固體培養(yǎng)基平板;學(xué)會(huì)用稀釋涂布平板法進(jìn)行微生物數(shù)量測(cè)定的方法。
2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)
體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程,加深對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解;體會(huì)在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中合作學(xué)習(xí)的有效性,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
3 教學(xué)準(zhǔn)備
3.1 土壤樣品的采集以及土壤溶液的配制
為保證實(shí)驗(yàn)取得預(yù)期效果,應(yīng)選擇經(jīng)常施用尿素的農(nóng)田,鏟去表土后采集3~8 cm深度范圍內(nèi)的土壤;回實(shí)驗(yàn)室后,去除土壤中的植物枯枝敗葉及其他雜物,用托盤天平稱取樣品10 g,加入到盛有90 g無(wú)菌水的錐形瓶中,震蕩10 min,即制得101土壤溶液;制備完成后可置于冰箱冷藏室內(nèi)備用(1~2 d)。
3.2 配制培養(yǎng)基并進(jìn)行高壓蒸氣滅菌
配制牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基(配方:牛肉膏5 g,蛋白胨10 g,氯化鈉5 g,瓊脂20 g,加熱溶解后,加水定容至1 000 mL。如條件具備可用瓊脂糖代替瓊脂), 分裝到100 mL 帶棉塞的錐形瓶中,每瓶各25 mL。
配制尿素固體培養(yǎng)基(配方:葡萄糖10 g,尿素1 g,KH2PO4 1.4 g,Na2HPO4 2.1g,MgSO4?7H2O 0.2 g,瓊脂15 g,加熱溶解后定容至1 000 mL),分裝到100 mL 帶棉塞的錐形瓶中,每瓶各25 mL。
將上述分裝好的兩種培養(yǎng)基、裝有4.5 mL 蒸餾水的帶棉塞試管、裝有99 mL 蒸餾水的250 mL錐形瓶、包裝好的培養(yǎng)皿進(jìn)行高壓蒸氣滅菌。
4 教學(xué)過(guò)程
4.1 導(dǎo)入新課
教師講解:尿素是動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝終產(chǎn)物,也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的化肥,但農(nóng)作物并不能直接吸收利用尿素,而有些土壤微生物能產(chǎn)生并分泌脲酶。通過(guò)分解土壤中的尿素為自身和植物生長(zhǎng)提供氮元素,由此引出課題:在特定的土壤中可以分解尿素的微生物的數(shù)量是多少?如何從土壤中的眾多微生物中分離出能分解尿素的微生物?
4.2 分析原理,學(xué)生嘗試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
教師介紹Taq細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)和選擇過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到研究微生物的分離和培養(yǎng),是研究微生物利用的基礎(chǔ),而要選擇出符合需要的特定微生物,則要從微生物的生理和代謝特點(diǎn)出發(fā),創(chuàng)造有利于目的菌株生長(zhǎng)的條件,同時(shí)抑制或阻止其他微生物的生長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上,教師引導(dǎo)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)的初步設(shè)想,以尿素為惟一氮源,配制培養(yǎng)基,阻止不能利用尿素的微生物的生長(zhǎng),從而篩選出分解尿素的微生物。學(xué)生以實(shí)驗(yàn)小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。由于本實(shí)驗(yàn)的綜合性強(qiáng),難度大,學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程時(shí)可能存在不少困難。教師一方面要鼓勵(lì)小組內(nèi)部開展討論,逐步修正設(shè)計(jì);另一方面也要適時(shí)的參與到各組的討論過(guò)程中,提出合理的建議。
4.3 總結(jié)設(shè)計(jì)結(jié)果,得出可行的實(shí)驗(yàn)流程
讓各小組展示設(shè)計(jì)結(jié)果,組織全體學(xué)生討論,教師給予評(píng)價(jià),最終得出可行的實(shí)驗(yàn)流程(圖1),并要求學(xué)生明確各步驟的具體目的。根據(jù)教師課前所進(jìn)行的預(yù)實(shí)驗(yàn),所取的土壤樣品中分解尿素的微生物大約為1.5×108個(gè)/g。因此,可選擇讓學(xué)生進(jìn)行104、105兩種土壤稀釋液的涂布接種。這樣既可保證實(shí)驗(yàn)效果,又減少了器材、試劑的用量,節(jié)約教學(xué)時(shí)間,提高教學(xué)效率。同時(shí),以牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)照,以便讓學(xué)生充分理解和認(rèn)識(shí)選擇性培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)策略和選擇效果。
4.4 學(xué)生分組操作
為節(jié)約教學(xué)時(shí)間,教師可在課前將前期備好的牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基,用電磁爐加熱融化后,于課前置于80 ℃的水浴中進(jìn)行保溫,保持融化狀態(tài),以便學(xué)生及時(shí)取用。
倒平板:將融化的兩種培養(yǎng)基分發(fā)給每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組,指導(dǎo)其按規(guī)范倒平板,將兩種融化的固體培養(yǎng)基倒入已滅菌的培養(yǎng)皿中,每個(gè)100 mL錐形瓶中盛有的25 mL培養(yǎng)基,可倒兩個(gè)平板,每個(gè)實(shí)驗(yàn)組可制得兩種平板共四個(gè)。制作完成后,分別編號(hào),置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上等待其冷卻凝固。
配制104、105土壤稀釋液:將101土壤溶液和經(jīng)滅菌的裝有4.5 mL 蒸餾水的帶棉塞試管、裝有99 mL 蒸餾水的250 mL錐形瓶分發(fā)給各小組,教師指導(dǎo)學(xué)生制備104、105兩種土壤稀釋液。具體的方法可由教師直接給出,也可由各小組自行討論制定方法,因?qū)W生對(duì)微量移液器的使用不熟悉,教師應(yīng)給予指導(dǎo)。
接種菌液,分離尿素分解菌:教師指導(dǎo)學(xué)生用微量移液器,各取0.1 mL104、105土壤稀釋液,分別加入到裝有牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中,使用涂布器,在酒精燈火焰附近打開培養(yǎng)皿,將加入的菌液均勻涂布于整個(gè)培養(yǎng)基,蓋上培養(yǎng)皿后,倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
以上為第一課時(shí)。在第二課時(shí)教學(xué)實(shí)施前,教師可組織學(xué)生定期觀察培養(yǎng)情況。
觀察對(duì)比培養(yǎng)結(jié)果并計(jì)算:2 d后觀察比較牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基中菌落的形態(tài)并計(jì)數(shù)??梢悦黠@地發(fā)現(xiàn),牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)多樣,數(shù)目較多,而且隨稀釋倍數(shù)的增加,菌落的數(shù)目減少。而尿素培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)比較單一,數(shù)目也明顯少于對(duì)應(yīng)稀釋倍數(shù)的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上菌落。學(xué)生根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果,計(jì)算出土壤中分解尿素的微生物的數(shù)量。例如學(xué)生計(jì)數(shù)在105稀釋倍數(shù)的培養(yǎng)基上出現(xiàn)的菌落為60個(gè),則每克土壤中尿素分解菌數(shù)量為60×5×105×10=3×108個(gè)/g。
4.5 小組討論,促進(jìn)學(xué)生對(duì)微生物選擇性培養(yǎng)的理解
學(xué)生完成分組操作后,教師可設(shè)計(jì)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生鞏固有關(guān)微生物培養(yǎng)的原理和方法,加深其對(duì)微生物選擇性培養(yǎng)的理解。具體問(wèn)題及設(shè)計(jì)意圖如下:
(1) 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中,提供碳源和氮源的物質(zhì)分別是什么?
(2) 尿素固體培養(yǎng)基中,提供碳源和氮源的物質(zhì)分別是什么?
(3) 你所在的實(shí)驗(yàn)小組的培養(yǎng)結(jié)果如何?按生長(zhǎng)菌落的多少,將4只培養(yǎng)皿排序,從多到少的順序是什么?為何會(huì)出現(xiàn)菌落數(shù)量的差異?
(4) 你所在的實(shí)驗(yàn)小組,實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤中分解尿素的微生物的選擇性培養(yǎng)嗎?為什么?
以上問(wèn)題串從復(fù)習(xí)上一課題介紹的微生物培養(yǎng)過(guò)程中的碳源、氮源入手,讓學(xué)生體會(huì)不同微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中利用的碳源和氮源是不同的,從而引導(dǎo)其深刻理解微生物的選擇性培養(yǎng)的思路,進(jìn)一步掌握特定微生物的選擇和分離的方法。
4.6 設(shè)計(jì)“意外”,引導(dǎo)課題延伸
教師展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從中選擇符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期的尿素固體培養(yǎng)基,打開培養(yǎng)皿,使用手持式噴壺,向培養(yǎng)基表面噴入事先配好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的酚紅試劑,靜置片刻,讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。
教師講解并提問(wèn):酚紅試劑是一種酸堿指導(dǎo)劑,其變色范圍是pH6.8(黃)~8.4(紅),觀察到的培養(yǎng)基上的顏色有何變化?這說(shuō)明了什么問(wèn)題?
學(xué)生通過(guò)觀察可知,在培養(yǎng)基上出現(xiàn)了兩種不同類型的菌落,一種菌落周圍出現(xiàn)了紅色圈,另一種則呈現(xiàn)黃色。這說(shuō)明這些微生物的種類是不同的,菌落周圍變紅的說(shuō)明微生物培養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生了堿性物質(zhì),而菌落周圍變黃則說(shuō)明產(chǎn)生了酸性物質(zhì)。
教師給出如下資料,指導(dǎo)學(xué)生閱讀:
資料:微生物將含氮有機(jī)物分解產(chǎn)生氨的過(guò)程被稱為氨化作用。能進(jìn)行氨化作用的細(xì)菌統(tǒng)稱氨化細(xì)菌。有些氨化細(xì)菌能分泌脲酶,可將尿素分解生成氨,為微生物提供氮源,如脲芽孢八疊球菌。
硝化細(xì)菌可利用氨氧化過(guò)程中釋放的能量,將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物而營(yíng)自養(yǎng)生活,其中能將氨氧化成亞硝酸鹽的稱為氨氧化細(xì)菌,如亞硝化單胞菌;能將亞硝酸鹽氧化為硝酸的是亞硝酸氧化細(xì)菌,如硝化桿菌等。
教師要求學(xué)生根據(jù)以上資料,進(jìn)一步判斷培養(yǎng)基上出現(xiàn)的兩類菌群,分別是資料所給出的哪一類細(xì)菌。
在此基礎(chǔ)上,教師提出問(wèn)題:本實(shí)驗(yàn)中使用的尿素固體培養(yǎng)基中的惟一氮源是尿素,其目的在于選擇土壤中的分解尿素的微生物,那么為何在培養(yǎng)基中出現(xiàn)了以氨為氮源的氨化細(xì)菌?如果想進(jìn)一步選擇分解尿素的微生物應(yīng)該怎么做?
筆者設(shè)計(jì)這一問(wèn)題串的目的在于幫助學(xué)生理解選擇性培養(yǎng)基和鑒定性培養(yǎng)基的用途。借此問(wèn)題,教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到,尿素分解菌可將尿素分解為氨,這時(shí)培養(yǎng)基中的氮源的種類就發(fā)生了變化,由原來(lái)的尿素是惟一氮源變成了除尿素外還存在其他的氮源。因此,可在這樣的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的細(xì)菌,有些是可以分解尿素的,有些則是以氨為氮源的雜菌。而要想選擇出其中分解尿素的微生物,可在配制尿素固體培養(yǎng)基時(shí)加入酚紅起到鑒別作用,然后用滅菌后的接種環(huán),挑取菌落周圍出現(xiàn)紅色區(qū)域的微生物進(jìn)行接種培養(yǎng)。
4.7 總結(jié)歸納
在總結(jié)歸納階段,教師可設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生回顧微生物分離純化的方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路,具體問(wèn)題如下:
(1) 分離純化微生物的方法有哪些?(平板劃線法、稀釋涂布法、選擇培養(yǎng)基分離、鑒別性培養(yǎng)基鑒別后挑取接種)
(2) 本實(shí)驗(yàn)中,為何要設(shè)計(jì)使用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)土壤微生物的步驟?(設(shè)置對(duì)照,通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組培養(yǎng)基上菌落的數(shù)量和形態(tài),證明尿素固體培養(yǎng)基的選擇效果)
(3) 要想提高土壤中尿素分解微生物計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性,應(yīng)該怎么做?(設(shè)置重復(fù),取均值,減少實(shí)驗(yàn)誤差)
(4) 請(qǐng)歸納微生物計(jì)數(shù)的方法。(稀釋涂布法、血球計(jì)數(shù)板、比濁法等)
以上教學(xué)過(guò)程充分挖掘了該課題的教學(xué)價(jià)值,使課程標(biāo)準(zhǔn)中“微生物的分離與培養(yǎng)、微生物計(jì)數(shù)、選擇性培養(yǎng)基的選擇作用”等具體要求得到有效落實(shí),同時(shí),該教學(xué)過(guò)程較好地處理了知識(shí)性內(nèi)容與操作性內(nèi)容及課堂與課后的關(guān)系,可起到節(jié)約時(shí)間,提高教學(xué)效率的效果。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:微生物學(xué)實(shí)驗(yàn); 教學(xué)模式; 探索
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-3315(2013)09-117-002
微生物學(xué)是生物科學(xué)的一個(gè)重要的分支,是生物科學(xué)中理論性、技術(shù)性、應(yīng)用性都很強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科之一。微生物學(xué)的發(fā)展,促進(jìn)了許多重大理論問(wèn)題的突破,為分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[1]。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是微生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分[2],對(duì)印證和鞏固微生物學(xué)理論知識(shí),以及研究與應(yīng)用微生物都具有很重要的作用。因此,隨著生物科學(xué)的不斷發(fā)展,如何進(jìn)一步通過(guò)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)技能,提高學(xué)生思維能力﹑綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力,提高學(xué)生綜合素質(zhì),是微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重要的研究課題。對(duì)這一問(wèn)題,許多高校都展開了探索和實(shí)踐,如林雁冰[3]等研究構(gòu)建了一種創(chuàng)新型微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,黃族豪[4]等對(duì)生物科學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)進(jìn)行了探索與實(shí)踐。近年來(lái),我們針對(duì)黔南民族師范學(xué)院生物科學(xué)專業(yè)的本科學(xué)生,對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探索和實(shí)踐,為高素質(zhì)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)提供理論參考和實(shí)踐依據(jù)。
一、修訂微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱,整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式
黔南民族師范學(xué)院是改革開放以來(lái),在實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略進(jìn)程中,由教育部和貴州省人民政府批準(zhǔn)的一所省州共建、以省為主的本科層次的民族師范院校。新建的地方院校,經(jīng)費(fèi)困難,用錢的地方很多,實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺而陳舊落后,由于微生物實(shí)驗(yàn)受儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)等條件的限制,擬訂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)偏少,僅有8個(gè)實(shí)驗(yàn)(只有1個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn),其余都是簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一,相當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)消極,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法和技能單調(diào)、不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
近年來(lái)隨著各級(jí)政府對(duì)學(xué)院的投入增加,實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有了長(zhǎng)足發(fā)展,實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器得到添置,實(shí)驗(yàn)條件有所改善。為了加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力,我們根據(jù)微
生物學(xué)科的特點(diǎn),結(jié)合我院的實(shí)際和多年的教學(xué)實(shí)踐,本著以人為本,以學(xué)生的發(fā)展為根本的教學(xué)理念,夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ),注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的原則,修訂微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱。新的微生物學(xué)課程實(shí)驗(yàn)大綱將原來(lái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由8個(gè)實(shí)驗(yàn)調(diào)整為10個(gè)(其中5個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),3個(gè)綜合性試驗(yàn),2個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)),實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)由原來(lái)的24學(xué)時(shí)增加至48學(xué)時(shí)(其中2個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)與1個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),每個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí),其余為3個(gè)學(xué)時(shí),共計(jì)48學(xué)時(shí))。按照人們認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律和微生物學(xué)知識(shí)的邏輯關(guān)系,將上述微生物實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容整合為三個(gè)模塊,即基礎(chǔ)性微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K、綜合性微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K、創(chuàng)新性微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,構(gòu)建形成微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式。該模式體現(xiàn)了微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程客觀規(guī)律的教學(xué)框架,它具有目的明確、內(nèi)容具體、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn),在實(shí)施過(guò)程中注意三個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既有區(qū)別又有聯(lián)系,使學(xué)生能系統(tǒng)掌握微生物實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能,培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
二、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合
1.教學(xué)目標(biāo)
通過(guò)開設(shè)5個(gè)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生印證和鞏固微生物學(xué)的基本知識(shí)、基本理論;掌握微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能(包括臨時(shí)裝片制作技術(shù)、微生物形態(tài)觀察技術(shù)、微生物轉(zhuǎn)管培養(yǎng)技術(shù)、微生物實(shí)驗(yàn)無(wú)菌操作技術(shù)),環(huán)境消毒的方法,體會(huì)無(wú)菌操作的重要性,牢固樹立無(wú)菌概念;培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立使用實(shí)驗(yàn)儀器開展實(shí)驗(yàn)的能力,為進(jìn)一步開展綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)奠定良好的基礎(chǔ)。
2.主要內(nèi)容
將微生物在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和人體表面分布,微生物的形態(tài)識(shí)別,細(xì)菌特殊構(gòu)造的觀察,真核微生物與原核微生物的形態(tài)和區(qū)別,顯微鏡、細(xì)胞計(jì)數(shù)器、測(cè)微尺等儀器使用,培養(yǎng)基制備、無(wú)菌操作技術(shù)、微生物染色觀察技術(shù)等知識(shí)整合為5個(gè)實(shí)驗(yàn)。即:(1)培養(yǎng)基制備、滅菌及環(huán)境消毒;(2)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、人體表面微生物的檢查及無(wú)菌技術(shù);(3)細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌的制片及簡(jiǎn)單染色觀察;(4)細(xì)菌革蘭氏染色、芽孢、莢膜、鞭毛染色;(5)微生物大小測(cè)定、顯微鏡直接計(jì)數(shù)技術(shù)和懸滴觀察。每個(gè)實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)。原來(lái)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程大綱對(duì)這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排了7個(gè)實(shí)驗(yàn)(每個(gè)實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)),但還不包括細(xì)菌芽孢、莢膜、鞭毛染色和微生物大小測(cè)定等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。經(jīng)過(guò)上述整合,不僅豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,還對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和操作技能進(jìn)行多方位的訓(xùn)練,為綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)順序上,按前一個(gè)實(shí)驗(yàn)作為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)或準(zhǔn)備進(jìn)行安排,使實(shí)驗(yàn)體系緊湊,邏輯相連。如培養(yǎng)基的制備實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,就為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、人體表面微生物的檢查及無(wú)菌技術(shù)實(shí)驗(yàn)做好了培養(yǎng)基的準(zhǔn)備,節(jié)約耗材,提高實(shí)驗(yàn)的效率。
3.教學(xué)方法與效果
該模塊的教學(xué)方法利用黑板板書和多媒體,教師用邊示范操作邊介紹的方法進(jìn)行教學(xué)。對(duì)微生物形態(tài)觀察的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為學(xué)生制作示范鏡顯示觀察結(jié)果。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,教師觀察各實(shí)驗(yàn)臺(tái)學(xué)生操作情況,并及時(shí)糾正不規(guī)范的操作。實(shí)驗(yàn)報(bào)告按傳統(tǒng)的格式完成。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和預(yù)備實(shí)驗(yàn)由指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行(學(xué)生以實(shí)驗(yàn)臺(tái)為單位輪流安排)。經(jīng)過(guò)該模塊的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,學(xué)生反映良好,對(duì)他們實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣邘椭艽蟆?/p>
三、綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合
1.教學(xué)目標(biāo)
綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和將微生物各單項(xiàng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)整合應(yīng)用的能力,培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技術(shù),分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
2.主要內(nèi)容
將基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)整合,把微生物的分離、培養(yǎng)、鑒定、生理生化、環(huán)境條件對(duì)微生物的影響等知識(shí)整合為3個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)。即:(1)IMViC試驗(yàn);(2)土壤中微生物的分離培養(yǎng)及初步鑒定;(3)大型真菌菌種分離、質(zhì)量鑒定。其中第1個(gè)實(shí)驗(yàn)為3學(xué)時(shí),剩余的的2個(gè)實(shí)驗(yàn)各為時(shí)。該部分實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)化基本原理的基礎(chǔ)上,把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)研究緊密聯(lián)系起來(lái),真正做到理論聯(lián)系實(shí)際,為微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)廣泛應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3.教學(xué)方法與效果
綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)主要以學(xué)生為主,將單項(xiàng)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行有機(jī)組合,集成微生物實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù),形成對(duì)微生物研究和應(yīng)用的綜合技術(shù)。如土壤中微生物的分離培養(yǎng)及初步鑒定綜合性實(shí)驗(yàn),將培養(yǎng)基的配制、滅菌、分離、鑒定、轉(zhuǎn)管培養(yǎng)、菌種保藏等技術(shù)進(jìn)行整合,形成土壤中微生物的分離培養(yǎng)及初步鑒定整套實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。教師在實(shí)驗(yàn)前提前布置實(shí)驗(yàn)題目,交待實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑢W(xué)生獨(dú)立擬定實(shí)驗(yàn)方法和步驟,實(shí)驗(yàn)前由教師檢查實(shí)驗(yàn)方案合理后,學(xué)生獨(dú)立實(shí)施。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作方法是否規(guī)范,并及時(shí)指正。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備以實(shí)驗(yàn)臺(tái)為單位,在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)報(bào)告以小論文的格式完成。學(xué)生對(duì)這種應(yīng)用性較強(qiáng)的模塊學(xué)習(xí)積極性較高,能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用,知識(shí)掌握程度也牢固。
四、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K
1.教學(xué)目標(biāo)
該模塊以人才培養(yǎng)與社會(huì)對(duì)人才需求有機(jī)接軌為目標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能,結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求,開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),進(jìn)行探究性學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。
2.主要內(nèi)容
該模塊是學(xué)生進(jìn)入工作崗位(教學(xué)、科研、生產(chǎn)等各領(lǐng)域)從事微生物和相關(guān)領(lǐng)域工作必備的知識(shí)和技能,也是學(xué)校人才培養(yǎng)與社會(huì)對(duì)人才需求實(shí)現(xiàn)無(wú)縫結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展人們生活與生產(chǎn)亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題,結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,開展具有本院微生物學(xué)科特色的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。即(1)當(dāng)?shù)仫嬘盟此屑?xì)菌總數(shù)和總大腸菌群的檢測(cè)(時(shí));(2)牛乳的巴氏消毒、細(xì)菌學(xué)檢查、酸乳的制作及質(zhì)量檢測(cè)(3學(xué)時(shí))。
3.教學(xué)方法與效果
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由教師結(jié)合社會(huì)發(fā)展需要,在實(shí)驗(yàn)前提出實(shí)驗(yàn)題目和要求,學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,指導(dǎo)教師檢查合理后,學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程教師觀察學(xué)生操作,指導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備以實(shí)驗(yàn)臺(tái)為單位,仍然在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)報(bào)告以小論文的格式完成。該模塊內(nèi)容結(jié)合社會(huì)生活與生產(chǎn)實(shí)際,實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng),學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性高,主動(dòng)性強(qiáng),能有效促進(jìn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。
五、實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核
實(shí)驗(yàn)成績(jī)由學(xué)生制訂的實(shí)驗(yàn)方案(30%)、完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30%)和實(shí)驗(yàn)技能(40%)構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)報(bào)告按統(tǒng)一的基本要求作為評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn),由指導(dǎo)教師評(píng)閱給出成績(jī)。技能考核以大型真菌組織分離制作菌種作為技能考核單元,從培養(yǎng)基配制和滅菌、接種環(huán)境消毒、組織分離方法、無(wú)菌操作等方面綜合檢查學(xué)生對(duì)微生物實(shí)驗(yàn)基本操作技能的掌握情況,以成功分離無(wú)污染的菌種為判定標(biāo)準(zhǔn),記載考核成績(jī)。指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)閱在下一個(gè)實(shí)驗(yàn)前批改發(fā)給學(xué)生,并在下一個(gè)實(shí)驗(yàn)前對(duì)前一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行小結(jié),肯定成績(jī),指出不足,以利于學(xué)生及時(shí)改進(jìn)。
六、小結(jié)
微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式從2009年開始在我院生物科學(xué)專業(yè)2007級(jí)兩個(gè)班的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中摸索,在生物科學(xué)專業(yè)2008級(jí)職業(yè)師資班微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過(guò)程中逐步完善,經(jīng)過(guò)對(duì)生物科學(xué)專業(yè)2009級(jí)兩個(gè)班學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn),得到學(xué)生的認(rèn)可。不管是哪個(gè)年級(jí),在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后,相當(dāng)部分的學(xué)生向指導(dǎo)教師提出申請(qǐng),要求教師指導(dǎo)他們進(jìn)行微生物學(xué)方向的研究性學(xué)習(xí),有些同學(xué)在畢業(yè)論文選題時(shí)選擇微生物學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容。由此微生物學(xué)課程教師常常因要求的學(xué)生過(guò)多而超過(guò)學(xué)院規(guī)定教師指導(dǎo)學(xué)生的任務(wù)。學(xué)生通過(guò)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的學(xué)習(xí)訓(xùn)練,成果顯著,有的發(fā)表了研究論文,有的考取碩士研究生。實(shí)踐證明,通過(guò)以上對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革,建立的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式,符合我院生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn),使學(xué)生認(rèn)識(shí)到了微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的重要性,大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性,發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、思考分析、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力,為學(xué)生適應(yīng)將來(lái)工作或進(jìn)一步深造奠定了良好的基礎(chǔ)。
基金項(xiàng)目:貴州省高校專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目:黔教高發(fā)[2012]426號(hào);黔南民族師范學(xué)院微生物學(xué)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目:院政發(fā)[2011]04號(hào);黔南民族師范學(xué)院優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目,院教發(fā){2011}5號(hào)。
參考文獻(xiàn):
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[2]沈萍,陳向東.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]北京:高等教育出版社,2007,11
關(guān)鍵詞:土壤微生物;高通量測(cè)序;生物多樣性
中圖分類號(hào):S154.37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16749944(2013)08020303
1引言
土壤是一個(gè)非常復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境體系,土壤微生物學(xué)作為微生物學(xué)的一個(gè)分支,一直在研究之中。土壤微生物是土壤的重要組成部分,是生態(tài)系統(tǒng)中重要的消費(fèi)者和分解者,其群落結(jié)構(gòu)多樣性及變化在一定程度上反映了土壤的質(zhì)量和穩(wěn)定性。土壤微生物多樣性是指微生物生命的豐富性及在遺傳、種類、生態(tài)系統(tǒng)層次上的變化,同時(shí)反映微生物群落的穩(wěn)定性。許多研究已經(jīng)證實(shí), 通過(guò)傳統(tǒng)的DNA分離方法測(cè)定出來(lái)的土壤微生物只占到環(huán)境微生物的0.1%~10%[1, 2]。傳統(tǒng)的土壤微生物研究方法如微生物平板培養(yǎng)法、Biolog鑒定系統(tǒng)法、生物標(biāo)記法等[3]往往會(huì)過(guò)低估價(jià)土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)組成,無(wú)法詳細(xì)描述出土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)組成方面的信息,也無(wú)法描繪出不同群體的生理差異。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的Sanger技術(shù)的弊端也日益體現(xiàn),一方面是因?yàn)樵摲椒ㄙM(fèi)時(shí),且一次的反應(yīng)數(shù)有限,另一方面是該技術(shù)基于酶法測(cè)序,成本較高。隨著微生物研究技術(shù)的迅速發(fā)展尤其是分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,土壤微生物學(xué)研究專家開發(fā)出一系列的研究土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的方法[4],高通量測(cè)序技術(shù)也隨之誕生,慢慢應(yīng)用到科研之中。
2土壤微生物研究方法
2.1微生物平板培養(yǎng)法
傳統(tǒng)的土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落多樣性及結(jié)構(gòu)分析大多是將微生物進(jìn)行分離培養(yǎng),然后通過(guò)一般的生物化學(xué)性狀,或者特定的表現(xiàn)型來(lái)分析,局限于從固體培養(yǎng)基上分離微生物。這種方法只能培養(yǎng)出極少量的微生物類群,大約占0.1%~10%,無(wú)法對(duì)絕大多數(shù)土壤微生物的分類和群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。因此這種培養(yǎng)法局限性比較大,只能應(yīng)用于特殊微生物的研究[5]。
2.2BIOLOG鑒定系統(tǒng)
BIOLOG系統(tǒng)是Garland于1991年建立起來(lái)的一套用于研究土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性方法。細(xì)胞的維持和生長(zhǎng)需要能量、碳源和多種無(wú)機(jī)離子,底物利用是群落中微生物存活和競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。因此可以根據(jù)微生物對(duì)碳源利用的方式來(lái)鑒定微生物的群落結(jié)構(gòu)。碳數(shù)利用法通常用BIOLOG盤來(lái)實(shí)現(xiàn)。BIOLOG測(cè)試盤內(nèi)有96個(gè)小孔,除了一個(gè)小孔為對(duì)照不含碳源外,其余都含不同的碳源。試驗(yàn)中將碳源和指示劑一起放入平板小孔內(nèi),然后將稀釋后的細(xì)胞懸液接種到各個(gè)小孔中,由于微生物利用碳源引起指示劑變化,以此來(lái)檢測(cè)和判斷不同土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[6]。
2.3分子生物學(xué)技術(shù)測(cè)序方法
在過(guò)去的20多年里,分子生物學(xué)技術(shù)尤其16S rDNA技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鑒定未知菌類的研究中。20世紀(jì)80年代以來(lái),逐步建立起了以分子系統(tǒng)發(fā)育分析為基礎(chǔ)的現(xiàn)代微生物分子生態(tài)學(xué)的研究方法,如PCR-RFLP、PCR-RAPD、PCR-SSCP、熒光原位雜交技術(shù)(FISH)、基因芯片(Microarry)、磷脂脂肪酸圖譜分析( Phospholipid fatty acid, PLFA)、穩(wěn)定同位素探針(Stable Isotope Probing, SIP)、PCR-DGGE/TGGE等[7],使得研究者能夠在分子水平上對(duì)土壤微生物多樣性進(jìn)行研究。
但是這些技術(shù)只能在科或?qū)偎缴戏治鐾寥牢⑸锏娜郝浣Y(jié)構(gòu),不能更細(xì)致更詳細(xì)地對(duì)土壤微生物進(jìn)行分析研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,相繼出現(xiàn)了第一代、第二代、第三代高通量測(cè)序技術(shù),使得研究人員能在種的水平上對(duì)土壤微生物進(jìn)行研究和分析。
2.4 454高通量測(cè)序方法
高通量測(cè)序技術(shù)[8]是傳統(tǒng)測(cè)序一次革命性的改變,一次可以對(duì)幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)條DNA分子進(jìn)行序列測(cè)定,在有些文獻(xiàn)中也稱其為下一代測(cè)序技術(shù)(next generation sequencing),可見(jiàn)其劃時(shí)代的改變,同時(shí)高通量測(cè)序使得對(duì)一個(gè)物種的轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行細(xì)致全貌的分析成為可能,所以又被稱為深度測(cè)序。
近年來(lái),以16S rRNA/DNA為基礎(chǔ)的分子生物學(xué)技術(shù)已成為普遍接受的方法。研究表明,400~600堿基的序列足以對(duì)環(huán)境中微生物的多樣性和種群分類進(jìn)行初步的估計(jì)[9],因此454高通量測(cè)序的方法因其讀長(zhǎng)(400~500bp)長(zhǎng)和準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)大量用于微生物多樣性的研究。
因此通過(guò)高通量測(cè)序法來(lái)確定土壤微生物群落結(jié)構(gòu),從而可以在種的水平上將土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)分析出來(lái),然后就可以對(duì)土壤微生物的多樣性進(jìn)行分析。并可以對(duì)土壤微生物和鹽生植被的相互照應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析研究。
3454高通量測(cè)序在土壤微生物研究中的應(yīng)用
3.1研究土壤微生物的物種多樣性
研究微生物物種多樣性主要從微生物類群即細(xì)菌、真菌和放線菌這三大類群的數(shù)目及其比例來(lái)描述某個(gè)地區(qū)某段深度土壤中微生物的多樣性,然后根據(jù)此地區(qū)土壤微生物物種的多樣性來(lái)探究全球范圍內(nèi)土壤微生物的物種多樣性。通過(guò)高通量測(cè)序測(cè)得土壤中土壤微生物的各種菌類組成,以此來(lái)研究某個(gè)地區(qū)土壤中微生物的物種多樣性。
3.2研究土壤微生物的功能多樣性
研究土壤微生物功能多樣性主要從各種微生物的活性及它們的相互作用產(chǎn)生的功能、底物代謝能力及與N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中相互轉(zhuǎn)化的功能等。通過(guò)將高通量測(cè)序得到的土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)及組成和實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤的幾種理化性質(zhì)及轉(zhuǎn)化過(guò)程來(lái)了解土壤微生物的功能。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得土壤的堿解氮、有效磷、活性有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)理化性質(zhì),可以分析地區(qū)土壤微生物的功能多樣性,以此來(lái)探究全球范圍內(nèi)土壤微生物乃至整個(gè)微生物的功能多樣性。
3.3研究環(huán)境的突然變化對(duì)土壤微生物菌群的影響
環(huán)境的突然改變會(huì)導(dǎo)致微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。近幾年來(lái)隨著全球變暖,土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了變化,地震、泥石流等自然災(zāi)害也會(huì)對(duì)土壤微生物的群落構(gòu)成產(chǎn)生影響。Zachary等以重水穩(wěn)定同位素探測(cè)技術(shù)(H218O-SIP)鑒定與土壤增濕相關(guān)的細(xì)菌。先對(duì)土壤增濕前土壤微生物進(jìn)行測(cè)定,得到土壤微生物各種組成,然后將土壤增濕后,對(duì)土壤中16S rRNA進(jìn)行高通量測(cè)序,發(fā)現(xiàn)Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria的相對(duì)比例升高,而Chloroflexi和Deltaproteobacteria的比例則降低。作者通過(guò)控制土壤濕度的動(dòng)態(tài)變化,對(duì)微生物菌群的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進(jìn)行研究,劃分生態(tài)類群。除此之外,溫度的驟變也會(huì)對(duì)土壤微生物菌群產(chǎn)生巨大的影響。
4454高通量測(cè)序技術(shù)存在的問(wèn)題及發(fā)
展前景到目前為止,大量的研究者應(yīng)用454測(cè)序技術(shù)對(duì)多種環(huán)境樣品的微生物多樣性進(jìn)行了深入研究,這些研究大大增長(zhǎng)了人類對(duì)微生物的存在和種類的認(rèn)識(shí)。針對(duì)不同的研究對(duì)象,454測(cè)序技術(shù)不僅為研究提供了大量數(shù)據(jù),證實(shí)研究對(duì)象所含微生物具有較高的多樣性,而且還建立了一種研究復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)里的微生物多樣性方法。但由于該技術(shù)剛剛起步,所以存在一些待解決的問(wèn)題。首先,隨著核酸序列數(shù)量上的跨越式累積,生物信息學(xué)分析將面臨巨大的挑戰(zhàn)。另外,海量數(shù)據(jù)的深入挖掘工作會(huì)發(fā)現(xiàn)用傳統(tǒng)生物學(xué)理論難以解釋的生命規(guī)律,對(duì)傳統(tǒng)理論的顛覆和新理論的提出與建立將成為不可避免的工作。
雖然存在許多不足,但454測(cè)序技術(shù)仍以其強(qiáng)大的測(cè)序能力滲透到生命科學(xué)研究的方方面面,包括那些此前無(wú)法用測(cè)序來(lái)解決的領(lǐng)域。在微生物領(lǐng)域,憑借著 454測(cè)序技術(shù)各方面的優(yōu)勢(shì),終究會(huì)成為未來(lái)研究環(huán)境基因組的主導(dǎo)測(cè)序技術(shù),同時(shí),隨著454技術(shù)的不斷完善,該技術(shù)將為微生物生態(tài)學(xué)研究注入新的動(dòng)力,成為微生物生態(tài)學(xué)研究新的亮點(diǎn),大大加速微生物生態(tài)學(xué)的發(fā)展,增長(zhǎng)人類對(duì)微生物生態(tài)學(xué)的認(rèn)識(shí),為人類探索廣袤的微生物資源提供無(wú)限遐想。參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞環(huán)境工程微生物學(xué);實(shí)驗(yàn)課程教學(xué);改革
AbstractAccording to the problems of environmental microbiology in traditional experiment teaching and social needs,a set of reforms had been explored and practiced,which included construction environmental microbiology knowledge system,concerning reality,using advanced technology,comprehensive experiments and flexible forms of examination,in order to improve students’ interest,research capacity and innovative ability.
Key wordsenvironmental microbiology;experimental teaching;reform
環(huán)境工程微生物學(xué)作為環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,是一門實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科,是多學(xué)科相互交叉滲透而高速發(fā)展的前沿研究領(lǐng)域。其基本原理、研究技術(shù)已滲透到所有分支學(xué)科,是推動(dòng)微生物技術(shù)發(fā)展和解決環(huán)境工程問(wèn)題不可或缺的力量。實(shí)驗(yàn)課程是聯(lián)系理論和實(shí)踐的紐帶,有助于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力,開拓學(xué)生視野,提高學(xué)生創(chuàng)新思維和科研能力。在以往的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系運(yùn)行下,學(xué)生只能做一些類似“標(biāo)準(zhǔn)答案”的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),興趣不高,缺乏思考。如何利用有限的的學(xué)時(shí)將環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和前沿進(jìn)展傳授給學(xué)生,使學(xué)生系統(tǒng)地掌握環(huán)境微生物學(xué)的知識(shí)體系,并靈活地運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,是21世紀(jì)綜合型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。近年來(lái),在環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中,本課題組以周群英、王士芬主編的《環(huán)境工程微生物學(xué)》(第3版)為主要教材(包含理論和實(shí)驗(yàn)課),并參考黃秀莉、辛明秀主編的《微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》和王蘭主編的《環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)》等多種實(shí)驗(yàn)課教材,進(jìn)行了一系列改革和嘗試,力求構(gòu)建環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)課程新體系,以取得更好的教學(xué)效果[1-4]。
1環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的必要性
環(huán)境工程微生物學(xué)是西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院開設(shè)環(huán)境工程專業(yè)以來(lái)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課,實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系參照生物科學(xué)專業(yè)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn),增加了部分與環(huán)境工程相關(guān)的內(nèi)容。首先,以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,不能充分鍛煉學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。如細(xì)菌芽孢染色實(shí)驗(yàn),利用細(xì)菌芽孢壁厚和細(xì)胞質(zhì)濃厚而不易著色的特點(diǎn),采用著色力強(qiáng)的染色劑和用加熱等手段促使芽孢著色,并利用復(fù)染的方法對(duì)比原細(xì)菌菌體和芽孢,這只是簡(jiǎn)單的驗(yàn)證了理論知識(shí),類似的實(shí)驗(yàn)還包括革蘭氏染色、莢膜染色等。其次,各實(shí)驗(yàn)之間沒(méi)有必然的聯(lián)系。整個(gè)學(xué)期實(shí)驗(yàn)課結(jié)束以后,特別是畢業(yè)論文時(shí),學(xué)生往往記不住以前做過(guò)的實(shí)驗(yàn)名稱、藥品和操作步驟,更不用說(shuō)應(yīng)用整體思維去思考。
實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法是按照設(shè)定的教學(xué)計(jì)劃,由實(shí)驗(yàn)教師幫助學(xué)生完成很大一部分準(zhǔn)備工作,學(xué)生在課堂上則只須花費(fèi)很少的時(shí)間,按照教師講解以及實(shí)驗(yàn)手冊(cè)上的步驟和注意事項(xiàng)進(jìn)行操作。學(xué)生一般是到了教室才關(guān)注實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、研究背景和其他相關(guān)知識(shí)知之甚少。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中,學(xué)生被動(dòng)聽課和操作,幾乎沒(méi)有時(shí)間去思考該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的來(lái)龍去脈。因此,傳統(tǒng)的教學(xué)方法雖然在一定程度上能讓學(xué)生學(xué)到一定的實(shí)驗(yàn)技能,鞏固部分理論知識(shí),但容易造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解不透徹,實(shí)驗(yàn)操作按部就班,對(duì)實(shí)驗(yàn)一知半解。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后大多數(shù)學(xué)生往往書寫幾近統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,有的學(xué)生不忠實(shí)于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,無(wú)論實(shí)驗(yàn)成功還是失敗都不太注重原因的分析。實(shí)驗(yàn)的考核也僅憑一紙實(shí)驗(yàn)報(bào)告。因此,容易忽略對(duì)學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πㄕw思維、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力的考核。
由此可見(jiàn),這種教學(xué)方法難以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣,無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性,不能真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)造能力。在課時(shí)逐漸減少,知識(shí)不斷更新,環(huán)境問(wèn)題日益突出和生物技術(shù)不斷發(fā)展的今天,如何巧妙的安排實(shí)驗(yàn)課程,以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性,激發(fā)學(xué)生開放性思維,培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,是非常值得思考的問(wèn)題。圍繞這個(gè)問(wèn)題,筆者基于環(huán)境工程微生物學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課教學(xué),對(duì)當(dāng)前環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課改革進(jìn)行了一些探討,以期達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的目的。
2環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的新舉措
2.1優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,構(gòu)建環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)體系
環(huán)境工程微生物學(xué)涵蓋的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富,大綱要求具有一定的深度和廣度,由于環(huán)境工程微生物學(xué)和其他的課程存在交叉重疊,有的內(nèi)容和其他的課程有所重復(fù),所以必須在內(nèi)容的選擇上有所取舍[5]。微生物學(xué)的基礎(chǔ)操作,能驗(yàn)證一些重要的理論知識(shí),所以要讓學(xué)生牢固掌握這方面的技能,包括培養(yǎng)基的制備、微生物的接種、培養(yǎng)和保存、微生物的染色實(shí)驗(yàn)和微生物的觀察實(shí)驗(yàn)。還要讓學(xué)生明白,這些技能服務(wù)于所有實(shí)驗(yàn),貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系。綜合性實(shí)驗(yàn)包括環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)、環(huán)境微生物的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、污染物的微生物處理技術(shù)和方法,比如環(huán)境因素對(duì)環(huán)境微生物生長(zhǎng)和死亡的影響、富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中微生物的多樣性的監(jiān)測(cè)、污染物的微生物降解等。在這些綜合性試驗(yàn)中,學(xué)生能夠不斷強(qiáng)化微生物的基礎(chǔ)知識(shí),融會(huì)貫通,加深對(duì)學(xué)科前沿發(fā)展?fàn)顩r的了解,培養(yǎng)科研意識(shí),并開拓視野。
2.2貼近生活,激發(fā)學(xué)生的興趣
環(huán)境工程微生物學(xué)和實(shí)際生活聯(lián)系非常緊密,在教學(xué)過(guò)程中注意縮小理論和實(shí)際的差距,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)關(guān)注現(xiàn)實(shí)和改善環(huán)境問(wèn)題的能力,做到學(xué)以致用。在課程中通過(guò)白色污染、水體污染、大氣污染、重金屬污染、固體廢棄物污染、甲型H1N1流感病毒和能源危機(jī)等現(xiàn)實(shí)社會(huì)環(huán)境問(wèn)題的講解,讓學(xué)生意識(shí)到專業(yè)的重要性和肩負(fù)的責(zé)任;讓學(xué)生了解生活中污染環(huán)境的微生物,比如學(xué)校食堂廚余中的微生物類群,酸奶里的微生物種類,發(fā)生霉變的食物中主要的微生物種類,腐敗水果蔬菜中微生物種類,校園人工湖的微生態(tài)系統(tǒng),教室和醫(yī)院微生物菌群等,使知識(shí)融入到生活中,讓生活中的現(xiàn)象點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)和探索知識(shí)的激情。
2.3關(guān)注前沿科技,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)尖端技術(shù)的操作能力
隨著物理、化學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展,大大推動(dòng)了生物科技的發(fā)展,新成就如雨后春筍,層出不窮。在微觀方面,生物學(xué)已經(jīng)從細(xì)胞水平進(jìn)入到分子水平去探索生命的本質(zhì)。以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)的生物技術(shù)促進(jìn)了環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)學(xué)和醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展。在當(dāng)代環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域,DGGE和RFLP等技術(shù)已經(jīng)成為研究環(huán)境中不可培養(yǎng)微生物有力的手段。可將一個(gè)班的同學(xué)分成4~6個(gè)小組,在老師的指導(dǎo)下,讓各組同學(xué)獨(dú)立設(shè)計(jì),應(yīng)用PCR-DGGE的方法研究污染河流不同河段的微生物區(qū)系,使學(xué)生接觸前沿科學(xué)技術(shù),并應(yīng)用到解決環(huán)境問(wèn)題中,能進(jìn)一步把握微生物技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域發(fā)展的方向。這樣的安排不僅使學(xué)生能掌握一些尖端技術(shù)的操作方法,也能增加學(xué)生的信息量,開拓學(xué)生的眼界,增加學(xué)習(xí)的興趣。
2.4開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生創(chuàng)新能力
環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的目的還在于學(xué)生能夠利用自己掌握的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù),對(duì)于自己感興趣的領(lǐng)域和課題獨(dú)立自主地進(jìn)行分析和研究,進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科研能力。比如在綜合實(shí)驗(yàn)階段,本課題組開設(shè)極具環(huán)保和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的“蟋蟀蟲生真菌的分離鑒定和生長(zhǎng)特性研究”綜合性實(shí)驗(yàn),學(xué)生試圖通過(guò)學(xué)習(xí)的微生物分離鑒定技術(shù)去認(rèn)識(shí)和研究這種真菌,從而為生物農(nóng)藥的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。這就使得學(xué)生在課后多做功課,查閱文獻(xiàn),展開調(diào)查研究,制定并提交實(shí)驗(yàn)方案。上課時(shí)學(xué)生分小組討論,然后提出小組實(shí)驗(yàn)方案。教師可以使用提問(wèn)的方法檢查學(xué)生的方案,糾正錯(cuò)誤。這種方法不僅能夠大大提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性,而且能夠讓學(xué)生變成自主的研究型學(xué)習(xí)。通過(guò)學(xué)生查閱文獻(xiàn),在相互討論和交流的過(guò)程中,學(xué)生除了提高文化知識(shí),還能促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作,促進(jìn)溝通能力和創(chuàng)新能力的形成。另外,這種互動(dòng)也能促進(jìn)教師更加積極的備課。因而形成一種師生共同進(jìn)步的良性循環(huán)。
2.5靈活制定考核機(jī)制,做好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)
實(shí)驗(yàn)課程的分?jǐn)?shù)比重應(yīng)該增大到30%,這樣可以避免學(xué)生只會(huì)死記硬背,而不注重動(dòng)手能力的培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo),當(dāng)場(chǎng)考核,不僅要看實(shí)驗(yàn)報(bào)告,更要依據(jù)出勤、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合考核。比如除指導(dǎo)教師外,應(yīng)有專門實(shí)驗(yàn)人員發(fā)放實(shí)驗(yàn)器材,進(jìn)行出勤登記并納入考核,占實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的10%。從制度上引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,規(guī)范的操作和可靠的結(jié)果是考核的重點(diǎn),各占實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的30%。對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告,占實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的30%。應(yīng)要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析,比如哪些操作步驟沒(méi)有做好,或者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)什么問(wèn)題,如何避免等,從而讓學(xué)生養(yǎng)成一個(gè)善于分析問(wèn)題和總結(jié)問(wèn)題的好習(xí)慣。對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的結(jié)果,要實(shí)事求是,嚴(yán)格杜絕相互抄襲現(xiàn)象。
在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng),對(duì)態(tài)度認(rèn)真、操作規(guī)范的學(xué)生及時(shí)表?yè)P(yáng),并號(hào)召其他學(xué)生觀摩或欣賞,起到模范帶頭作用。有些操作較為繁瑣的實(shí)驗(yàn),個(gè)別學(xué)生總是失誤,會(huì)產(chǎn)生厭煩心理,比如芽孢染色,要加以啟發(fā)性的引導(dǎo),幫助其順利完成實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)不足,實(shí)驗(yàn)過(guò)程難免會(huì)有失誤,實(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)不盡相同甚至?xí)笙鄰酵?。在這種情況下,不要急于批評(píng)學(xué)生,而要分析問(wèn)題,找到原因。比如做細(xì)菌接種練習(xí),一個(gè)班上總有1~2個(gè)學(xué)生平板上什么都沒(méi)有長(zhǎng)出來(lái),這時(shí)候要鼓勵(lì)學(xué)生勇于承認(rèn)實(shí)驗(yàn)失誤,還要讓其回憶,實(shí)驗(yàn)失敗是由于沒(méi)有劃線還是接了菌種以后再在火焰上灼燒而將微生物燒死。這樣學(xué)生有深刻的印象,以后的操作也就不容易出現(xiàn)類似錯(cuò)誤。有時(shí)候?qū)W生的失誤,可能會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的結(jié)果,這時(shí)候更要進(jìn)行分析,幫助學(xué)生拓展思維。
3實(shí)施改革后取得的效果與思考
這些改革措施的實(shí)施,使學(xué)生做實(shí)驗(yàn)更加主動(dòng)和用心,大大減少了盲目操作的現(xiàn)象,提高了綜合運(yùn)用知識(shí)、分析和解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)、鉆研、科學(xué)的學(xué)風(fēng)。在新的課程改革實(shí)施后,95%以上的學(xué)生認(rèn)為微生物學(xué)和生活聯(lián)系非常緊密。部分本科生已經(jīng)參與到一些教師的科學(xué)研究中去,有的學(xué)生還能夠設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,或通過(guò)合作完成一些小型課題。同時(shí),實(shí)驗(yàn)課程改革也對(duì)實(shí)驗(yàn)課教師提出了新的要求,使教師不斷學(xué)習(xí)新的實(shí)驗(yàn)課程管理理念,不斷開發(fā)新的研究課題,同環(huán)境工程微生物學(xué)的發(fā)展同步。在以后的教學(xué)過(guò)程中,還要不斷探索,以取得更好的成效。
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【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程微生物學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 探索
環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。它是生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)與工程的交叉學(xué)科,具有極強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)思維和動(dòng)手能力的一個(gè)重要途徑。同時(shí),該實(shí)驗(yàn)又是一門操作性很強(qiáng)的課程,需要大量的實(shí)驗(yàn)儀器,以及老師手把手傳授實(shí)驗(yàn)技能,如果沒(méi)有先進(jìn)的教學(xué)方法做支持,掌握其中的操作技術(shù)是很困難的。下面提出幾點(diǎn)心得體會(huì),將有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量,深化學(xué)生對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)。
1 讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的全過(guò)程
實(shí)驗(yàn)室的前期準(zhǔn)備工作是很重要,工作量要比實(shí)驗(yàn)課程多許多。老師除了要認(rèn)真?zhèn)湔n外,還需要對(duì)培養(yǎng)皿、試管、鑷子等消毒滅菌,配制各種試劑,最好還要進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn),不但更加熟悉實(shí)驗(yàn)步驟,而且能保證實(shí)驗(yàn)課程的順利進(jìn)行。
通過(guò)讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程,可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到完整微生物實(shí)驗(yàn)操作技術(shù),這樣一個(gè)完整流程學(xué)生完全參與下來(lái),不但讓學(xué)生體會(huì)到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的艱辛,進(jìn)而更加珍惜來(lái)之不易的實(shí)驗(yàn)課程,還可以培養(yǎng)學(xué)生科研思維,提高科研能力,使他們?cè)谡n堂上學(xué)到的知識(shí)在實(shí)驗(yàn)操作中體會(huì)得更形象、更具體、更全面,從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)興趣。在鞏固專業(yè)知識(shí)的同時(shí),還培養(yǎng)了其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、綜合分析和解決問(wèn)題的能力。這些對(duì)于提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力都有很大的幫助。
2 更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容, 加大新知識(shí)和新技術(shù)的傳授
微生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)知識(shí)的更新推動(dòng)著環(huán)境工程微生物學(xué)這門新興的邊緣學(xué)科不斷向前發(fā)展。特別是日新月異的分子生物學(xué)技術(shù)已滲透到環(huán)境工程應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。為了緊跟時(shí)代和學(xué)科發(fā)展的步伐, 培養(yǎng)高質(zhì)量人才,讓學(xué)生熟悉和掌握學(xué)科前沿新的理論知識(shí)和操作技術(shù), 為他們將來(lái)工作研究或是碩士博士階段的深造打下良好的基礎(chǔ)。
例如,過(guò)去研究環(huán)境中微生物的方法是建立在平板分離基礎(chǔ)上的,但迄今為止利用這種方法培養(yǎng)出的微生物只占總微生物種類的0.1%~10%。固體培養(yǎng)基其實(shí)是人類為微生物創(chuàng)造的人工培養(yǎng)環(huán)境,與微生物的實(shí)際生存環(huán)境有很大差異,用它來(lái)培養(yǎng)環(huán)境中的微生物相當(dāng)于是對(duì)自然微生物群落進(jìn)行了一次強(qiáng)制的人工篩選。所以,用平板分離的方法來(lái)研究自然環(huán)境的微生物生態(tài)時(shí),往往不能準(zhǔn)確反映微生物群落的實(shí)際組成和存在狀態(tài)。分子生物學(xué)、基因組學(xué)和生物信息學(xué)等學(xué)科的發(fā)展及其向微生物學(xué)領(lǐng)域的滲透,形成一個(gè)新的交叉學(xué)科分支——微生物分子生態(tài)學(xué) (molecular microbial ecology),它為我們?nèi)婵陀^地研究微生物生態(tài)系統(tǒng)提供了新的技術(shù)手段。微生物分子生態(tài)學(xué)是以微生物基因組dna的序列信息為依據(jù),通過(guò)分析環(huán)境樣品中dna分子的種類、數(shù)量和分布特征來(lái)反映微生物區(qū)系組成和群落結(jié)構(gòu)[2,3]。所以,這項(xiàng)技術(shù)就需要研究者掌握dna提取及純化技術(shù)、dna瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)和pcr基因擴(kuò)增技術(shù)。針對(duì)這一點(diǎn),我們就可以給學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)微生物大實(shí)驗(yàn),以活性污泥為樣品,從dna的提取、純化,凝膠電泳檢測(cè),到細(xì)菌16s rdna基因擴(kuò)增,都讓學(xué)生自己操作一遍。通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí),使學(xué)生對(duì)當(dāng)今環(huán)境工程微生物學(xué)的前沿技術(shù)都有一定的了解和掌握。
3 增強(qiáng)不同實(shí)驗(yàn)間的連貫性,以及實(shí)驗(yàn)和理論知識(shí)的連貫性
3.1 增強(qiáng)各實(shí)驗(yàn)間的連貫性
過(guò)去實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為孤立、連貫性不強(qiáng)的項(xiàng)目,各實(shí)驗(yàn)之間的內(nèi)容重復(fù)較多,學(xué)生難以系統(tǒng)地把握微生物學(xué)實(shí)驗(yàn),既浪費(fèi)了有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí),又不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。對(duì)此,我們調(diào)整了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將原來(lái)獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合到一起,形成一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn),通過(guò)一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)就能使學(xué)生學(xué)到以前3-4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)技能。
3.2 增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和理論知識(shí)的連貫性
環(huán)境工程微生物學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,涉及到的內(nèi)容覆蓋面廣,要學(xué)好這門課,僅僅依靠理論教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以彌補(bǔ)理論教學(xué)的不足,將微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中延伸、深化,并通過(guò)實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)基本技能的訓(xùn)練。
4 實(shí)現(xiàn)多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué),更直觀展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的各種微生物需要在光學(xué)顯微鏡甚至電子顯微鏡下放大才能看到。由于環(huán)境樣品中微生物的復(fù)雜性和多樣性,應(yīng)用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不便于更好的展示微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相比,能更加生動(dòng)形象、栩栩如生的展現(xiàn)微生物的特點(diǎn),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度,從而使學(xué)生更好的掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)。
首先,可以在多媒體課件中放入大量彩色的宏觀及微觀圖片、flash動(dòng)畫,從而更直觀的反應(yīng)微生物的形態(tài)特征,利于學(xué)生對(duì)新知識(shí)的吸收掌握,有了這些認(rèn)識(shí),才能在自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中達(dá)到很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
其次,也可以使用錄像教學(xué)。教學(xué)錄像具有較強(qiáng)的直觀性,它可以通過(guò)屏幕清晰形象準(zhǔn)確地展現(xiàn)每一個(gè)步驟,使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作技能的關(guān)鍵所在。同時(shí)節(jié)約時(shí)間,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。如配置培養(yǎng)基實(shí)驗(yàn),稱量-溶化-調(diào)ph-過(guò)濾-分裝-加塞-包扎-滅菌-擱置斜面-無(wú)菌檢查等步驟,如果沒(méi)有錄像,需要老師反復(fù)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)順序及注意要點(diǎn),才能保證大部分學(xué)生配好正確的培養(yǎng)基。但是,如果有錄像,老師只需要先播放一遍錄像,從旁作簡(jiǎn)單介紹,播放完后再講一下原理及注意要點(diǎn),然后再播放一遍錄像,學(xué)生就可以開始實(shí)驗(yàn)了。
最后,還可以利用電視顯微鏡進(jìn)行教學(xué)。老師將樣品放在顯微鏡下,找到微生物個(gè)體,讓學(xué)生先有感性認(rèn)識(shí),然后再觀察自己的樣品。該方法既明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),又能讓全班學(xué)生同時(shí)看到老師顯微鏡里樣品的特點(diǎn),避免了以往同學(xué)們一個(gè)個(gè)排隊(duì)去老師顯微鏡目鏡里觀察樣品,提高了教學(xué)效率。
環(huán)境工程微生物學(xué)是一門來(lái)自實(shí)踐的科學(xué),學(xué)生掌握了它之后也最終要應(yīng)用于實(shí)踐。所以,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生具備從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛧?yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)素質(zhì)的重要途徑,許多問(wèn)題還需要我們不斷探索、實(shí)施和進(jìn)一步完善。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞 糜蛋白酶 微生物限度檢查法 回收率
中圖分類號(hào):R927.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1006-1533(2014)19-0078-03
Validation of microbial limit test method for chymotrypsin
WANG Qi*
(Shanghai NO.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., Shanghai 200240, China)
ABSTRACT Objective: To establish a method for microbial limit tests of chymotrypsin. Methods: An appropriate diluent was selected to dissolve chymotrypsin. The microbial limit were tested by both plate and film methods. Results: Microbial recoveries in two methods were≥70%, which showed that no inhibition of chymotrypsin to microbial growth. Microbial detection rate was higher in the film method than in the plate method since the sampling volume in the film method was 10 times larger than that in the plate method. Conclusion: The film method is suitable for the microbial limit test of chymotrypsin.
KEY WORDS chymotrypsin; microbial limit test; recovery
糜蛋白酶系自?;蜇i胰中提取的一種蛋白水解酶,能迅速分解變性蛋白質(zhì)。作用、用途與胰蛋白酶相似,但比胰蛋白酶分解能力強(qiáng)、毒性低、不良反應(yīng)小。可使黏稠的痰液稀化,便于咳出,對(duì)膿性和非膿性痰液均有效。臨床上常用于創(chuàng)傷或手術(shù)后傷口愈合等。對(duì)糜蛋白酶進(jìn)行微生物限度檢查,能有效發(fā)現(xiàn)樣品中的微生物污染水平,從而進(jìn)行微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,保證用藥安全。
材料和方法
儀器
恒溫培養(yǎng)箱(Sanyo MIR253),電子天平(JY-5002型),高壓蒸汽滅菌鍋(新華XG1.D型、Sanyo MLS-3750),醫(yī)用電動(dòng)吸引器(YX940D),生物安全柜(Esco Class II BSC),電熱恒溫水浴鍋(HSY2-SP)。
藥品、培養(yǎng)基和試劑
糜蛋白酶原料藥(白色或類白色結(jié)晶性粉末或無(wú)定型粉末,上海第一生化藥業(yè)有限公司);營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(批號(hào):111222)和玫瑰紅鈉瓊脂培養(yǎng)基(批號(hào):110809)購(gòu)自上海中科昆蟲生物技術(shù)開發(fā)有限公司;硫乙醇酸鹽流體培養(yǎng)基(批號(hào):1109262)和改良馬丁培養(yǎng)基(批號(hào):111121)購(gòu)自北京三藥科技開發(fā)公司;0.9%無(wú)菌氯化鈉溶液;pH 7.0無(wú)菌氯化鈉-蛋白胨緩沖液。培養(yǎng)基在使用前按廠方說(shuō)明書要求高壓滅菌,試劑在使用前于121 ℃滅菌30 min。
菌種與菌液制備
細(xì)菌計(jì)數(shù)驗(yàn)證用菌株為:金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CMCC(B)26003,大腸埃希菌(Escherichia coli)CMCC(B)44102,枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)CMCC(B)63501;霉菌、酵母菌計(jì)數(shù)驗(yàn)證用菌株為:白色假絲酵母(Candida albicans) CMCC(F)98001,黑曲霉(Aspergillus niger)CMCC(F)98003。以上菌種均由上海市食品藥品檢驗(yàn)所提供。參照中國(guó)藥典方法培養(yǎng)菌種,制備菌懸液或孢子懸液[1]。
驗(yàn)證方法
供試液的制備
共取3個(gè)不同批號(hào)產(chǎn)品對(duì)微生物限度檢查方法進(jìn)行平行試驗(yàn)。
取供試品10 g加入到100 ml pH 7.0無(wú)菌氯化鈉-蛋白胨緩沖液中[1]附錄104,混勻后,作為1∶10供試液。
平皿法
取供試液1 ml,分別加入上述5種50~100 CFU/ml的試驗(yàn)菌株1 ml,分別傾注15~20 ml營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基或玫瑰紅鈉瓊脂培養(yǎng)基,平行制備2個(gè)平皿,按文獻(xiàn)[1-2]規(guī)定的溫度和時(shí)間培養(yǎng)作為試驗(yàn)組;同法測(cè)定相應(yīng)加入的試驗(yàn)菌菌落數(shù),作為菌液組;測(cè)定供試液本底菌菌落數(shù),作為供試液對(duì)照組。培養(yǎng)后對(duì)菌落計(jì)數(shù)?;厥章剩?)=[(試驗(yàn)組平均菌落數(shù)-供試液對(duì)照組平均菌落數(shù))/菌液組平均菌落數(shù)]×100%)[2-3]。
薄膜過(guò)濾法
取供試液10 ml,微孔濾膜(混合纖維素酯膜,孔徑0.45 mm,直徑50 mm,上海半島實(shí)業(yè)有限公司)過(guò)濾,用pH 7.0無(wú)菌氯化鈉-蛋白胨緩沖液50 ml沖洗玻璃壁上殘留的供試液,分別加入上述5種50~100 CFU/ml的試驗(yàn)菌1 ml,抽濾,取膜,貼于相應(yīng)的培養(yǎng)基上,按中國(guó)藥典2010版規(guī)定的溫度和時(shí)間培養(yǎng)[1-2,5],平行制備2個(gè)平皿。培養(yǎng)后對(duì)菌落計(jì)數(shù),并計(jì)算回收率。
結(jié)果
平皿法檢測(cè)
平皿法檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知,采用平皿法進(jìn)行驗(yàn)證時(shí),5種試驗(yàn)菌的回收率為97.2%~103.2%,均大于藥典規(guī)定(70%),表明糜蛋白酶對(duì)其無(wú)抑制作用。但由于3批糜蛋白酶采用平皿法檢驗(yàn)時(shí)均未檢出微生物,考慮到供試液取樣量的多少可能影響微生物的檢出率[4],所以擴(kuò)大取樣量,采用薄膜過(guò)濾法進(jìn)行驗(yàn)證。
薄膜過(guò)濾法檢測(cè)
薄膜過(guò)濾法檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
試驗(yàn)結(jié)果表明,同樣3批糜蛋白酶分別采用平皿法和薄膜過(guò)濾法進(jìn)行方法驗(yàn)證,試驗(yàn)組的細(xì)菌回收率為92.1%~108.4%,但由于取樣量的不同,本底樣品的微生物檢出率有明顯的差異。采用平皿法時(shí),3批糜蛋白酶均未檢出微生物,但采用薄膜過(guò)濾法時(shí),3批糜蛋白酶均有一定量的微生物生長(zhǎng)[6-7]。
樣品測(cè)定
采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的薄膜過(guò)濾法對(duì)5批糜蛋白酶進(jìn)行微生物限度檢查,結(jié)果見(jiàn)表3。
討論
對(duì)糜蛋白酶進(jìn)行微生物限度檢查法的驗(yàn)證,有助于對(duì)其原料藥進(jìn)行微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。由試驗(yàn)結(jié)果表明,兩種檢測(cè)方法中糜蛋白酶均無(wú)抑菌作用。
兩種方法的檢測(cè)結(jié)果表明薄膜過(guò)濾法的微生物檢出率明顯高于平皿法,其原因是兩種方法的取樣體積不同(平皿法1 ml,薄膜過(guò)濾法10 ml)??紤]到微生物在糜蛋白酶樣品中可能是不均勻分布的,故采用薄膜過(guò)濾法能較為準(zhǔn)確、有效地反映出糜蛋白酶樣品中污染的微生物數(shù)。
之所以對(duì)糜蛋白酶樣品進(jìn)行微生物限度檢查,主要考慮到原料藥也是導(dǎo)致微生物污染的主要途徑之一。要滿足成品的微生物污染控制,還需要結(jié)合更多生產(chǎn)過(guò)程的控制來(lái)進(jìn)一步保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
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