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(shí)驗(yàn)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(guó)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果，通過(guò)分析植物內(nèi)生菌作為微生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)對(duì)象的特色和優(yōu)勢(shì)，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(shí)施過(guò)程和教學(xué)效果，闡明了其中存在的困難和不足，并對(duì)今后的探究式教學(xué)改革方向進(jìn)行了展望。結(jié)合研究成果來(lái)看，藥用植物內(nèi)生菌的篩選和活性分析是一個(gè)非常適合本科微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式實(shí)踐教學(xué)的平臺(tái)。

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

實(shí)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(shí)的重要途徑。實(shí)踐教學(xué)方法改革是推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)改革和人才培養(yǎng)模式改革的關(guān)鍵[1]。加強(qiáng)高校學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的質(zhì)量已經(jīng)成為社會(huì)各界的共識(shí)。2012年3月，教育部出臺(tái)的《全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)(教高[2012]4號(hào))》(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(jiàn)，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(dòng)，早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)團(tuán)隊(duì)[2]。

探究式教學(xué)法(inquiry teaching methods)是目前國(guó)際較流行的一種教學(xué)方法，1961年，美國(guó)芝加哥大學(xué)教授施瓦布(Joseph J.Schwab)在哈佛大學(xué)的紀(jì)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(shí)，教師只給出事例和問(wèn)題，讓學(xué)生自己通過(guò)閱讀、觀察、實(shí)驗(yàn)、思考、討論和聽(tīng)講等途徑去獨(dú)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(guò)程中，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺(jué)地、主動(dòng)地探索，掌握認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)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(guó)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(cuò)的教學(xué)效果[4-6]。國(guó)家科學(xué)院和美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)強(qiáng)調(diào)通過(guò)高水平的學(xué)生參與式實(shí)證研究對(duì)提高本科教學(xué)質(zhì)量的重要性[7-8]。在過(guò)去20多年里，探究式實(shí)驗(yàn)課程顯著增加[9]；但是在許多高校本科生實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生按照一個(gè)固定的程序完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程的傳統(tǒng)的“菜單式”實(shí)驗(yàn)依然盛行[10]。

中國(guó)正在經(jīng)歷一場(chǎng)由剛性固定的課程體系為主導(dǎo)的說(shuō)教式教學(xué)法向一個(gè)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(qiáng)批判性思維的培養(yǎng)，造就獨(dú)立的思想家[11]。堅(jiān)持“以生為本”的教育理念和體驗(yàn)式教學(xué)的實(shí)施就是新時(shí)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(shí)施將成為高校課程改革，尤其是實(shí)驗(yàn)課程體系和教學(xué)方法改革的主流方向之一。

近年來(lái)，我們?cè)谖⑸飳W(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)踐教學(xué)平臺(tái)[13]。該文擬對(duì)以藥用植物內(nèi)生菌為研究對(duì)象，建立本科微生物學(xué)探究式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的具體做法和成功案例進(jìn)行總結(jié)。

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

文獻(xiàn)[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(lái)，藥用植物內(nèi)生菌的研究開(kāi)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(kù)[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(lái)源[18-19]。

我國(guó)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(zhǎng)、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(duì)我國(guó)傳統(tǒng)藥用植物內(nèi)生菌的研究?jī)H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(kāi)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(jià)值和活性成分特點(diǎn)，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(duì)后者進(jìn)行深入研究。這一研究思路如果能與本科微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的微生物純培養(yǎng)技術(shù)、無(wú)菌操作技術(shù)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，就可以將傳統(tǒng)的驗(yàn)證式微生物實(shí)驗(yàn)技能教學(xué)改造為靈活的探究式實(shí)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(duì)象，根據(jù)微生物純培養(yǎng)方法，通過(guò)仔細(xì)查閱和分析該藥用植物相關(guān)文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)篩選特定內(nèi)生菌功能菌株的實(shí)驗(yàn)方案。然后，通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)篩選內(nèi)生菌，并通過(guò)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(shí)踐教學(xué)對(duì)象具有如下特色和優(yōu)勢(shì)。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(wú)菌操作技術(shù)，完全適合微生物學(xué)初學(xué)者對(duì)這些微生物基本操作學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)踐訓(xùn)練。其次，藥用植物資源種類(lèi)繁多，選擇范圍廣，可以根據(jù)不同的篩選目的，設(shè)計(jì)不同的篩選方案。例如，內(nèi)生菌的抗菌(活性包括抗細(xì)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(jì)各種特定的篩選方案進(jìn)行探索性研究。再次，整個(gè)過(guò)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(wú)菌操作技術(shù)以及染色、顯微觀察技術(shù)等基本實(shí)驗(yàn)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(cè)定和成分分析等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)手段和技術(shù)，提高了實(shí)驗(yàn)的綜合性和探究性。各小組之間的實(shí)驗(yàn)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?jī)?nèi)容可以不斷拓展和延伸，挖掘和培育新的研究項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)微生物學(xué)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和本科生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的有機(jī)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(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究積累各種有用的菌種資源和材料?？傊?，藥用植物內(nèi)生菌研究?jī)?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(shí)踐教學(xué)的絕佳素材。

2微生物學(xué)探究式實(shí)驗(yàn)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(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和開(kāi)展。以下將以近年來(lái)我們開(kāi)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(jìn)行具體分析和說(shuō)明。

銀杏是我國(guó)傳統(tǒng)的特色藥材，中國(guó)藥典記載銀杏葉的主要活性成分是總黃酮醇苷和萜類(lèi)內(nèi)酯。在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性綜合大實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)后，小組學(xué)生設(shè)計(jì)了以PDA為基本培養(yǎng)基，通過(guò)設(shè)計(jì)不同添加物和抑制劑改進(jìn)培養(yǎng)基配方，初步篩選獲得幾十株內(nèi)生真菌。因?yàn)檎n內(nèi)學(xué)時(shí)限制，活性篩選工作并未完成。學(xué)生根據(jù)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果，申報(bào)了一項(xiàng)題為“銀杏內(nèi)生真菌分離、鑒定以及代謝產(chǎn)物藥用價(jià)值研究”的浙江省新苗人才項(xiàng)目(主要針對(duì)本科生的基金類(lèi)項(xiàng)目)，并獲得了資助。

項(xiàng)目立項(xiàng)后，我們擴(kuò)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(gè)新的開(kāi)始，通過(guò)分析產(chǎn)生了3個(gè)值得進(jìn)一步探究的新問(wèn)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(lèi)的真菌？通過(guò)分析它們的產(chǎn)黃酮活性，并進(jìn)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(qiáng)的產(chǎn)紅色素能力，有沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值？它是什么菌？通過(guò)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(lèi)有無(wú)差異？開(kāi)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(shí)，這些研究開(kāi)展的同時(shí)還發(fā)表相關(guān)綜述文章一篇[23]。

以上3個(gè)方向的研究初步完成后，又產(chǎn)生了新的問(wèn)題和探究方向。針對(duì)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(bào)了新苗人才項(xiàng)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(bào)了國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)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(dòng)開(kāi)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(bào)新苗人才項(xiàng)目“冬凌草內(nèi)生菌抑菌抗腫瘤活性研究”一項(xiàng)。

綜上所述，經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)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(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，如圖1所示。截至目前，已經(jīng)建立了適合本科生進(jìn)行探索性研究的抗菌(包括抗細(xì)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(tái)；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(tái)；此外，對(duì)于具有各種生物學(xué)活性的功能菌株，擬開(kāi)展發(fā)酵條件優(yōu)化和活性成分分離、鑒定工作。探究式實(shí)踐教學(xué)過(guò)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(wèn)題階段；方案設(shè)計(jì)在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生以小組為單位自主設(shè)計(jì)完成；然后是實(shí)踐探索階段(為探究式實(shí)踐教學(xué)的核心和主體部分)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)定探索問(wèn)題；實(shí)驗(yàn)完畢學(xué)生需要及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)總結(jié)，撰寫(xiě)論文和專利等；總結(jié)完畢通過(guò)開(kāi)展專門(mén)的討論會(huì)進(jìn)行相互交流和展示，實(shí)現(xiàn)相互學(xué)習(xí)和提升表達(dá)能力。至此，我們初步建立了能基本適應(yīng)當(dāng)前本科微生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)要求的探究式實(shí)踐教學(xué)模式和平臺(tái)。

注：虛線框所示為目前尚未開(kāi)展但擬開(kāi)拓的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)踐教學(xué)平臺(tái)示意圖

3存在的困難和不足

雖然近年來(lái)我們?cè)谖⑸飳W(xué)本科生探究式實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了一些探索，并取得了一點(diǎn)小小的成績(jī)，但是對(duì)我們來(lái)說(shuō)探究式實(shí)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(duì)探究式教學(xué)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用還缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)探究式實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)和教學(xué)規(guī)律的掌握還不全面，例如，探究式實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的跟蹤管理和評(píng)價(jià)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(wèn)題是教學(xué)計(jì)劃涉及課程較多，每門(mén)課程學(xué)時(shí)有限，學(xué)生平時(shí)課務(wù)較重，空閑時(shí)間少，且較零散，因此可用于探究式教學(xué)的時(shí)間有限，一般只能占用暑假和周末。

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

此外，探究式實(shí)踐教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器平臺(tái)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(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，需要教師改變觀念，以合理的方式將各種科研平臺(tái)向本科生開(kāi)放。

總之，探究式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)存在的困難很多，問(wèn)題不少，有待于今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善。

4結(jié)束語(yǔ)

培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實(shí)踐能力以及創(chuàng)新意識(shí)是世界各國(guó)教育改革的熱點(diǎn)問(wèn)題[25]，也是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，關(guān)乎國(guó)家的興亡和民族的未來(lái)。探究式教學(xué)是一種被世界各國(guó)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(guó)很多中學(xué)老師積極采用探究式教學(xué)法進(jìn)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(shí)原因，我國(guó)的大學(xué)教育仍以知識(shí)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(jué)地、主動(dòng)地探索，掌握認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)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(dāng)前大學(xué)教育中面臨的學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的窘境。相信探究式教學(xué)法必將在未來(lái)的大學(xué)教學(xué)中被更加廣泛地采用，有更多的老師會(huì)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(gè)非常理想的本科生的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，已經(jīng)越來(lái)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(lái)研究和完善。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期:2015-04-02； 2015-05-24

基金項(xiàng)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(jí))學(xué)科精品網(wǎng)絡(luò)課程基金(2014)；2014年度校級(jí)大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地建設(shè)項(xiàng)目(2014sj01002)。

作者簡(jiǎn)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(lèi)號(hào)G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)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