设计性试验在微生物实验中的探索与体会

王光利，杨倩倩，刘婉茹，李 峰

（淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000）

微生物学实验是生物类专业的骨干课程之一.通过对微生物基础理论知识的实践与应用，使学生在掌握理论知识的同时，也能够培养并提高动手能力，正确恰当的实验教学模式还能够激发学生创造力，充分挖掘学生在科学实验方面的潜能.

“九五”期间，国家教委组织实施高等师范教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划，共完成教改项目213 项，取得丰硕的成果［1］.旨在对当代传统的实验教学模式进行深化改革，即验证性实验模式向综合设计性实验模式的转变.在传统实验教学过程中，强调教师的主导作用，往往忽视学生的主体地位，学生在实验的过程中不能够充分锻炼自己的动手能力，思维也常受到教师教学定式的影响，不利于学生创造性的培养，从而使其发展受到限制.因此，就需要有一个能够培养学生综合素质的实验教学模式，即设计性实验教学模式.

1 设计性实验的概念

设计性实验指学生在掌握一定的微生物相关知识的基础上，运用课堂中学到的实验方法，自己进行实验方案设计，并在微生物开放实验室独立自主完成，且能够根据一定的实验结果做出相应分析，同时能够得出合理结论的过程.进行设计性实验，不仅能够激发学生创造性思维，而且在全程参与实验的过程中，既能够充分锻炼学生的动手能力，还能让学生在实践中认识到自身各方面的不足，从而全面提高学生综合分析能力和科学实验能力.所以，设计性实验在微生物实验教学改革中必将成为主流.

2 设计性实验在教学中的探索

2.1 微生物学实验的现状

就目前来看，为让学生更好地掌握微生物基础理论知识，提高基本实验的操作能力，许多高校普遍的实验模式还是传统模式，即验证性实验模式.传统的实验模式是以教师为主，学生为辅，教师依据教学计划安排实验内容，进行实验设计和实验准备，执行教学程序，而学生仅是机械地模仿和验证，然后按部就班地完成实验并写出实验报告.学生在此过程中并未真正参与到实验中，因此学习积极性不高，加上传统实验模式中的实验大多为验证性实验，内容较为单一，缺乏趣味性，更加不能充分调动学生积极性，这种实验教学模式扼杀学生的创造性和能动性，也不利于学生科研思维的培养.因此，微生物实验教学改革迫在眉睫.

2.2 设计性实验的引入

在教学过程中，可通过图1有效地引入设计性实验：

图1 设计性实验引入模式Fig.1 The introducing mode of designable experiment

3 设计性实验在具体教学中的实施

设计性实验区别于传统的验证性试验，但其必须在传统验证性试验的基础上进行.具体实施步骤见图2：

图2 设计性试验在具体教学中的实施模型Fig.2 The implementation of model test in the teaching practice in the specific teaching

在具体的教学过程中，设计性实验教学的实施过程较为繁琐，但若找准思路和方向，整个实验过程要比传统验证性实验要有趣的多.多鼓励学生贴近生活，从生活中获取实验课题，发现实际生活中的科学，并能够把每个实验都当作微型科学研究，这才是实施设计性实验教学的真正意义.以具体案例说明设计性实验在具体教学中的实施过程.

近年来，氯代乙酰胺类除草剂应用最广泛，占据主导地位，该类除草剂是优良的触杀性禾本科杂草除草剂，尤其是丁草胺，但农药的毒性危害以及所引起的农药残留（Residence）、抗药性（Resistanee）和再猖撅（Resurgenee）即所谓的3R问题越来越受到人们的关注.下面以“丁草胺降解菌分离以及降解特性的研究”这一实验为例，阐述设计性实验的具体实施步骤.

3.1 选取可行性实验课题

设计性实验作为微生物实验中的中流砥柱，着重于对学生积极动手、独立思考能力的培养，其课题的选择不可忽视.综合设计性实验的选题过小或过于简单会失去设计性实验的意义，难以达到培养学生综合能力的目的；反之，题目选择过大或实验指标过高，会使学生无从下手、望而生畏，从而丧失信心和勇气，也不能达到设计性实验的目的［2］.本例中选择“丁草胺降解菌株的分离及降解特性的研究”，其难易适中，且可行性、探索性较强，符合教学大纲要求，亦在学生的能力范围之内.

3.2 查阅相关文献资料

根据丁草胺结构特性，查阅丁草胺生化性质，上网搜集相关菌株分离及降解相关实验的文献资料，明确实验原理并列出所需的实验药品及仪器设备.在对丁草胺性质、相关实验的原理方法基本掌握之后，在教师的指导下进行具体实验方案的讨论与设计.

3.3 讨论并设计实验方案

在确定实验思路后，以4～6个学生为一小组，在查阅文献资料的基础上进行讨论，并设计出合理可行的实验方案，进而做出合理的分工，教师根据学生提交的实验方案进行修正并给予建设性建议.

Soprod的SOP A10机心可以替代ETA2892。但是由于产量较低，无法直接与ETA 或Sellita打价格战。Soprod A10-2，ETA 2892的替代品Festina集团在瑞士约有400名员工，自产机心的极小比例仅7%到8%左右。另一方面，Candino则使用ETA或Ronda石英机心。

3.4 准备实验材料

根据实验方案中各步骤，列举出所需实验药品、仪器设备，根据小组分工学生独立完成.

3.5 实施实验方案

在准备工作完成后，小组内各成员再次做出合理分工，并在教师指导下，实施修正后具体实验方案：

3.5.1 丁草胺降解菌的富集和分离

（1）样品采集：丁草胺处理的污泥或长期受丁草胺污染的土壤.

（2）富集培养：将污泥或污染土壤置于以丁草胺作为唯一碳源的富集培养基中，于摇床中震荡培养，每隔一周以5%的接种量接种至新鲜富集培养基中，循环多次.

（3）富集液的获取及检测：经测定，连续4代能降解丁草胺达90%以上的富集液，即为有活性的富集液.将活性富集液进行梯度稀释涂布LB 平板.挑取单菌接种液体富集分离培养基，通过紫外扫描和HPLC分析等验证其降解能力.

3.5.2 降解菌株的培养特征及生理生化鉴定

3.5.3 降解菌株16S rRNA基因序列的扩增与分析

（1）菌体总DNA的提取；

（2）降解菌株的16S rDNA基因序列的扩增和酶连；

（3）降解菌株的系统发育分析.

学生可根据在具体实验实施过程中遇到的问题，对之前的实验方案进行再次修正、完善.

3.5.4丁草胺降解菌降解特性研究

以降解菌株为实验材料，以丁草胺作为靶标农药，研究温度、pH、通气量、金属离子、辅助碳源等对菌株降解的影响.

3.6 观察结果、分析总结

学生在观察实验现象后，独立思考，再在小组内讨论，在之前查阅资料的基础上，最后对结果进行分析，做出总结，并能够将学习到的经验应用到新的实验方案的设计和完善中.

3.7 完成实验报告

在教师指导下，完成对“丁草胺降解菌分离以及降解特性的研究”，并对一系列结果做出分析讨论，并总结整个实验过程中的经验教训及体会.

4 设计性实验教学体会

当今世界，深化高校教育改革，旨在培养高素质、全方位的人才，以适应飞速发展的经济社会.通过对微生物设计性实验教学的探索与实践，发现自主设计性实验不仅有利于挖掘学生创新学习的潜能，还可以增强教师与学生的互动，提高教师教学质量.此外，新颖有趣的实验课题还能充分调动学生学习探索的积极能动性，有利于学生个性化培养以及科研素质的全面提高.

总之，建立以学生为主体、教师为主导的新型教学模式，可使学生动手能力、职业技能、科研素养和创新能力得到培养［3］.当然，在具体实施过程也会出现一些问题，比如实验本身比较繁琐，耗时耗力，教师与学生时间安排上冲突等，这也是对教师自身能力的考验，就要求教师在实验过程中要充分发挥主导作用，同时也要注意在学生小组分工、时间分配以及实验室纪律的管理等方面作出合理的安排.因此，微生物的新型实验模式的改革之路还很漫长，这就需要我们不断地在实践中对其进行探索.

［1］吴永宁.现代食品安全科学［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］张文平，刘波兰，马廉兰.结合科研课题开设医学微生物学系列综合设计性实验［J］.时珍国医国药，2008，19（8）：1861-1863.

［3］李剑平，吴秀珍，陶建华，等.综合与设计性实验在微生物检验教学中的实践［J］.中国高等医学教育，2007，(11)：21-27.

［4］东秀珠，蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册［M］.北京：科学出版社，2001.

［5］HORT J G，KRIEG N R，SNEATH P H，et al.Bergey’s manual of determinative bacteriology［M］.9 edition.Balti⁃more：The Williams & Wilkins Co，1994:150.