陳海敏，吳芳麗，李　歐，南旭瑩，胡秀芳，盛　清，梁宗鎖

(浙江理工大學(xué)　生命科學(xué)學(xué)院，杭州　310018)

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微生物學(xué)探究式實驗教學(xué)的反思

陳海敏，吳芳麗，李歐，南旭瑩，胡秀芳，盛清，梁宗鎖

(浙江理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，杭州310018)

摘要探究式教學(xué)法是目前國際較流行的一種教學(xué)方法，特別適合理科基礎(chǔ)教學(xué)。為了探討探究式教學(xué)法在微生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用效果，通過分析植物內(nèi)生菌作為微生物學(xué)實踐教學(xué)對象的特色和優(yōu)勢，結(jié)合教學(xué)案例解析藥用植物內(nèi)生菌篩選與活性分析的實施過程和教學(xué)效果，闡明了其中存在的困難和不足，并對今后的探究式教學(xué)改革方向進行了展望。結(jié)合研究成果來看，藥用植物內(nèi)生菌的篩選和活性分析是一個非常適合本科微生物學(xué)實驗探究式實踐教學(xué)的平臺。

關(guān)鍵詞實踐教學(xué)；探究式；微生物學(xué)；藥用植物內(nèi)生菌

實踐教學(xué)是學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，是深化課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取、掌握知識的重要途徑。實踐教學(xué)方法改革是推動實踐教學(xué)改革和人才培養(yǎng)模式改革的關(guān)鍵[1]。加強高校學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的質(zhì)量已經(jīng)成為社會各界的共識。2012年3月，教育部出臺的《全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(教高[2012]4號)》(高教三十條)第五條明確提出了創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革的指導(dǎo)性意見，指出創(chuàng)新教育教學(xué)方法，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)。支持本科生參與科研活動，早進課題、早進實驗室、早進團隊[2]。

探究式教學(xué)法(inquiry teaching methods)是目前國際較流行的一種教學(xué)方法，1961年，美國芝加哥大學(xué)教授施瓦布(Joseph J.Schwab)在哈佛大學(xué)的紀念演講中首先提出了“探究式理科教學(xué)法”(teaching of science as equiry)[3]。探究式教學(xué)法，又稱發(fā)現(xiàn)法、研究法，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)概念和原理時，教師只給出事例和問題，讓學(xué)生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論和聽講等途徑去獨立探究，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)的原理和結(jié)論的一種方法。在探究式教學(xué)的過程中，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的概念。

生物學(xué)是非常適合探究式教學(xué)的學(xué)科，世界各國在生物學(xué)教學(xué)(特別是基礎(chǔ)生物學(xué)教學(xué))中已經(jīng)廣泛采用了該方法，取得了許多不錯的教學(xué)效果[4-6]。國家科學(xué)院和美國科學(xué)促進協(xié)會強調(diào)通過高水平的學(xué)生參與式實證研究對提高本科教學(xué)質(zhì)量的重要性[7-8]。在過去20多年里，探究式實驗課程顯著增加[9]；但是在許多高校本科生實驗課程中，學(xué)生按照一個固定的程序完成實驗過程的傳統(tǒng)的“菜單式”實驗依然盛行[10]。

中國正在經(jīng)歷一場由剛性固定的課程體系為主導(dǎo)的說教式教學(xué)法向一個更靈活的，以校為本的課程體系，以及采用更多的探究式教學(xué)法的教育改革。探究式學(xué)習(xí)可以加強批判性思維的培養(yǎng)，造就獨立的思想家[11]。堅持“以生為本”的教育理念和體驗式教學(xué)的實施就是新時期高校本科課堂教學(xué)改革的一種探索[12]。相信探究式教學(xué)法的應(yīng)用和實施將成為高校課程改革，尤其是實驗課程體系和教學(xué)方法改革的主流方向之一。

近年來，我們在微生物學(xué)實驗課程中引入了探究式教學(xué)法，并建立了藥用植物內(nèi)生菌篩選與活性分析——本科生探究式實踐教學(xué)平臺[13]。該文擬對以藥用植物內(nèi)生菌為研究對象，建立本科微生物學(xué)探究式實踐教學(xué)平臺的具體做法和成功案例進行總結(jié)。

1藥用植物內(nèi)生菌作為微生物學(xué)探究式實踐教學(xué)對象的特色和優(yōu)勢

文獻[14]從短葉紅豆杉的韌皮部分離到一株具有合成與宿主相同抗癌藥物——紫杉醇的內(nèi)生真菌(taxomyces andreanae)以來，藥用植物內(nèi)生菌的研究開始備受學(xué)界關(guān)注和重視。近20多年的研究發(fā)現(xiàn)植物內(nèi)生菌可以產(chǎn)生許多新的抗生素、抗真菌劑、免疫抑制劑、抗癌化合物，是發(fā)現(xiàn)新的天然藥物和先導(dǎo)化合物的重要資源庫[15-17]。植物內(nèi)生菌物種多樣性和代謝能力極為豐富，是生物合成、生物轉(zhuǎn)化和生物降解功能菌株的潛在來源[18-19]。

我國擁有豐富的藥用植物資源，中藥材使用的歷史悠久，可以參考的中醫(yī)經(jīng)典著作眾多。眾多的研究發(fā)現(xiàn)，藥用植物內(nèi)生菌不僅是一種藥用新資源，而且與植物藥材的生長、抗逆性、有效成分的積累以及藥材品質(zhì)和道地性的形成密切相關(guān)[19-20]。截至目前，對我國傳統(tǒng)藥用植物內(nèi)生菌的研究僅集中在幾十種大宗藥材上，許多藥用植物內(nèi)生菌的研究尚未開展。

藥用植物內(nèi)生菌研究的常規(guī)思路是根據(jù)藥用植物的藥用價值和活性成分特點，篩選出能夠合成宿主相同活性成分或者具有與宿主相同生物學(xué)活性的內(nèi)生菌功能菌株，然后對后者進行深入研究。這一研究思路如果能與本科微生物實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的微生物純培養(yǎng)技術(shù)、無菌操作技術(shù)等實驗教學(xué)環(huán)節(jié)有機結(jié)合，就可以將傳統(tǒng)的驗證式微生物實驗技能教學(xué)改造為靈活的探究式實踐教學(xué)。學(xué)生以3-4人的小組為單位，選擇某種藥用植物的內(nèi)生菌為研究對象，根據(jù)微生物純培養(yǎng)方法，通過仔細查閱和分析該藥用植物相關(guān)文獻資料，設(shè)計篩選特定內(nèi)生菌功能菌株的實驗方案。然后，通過自主實驗篩選內(nèi)生菌，并通過內(nèi)生菌活性分析，探討內(nèi)生菌與藥用植物次生代謝和品質(zhì)形成之間的關(guān)系。

藥用植物內(nèi)生菌作為微生物學(xué)探究式實踐教學(xué)對象具有如下特色和優(yōu)勢。首先，內(nèi)生菌的篩選所用的技術(shù)主要包括微生物純培養(yǎng)技術(shù)和無菌操作技術(shù)，完全適合微生物學(xué)初學(xué)者對這些微生物基本操作學(xué)習(xí)過程的實踐訓(xùn)練。其次，藥用植物資源種類繁多，選擇范圍廣，可以根據(jù)不同的篩選目的，設(shè)計不同的篩選方案。例如，內(nèi)生菌的抗菌(活性包括抗細菌和抗真菌活性)、抗氧化活性、抗腫瘤活性、生物降解活性，以及各種生物酶及酶抑制劑、免疫調(diào)節(jié)劑的篩選，都可以設(shè)計各種特定的篩選方案進行探索性研究。再次，整個過程不僅涉及微生物的分離、純化和培養(yǎng)等微生物純培養(yǎng)技術(shù)、無菌操作技術(shù)以及染色、顯微觀察技術(shù)等基本實驗操作，而且還包括微生物的菌種鑒定以及天然產(chǎn)物的活性測定和成分分析等相關(guān)課程的實驗手段和技術(shù)，提高了實驗的綜合性和探究性。各小組之間的實驗方法基本相似但又不雷同，這樣學(xué)生之間既可以相互借鑒和參考，又各具特色，有利于相互幫助和學(xué)習(xí)，提高效率與教學(xué)效果。藥用植物內(nèi)生菌的研究內(nèi)容可以不斷拓展和延伸，挖掘和培育新的研究項目，實現(xiàn)微生物學(xué)課內(nèi)實驗教學(xué)和本科生課外科技創(chuàng)新活動的有機結(jié)合。最后，藥用植物內(nèi)生菌篩選獲得的大量功能菌株，可以為微生物實驗教學(xué)和科學(xué)研究積累各種有用的菌種資源和材料。總之，藥用植物內(nèi)生菌研究內(nèi)容和范圍廣泛，探索性研究可難可易，適合不同學(xué)生的培養(yǎng)要求，是本科生微生物學(xué)探究式實踐教學(xué)的絕佳素材。

2微生物學(xué)探究式實驗教學(xué)案例分析

藥用植物內(nèi)生菌研究極具探索性，非常適合本科生探究式實踐教學(xué)項目的設(shè)計和開展。以下將以近年來我們開展較多的“銀杏內(nèi)生菌功能菌株的篩選及活性分析”為例進行具體分析和說明。

銀杏是我國傳統(tǒng)的特色藥材，中國藥典記載銀杏葉的主要活性成分是總黃酮醇苷和萜類內(nèi)酯。在微生物學(xué)實驗的設(shè)計性綜合大實驗環(huán)節(jié)，由研究小組(一般由4-5人組成)選定了“產(chǎn)黃酮銀杏內(nèi)生真菌的篩選”，確定實驗?zāi)繕撕?，小組學(xué)生設(shè)計了以PDA為基本培養(yǎng)基，通過設(shè)計不同添加物和抑制劑改進培養(yǎng)基配方，初步篩選獲得幾十株內(nèi)生真菌。因為課內(nèi)學(xué)時限制，活性篩選工作并未完成。學(xué)生根據(jù)課內(nèi)實驗的初步結(jié)果，申報了一項題為“銀杏內(nèi)生真菌分離、鑒定以及代謝產(chǎn)物藥用價值研究”的浙江省新苗人才項目(主要針對本科生的基金類項目)，并獲得了資助。

項目立項后，我們擴大了銀杏內(nèi)生真菌的篩選范圍，分別從天目山野生銀杏和校園栽培銀杏中篩選到內(nèi)生真菌共96株。獲得這批菌株后，學(xué)生的探究性研究又有了一個新的開始，通過分析產(chǎn)生了3個值得進一步探究的新問題：1)所獲的內(nèi)生真菌中有兩株具有抗氧化活性，它們的主要活性成分是什么？它們是哪一類的真菌？通過分析它們的產(chǎn)黃酮活性，并進行了鑒定，發(fā)表SCI論文一篇[21]；2)內(nèi)生菌中有一株具有較強的產(chǎn)紅色素能力，有沒有應(yīng)用價值？它是什么菌？通過菌種鑒定和色素生物學(xué)分析，發(fā)表SCI論文一篇[22]；3)野生和栽培銀杏中可培養(yǎng)內(nèi)生真菌種類有無差異？開展了野生種和栽培種內(nèi)生真菌種群多樣性的分析和研究。同時，這些研究開展的同時還發(fā)表相關(guān)綜述文章一篇[23]。

以上3個方向的研究初步完成后，又產(chǎn)生了新的問題和探究方向。針對產(chǎn)紅色素的SX01菌株及后續(xù)又獲得的幾株產(chǎn)色素菌株，且成功申報了新苗人才項目“銀杏內(nèi)生菌SX01紅色素的分離提純及毒性研究”和“幾株植物內(nèi)生菌產(chǎn)色素的性質(zhì)、生物學(xué)活性與功能特性研究”，相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)發(fā)表論文一篇[24]。內(nèi)生菌抗氧化活性研究方面，又成功申報了國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“幾種重要藥用植物抗氧化活性內(nèi)生菌的篩選與活性成分分析”。此外，還啟動開展了冬凌草、黃精、丹參、鐵皮石斛等藥用植物的內(nèi)生菌研究工作，已成功申報新苗人才項目“冬凌草內(nèi)生菌抑菌抗腫瘤活性研究”一項。

綜上所述，經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐和積累，已經(jīng)初步建立了藥用植物內(nèi)生菌的篩選與活性分析——本科生探究式實踐教學(xué)平臺，如圖1所示。截至目前，已經(jīng)建立了適合本科生進行探索性研究的抗菌(包括抗細菌和抗真菌)、抗氧化、抗腫瘤等生物學(xué)活性的內(nèi)生菌功能菌株篩選平臺；正在著手建立生物修復(fù)活性、各種酶及酶抑制劑(用于生物轉(zhuǎn)化和藥物先導(dǎo)化合物的篩選)的篩選平臺；此外，對于具有各種生物學(xué)活性的功能菌株，擬開展發(fā)酵條件優(yōu)化和活性成分分離、鑒定工作。探究式實踐教學(xué)過程的組織如圖1右側(cè)示意圖所示，藥用植物的調(diào)查篩選與資源查閱為發(fā)現(xiàn)問題階段；方案設(shè)計在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生以小組為單位自主設(shè)計完成；然后是實踐探索階段(為探究式實踐教學(xué)的核心和主體部分)，通過實驗驗證預(yù)定探索問題；實驗完畢學(xué)生需要及時進行數(shù)據(jù)處理和實驗總結(jié)，撰寫論文和專利等；總結(jié)完畢通過開展專門的討論會進行相互交流和展示，實現(xiàn)相互學(xué)習(xí)和提升表達能力。至此，我們初步建立了能基本適應(yīng)當前本科微生物學(xué)實踐教學(xué)要求的探究式實踐教學(xué)模式和平臺。

注：虛線框所示為目前尚未開展但擬開拓的實驗項目。圖1　藥用植物內(nèi)生菌的篩選與活性分析——本科探究式實踐教學(xué)平臺示意圖

3存在的困難和不足

雖然近年來我們在微生物學(xué)本科生探究式實踐教學(xué)進行了一些探索，并取得了一點小小的成績，但是對我們來說探究式實踐教學(xué)是一種新的嘗試，仍然存在諸多困難和不足。

首先，我們對探究式教學(xué)的認識和應(yīng)用還缺乏足夠的經(jīng)驗，對探究式實踐教學(xué)的特點和教學(xué)規(guī)律的掌握還不全面，例如，探究式實踐教學(xué)過程的跟蹤管理和評價體系的建立。

其次，高校生物學(xué)相關(guān)專業(yè)普遍存在的問題是教學(xué)計劃涉及課程較多，每門課程學(xué)時有限，學(xué)生平時課務(wù)較重，空閑時間少，且較零散，因此可用于探究式教學(xué)的時間有限，一般只能占用暑假和周末。

探究式教學(xué)對學(xué)生的綜合要求較高，為了保證質(zhì)量，學(xué)生團隊(小組)的組建和搭配至關(guān)重要。探究式實踐教學(xué)還需要一支來自不同專業(yè)背景的教師組成教學(xué)團隊，以保證學(xué)生能得到各方面的指導(dǎo)和幫助。但是當前高校教師科研任務(wù)普遍較重，對教學(xué)的投入不足、重視程度不夠，對探究式實踐教學(xué)的認識和投入更加欠缺，因此教學(xué)團隊建設(shè)也成了探究式實踐教學(xué)的最大障礙和困難。

此外，探究式實踐教學(xué)對實驗儀器平臺的要求也較高(如天然藥物的成分分析)，需要占用一定數(shù)量的儀器設(shè)備和實驗場地，需要教師改變觀念，以合理的方式將各種科研平臺向本科生開放。

總之，探究式實踐教學(xué)平臺存在的困難很多，問題不少，有待于今后的教學(xué)實踐中不斷改進和完善。

4結(jié)束語

培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識是世界各國教育改革的熱點問題[25]，也是社會關(guān)注的焦點，關(guān)乎國家的興亡和民族的未來。探究式教學(xué)是一種被世界各國教育工作者廣泛采用，特別適合于理科教育的教學(xué)模式。目前，我國很多中學(xué)老師積極采用探究式教學(xué)法進行教學(xué)和研究，但是大學(xué)教學(xué)中卻使用比較少。鑒于諸多的歷史和現(xiàn)實原因，我國的大學(xué)教育仍以知識傳授的教學(xué)方式為主。

探究式教學(xué)是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的概念。探究式教學(xué)模式特別適合當前大學(xué)教育中面臨的學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力培養(yǎng)的窘境。相信探究式教學(xué)法必將在未來的大學(xué)教學(xué)中被更加廣泛地采用，有更多的老師會去深入研究和使用探究式教學(xué)法。藥用植物內(nèi)生菌的篩選與活性分析是一個非常理想的本科生的微生物學(xué)實驗探究式實踐教學(xué)平臺，已經(jīng)越來越受到大家的關(guān)注和重視[18，25]，值得廣大教育工作者一起來研究和完善。

參 考 文 獻

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收稿日期:2015-04-02； 2015-05-24

基金項目：浙江省2013年高等教育課堂教學(xué)改革基金(kg2013107)；浙江省高校生物學(xué)重中之重(一級)學(xué)科精品網(wǎng)絡(luò)課程基金(2014)；2014年度校級大學(xué)生校外實踐教育基地建設(shè)項目(2014sj01002)。

作者簡介：陳海敏(1976-)，男，博士，副教授，主要從事微生物學(xué)方面的教學(xué)和研究。

中圖分類號G642.0

文獻標志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.025

Rethinking on Teaching in Inquiry-based Experiment of Microbiology

CHEN Haimin，WU Fangli，LI Ou，NAN Xuying，HU Xiufang，SHENG Qing，LIANG Zongsuo

(School of Life Science，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310018，China)

AbstractInquiry-based teaching is a popular teaching method in worldwide，especially for basic science teaching.To explore the application effect of inquiry-based teaching methods for microbiolgy experiment teaching,by analyzing the features and advantages of the plant endophytes as the objects of Microbiology practice teaching,combined with the teaching case on implementation process and teaching effect of endophytes screening form medicinal plants and their biolgical activity assay,expounds the existing difficulties and problems,and the future of inquiry teaching reform direction is propected.In conclusion,the screening and activity analysis of endophytes form medicinal plants is a platform which is very suitable for the practical teaching of microbiolgy experiment.

Key wordspractice teaching;inquiry；microbiology；endophytes of tradition medicinal plant