微生物学实验教学论述

作者：代群威 杨丽君 李琼芳 单位：西南科技大学环境与资源学院 西南科技大学生命科学与工程学院

引言

环境工程微生物学作为一门边缘学科，它要求学生要将理论与工程实践紧密结合，是一门实践性很强的课程。掌握必要的环境工程微生物学实验技能对于理解和认识环境工程微生物学有关理论，从事环境工程相关研究工作具有重要意义。现代大学教育的目标是培养学时创新意识和能力，将以知识为核心的观念转变为以创新为核心，从强调传授知识到知识与能力并重，培养应用型人才。因此，大量的课程实验成为巩固和加深学生对基本知识和基本技能掌握与理解的必然要求。然而，传统环境工程微生物实验课中，各部分实验项目相对独立，连贯性不强，且内容重复较多，学生在有限的课堂教学中难以系统地把握微生物学实验操作，不利于实现对培养学生的环境工程微生物操作技能和综合素养。面对近年来各种实验课堂教学学时都存在压缩趋势，如何在实验教学过程中综合设计、合理调整、突出重点显得非常关键。因此，我们可以根据实际需求和条件，适当调整实验内容，将原有各相对独立的实验项目按照器皿包扎、配制、消毒，菌株划线分纯、计数、转种、保存，革兰氏染色、菌落观察及菌体特征显微观察等系统串联在一起，形成一个综合性实验。通过该综合实验短期而系统的锻炼，让学生掌握4种以上实验项目的实验技能。

这不仅优化实验教学内容，能够让学生在有限实验教学学时内掌握几种关键的微生物学基础操作技术，而且使他们对环境工程领域所涉及的微生物学研究途径有一个完整认识。结合自身特色，设计综合性实验。如自建的污水处理厂，环境工程专业实验室位于污水厂办公楼内，极大程度上方便了相关实验课的开展。结合此特点，我们提出了“污水生物处理过程中微生物的简单分析”的综合性实验。

一、综合实验教学方案设计

污水生物处理主要是指利用微生物的新陈代谢作用，分解转化污水中的污染物，达到净化水质的目的。生物处理是目前污水处理最有效、最经济的方法之一。污水处理过程中微生物种类繁多，采用传统技术方法和镜检来分纯、计数、观察其中的优势菌株，对比其与进水和出水中主要菌株的差异，有助于了解污水生物处理过程中微生物的生长情况，巩固基本操作技术。长期对不同阶段、环境下污水处理中优势菌株观察，可以有助于正确判断污水处理运行情况。综合性实验“污水生物处理过程中微生物的简单分析”是在综合实验准备环节、细菌计数、划线分纯、形态观察等操作的基础之上，完成对污水中微生物的划线分纯培养、斜面接种、菌落计数(平板涂布法、倾倒法及显微镜直接计数法相比较)、菌落观察、菌体观察(革兰氏染色及镜检)等系列分析工作。通过对污水分离菌的菌落和菌体形态观察，初步判定大致所分主要菌株类型。结合本组的实验结果，了解所选污水处理的不同阶段微生物生长情况。在学习对污水处理过程中微生物生长情况简单分析的方法的同时，强化了学生的微生物基础操作能力。

二、实验教学内容实施

让学生掌握微生物基础操作，并尝试判断污水处理的前、中、后不同阶段细菌生长情况。实验前，先统一以PPT形式讲授整个实验流程及各部分须注意事项，然后开始分组实验。

(1)实验准备环节:配制固体基础培养基和0．85%生理盐水，并分装固体培养基———6支试管(每支5mL)做斜面，剩余装入锥形瓶中;另外，制作试管、锥形瓶的棉塞，并对试管、锥形瓶、培养皿、移液管进行包扎;然后对以上所有实验用品进行高压灭菌。取出后放入无菌操作台中，并用紫外灭菌。用无菌锥形瓶分别取进水、处理中、出水水样，备用。

(2)细菌计数:计数之前首先对所取水样进行梯度稀释，然后按照平板涂布法、倾倒法及用血球计数板直接计数法分别进行计数，尽量让学生了解并掌握三种计数方法的特点与差异，以便今后根据实际情况选择合适计数方法。

(3)划线分纯:取原水样进行平板划线，根据微生物菌落特征分别选取分散开的不同菌落进行再次划线后继续培养，直到获得多个不同菌株。此部分工作由于每次划线培养都需要1天时间，因此若要多次划线分纯，则需学生在课后继续“自助”进行该实验，直到获得纯菌株为止。最后，在已准备好的固体斜面上接种所得已分纯菌株，培养24小时后取出，4℃下保存。

(4)形态观察:取出前一天培养的平板，对细菌的菌落形态和菌体形态分别进行观察。其中菌落形态是观察培养皿内不同菌落形态，初步分析自己分离微生物的种类，并和其他同学的实验结果进行对比，大致判断污水处理不同阶段微生物的差异。菌体形态则是分别挑取具有不同特征的菌落，按照已掌握革兰氏染色方法进行染色，镜检观察。实验过程中，学会具体操作技能是根本，而对实验结果的分析判定同样重要。因此要求学生做详细记录，以便根据所属小组的实验结果分析所取水样中细菌情况。可根据各个实验部分设计不同图表方便学生记录，如表1就是用于实验污水中细菌计数结果记录用表。要求学生根据实验结果，分析所属小组分离出了那些常见菌，以及结合自己实验，判断污水处理过程中有没有哪些菌在不同阶段都存在?如果存在，有哪些?

三、“指导+自助”实验教学模式探讨

采用“指导+自助”实验教学模式，实现课上指导、课下自助。指导老师在课堂上有重点地讲授实验操作技能，学生除课堂学习外，根据自己喜好，或重复练习课堂所学实验操作，或自己设计实验进行分析，也可以参与教师的科研项目进行更深入的锻炼与提高。这种方式不仅是对环境工程微生物课堂实验教学学时有限的弥补，更是对实验教学学时、内容的拓展与延伸，能够充分提高本科实验室教学资源的利用效率，发挥本科实验室教学资源的功能，让学生可以充分利用课余时间熟练实验操作，巩固所学实验知识，增强自主创新技能。在学生自助实验学习过程中，实验室指导老师也可以根据学生个人情况适当安排和指导。可以根据已学“污水生物处理过程中微生物的简单分析”实验进行延展分析，如设计活性污泥法处理污水过程中的“革兰氏阳性与阴性细菌比例情况分析”、“污水处理中最常见菌体的确定与分纯”、“接触池投加药物量与杀菌效果的关系”等实验，促进学生培养自己的创新性思维。