浅析高等农业院校《微生物生态学》教学改革
2022-06-08
摘要：《微生物生态学》作为部分农业高校资源与环境学院的专业基础课，具有较强的理论性和实践性。笔者经过近几年的教学实践，针对存在的问题及专业特点进行了尝试性改革，为《微生物生态学》课程建设及教学改革提供参考。
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.
[2]陈芝，宋渊，袁红莉.提高微生物学教学质量的探索[J].中国大学教学，2006，（8）：28-29.
[3]王海舟，张小波.分子生物学在微生物生态学中的应用[J].萍乡高等专科学校学报，2009，26（3）：72-75.
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.
[2]陈芝，宋渊，袁红莉.提高微生物学教学质量的探索[J].中国大学教学，2006，（8）：28-29.
[3]王海舟，张小波.分子生物学在微生物生态学中的应用[J].萍乡高等专科学校学报，2009，26（3）：72-75.