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作者：代群威 楊麗君 李瓊芳 單位：西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院

引言

環(huán)境工程微生物學(xué)作為一門邊緣學(xué)科，它要求學(xué)生要將理論與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。掌握必要的環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能對(duì)于理解和認(rèn)識(shí)環(huán)境工程微生物學(xué)有關(guān)理論，從事環(huán)境工程相關(guān)研究工作具有重要意義。現(xiàn)代大學(xué)教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)時(shí)創(chuàng)新意識(shí)和能力，將以知識(shí)為核心的觀念轉(zhuǎn)變?yōu)橐詣?chuàng)新為核心，從強(qiáng)調(diào)傳授知識(shí)到知識(shí)與能力并重，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。因此，大量的課程實(shí)驗(yàn)成為鞏固和加深學(xué)生對(duì)基本知識(shí)和基本技能掌握與理解的必然要求。然而，傳統(tǒng)環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)課中，各部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)獨(dú)立，連貫性不強(qiáng)，且內(nèi)容重復(fù)較多，學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中難以系統(tǒng)地把握微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，不利于實(shí)現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境工程微生物操作技能和綜合素養(yǎng)。面對(duì)近年來各種實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)都存在壓縮趨勢(shì)，如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中綜合設(shè)計(jì)、合理調(diào)整、突出重點(diǎn)顯得非常關(guān)鍵。因此，我們可以根據(jù)實(shí)際需求和條件，適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將原有各相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照器皿包扎、配制、消毒，菌株劃線分純、計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)種、保存，革蘭氏染色、菌落觀察及菌體特征顯微觀察等系統(tǒng)串聯(lián)在一起，形成一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。通過該綜合實(shí)驗(yàn)短期而系統(tǒng)的鍛煉，讓學(xué)生掌握4種以上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)技能。

這不僅優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，能夠讓學(xué)生在有限實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)掌握幾種關(guān)鍵的微生物學(xué)基礎(chǔ)操作技術(shù)，而且使他們對(duì)環(huán)境工程領(lǐng)域所涉及的微生物學(xué)研究途徑有一個(gè)完整認(rèn)識(shí)。結(jié)合自身特色，設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)。如自建的污水處理廠，環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室位于污水廠辦公樓內(nèi)，極大程度上方便了相關(guān)實(shí)驗(yàn)課的開展。結(jié)合此特點(diǎn)，我們提出了“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”的綜合性實(shí)驗(yàn)。

一、綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)

污水生物處理主要是指利用微生物的新陳代謝作用，分解轉(zhuǎn)化污水中的污染物，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。生物處理是目前污水處理最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法之一。污水處理過程中微生物種類繁多，采用傳統(tǒng)技術(shù)方法和鏡檢來分純、計(jì)數(shù)、觀察其中的優(yōu)勢(shì)菌株，對(duì)比其與進(jìn)水和出水中主要菌株的差異，有助于了解污水生物處理過程中微生物的生長情況，鞏固基本操作技術(shù)。長期對(duì)不同階段、環(huán)境下污水處理中優(yōu)勢(shì)菌株觀察，可以有助于正確判斷污水處理運(yùn)行情況。綜合性實(shí)驗(yàn)“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”是在綜合實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、細(xì)菌計(jì)數(shù)、劃線分純、形態(tài)觀察等操作的基礎(chǔ)之上，完成對(duì)污水中微生物的劃線分純培養(yǎng)、斜面接種、菌落計(jì)數(shù)(平板涂布法、傾倒法及顯微鏡直接計(jì)數(shù)法相比較)、菌落觀察、菌體觀察(革蘭氏染色及鏡檢)等系列分析工作。通過對(duì)污水分離菌的菌落和菌體形態(tài)觀察，初步判定大致所分主要菌株類型。結(jié)合本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解所選污水處理的不同階段微生物生長情況。在學(xué)習(xí)對(duì)污水處理過程中微生物生長情況簡單分析的方法的同時(shí)，強(qiáng)化了學(xué)生的微生物基礎(chǔ)操作能力。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)施

讓學(xué)生掌握微生物基礎(chǔ)操作，并嘗試判斷污水處理的前、中、后不同階段細(xì)菌生長情況。實(shí)驗(yàn)前，先統(tǒng)一以PPT形式講授整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程及各部分須注意事項(xiàng)，然后開始分組實(shí)驗(yàn)。

(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié):配制固體基礎(chǔ)培養(yǎng)基和0．85%生理鹽水，并分裝固體培養(yǎng)基———6支試管(每支5mL)做斜面，剩余裝入錐形瓶中;另外，制作試管、錐形瓶的棉塞，并對(duì)試管、錐形瓶、培養(yǎng)皿、移液管進(jìn)行包扎;然后對(duì)以上所有實(shí)驗(yàn)用品進(jìn)行高壓滅菌。取出后放入無菌操作臺(tái)中，并用紫外滅菌。用無菌錐形瓶分別取進(jìn)水、處理中、出水水樣，備用。

(2)細(xì)菌計(jì)數(shù):計(jì)數(shù)之前首先對(duì)所取水樣進(jìn)行梯度稀釋，然后按照平板涂布法、傾倒法及用血球計(jì)數(shù)板直接計(jì)數(shù)法分別進(jìn)行計(jì)數(shù)，盡量讓學(xué)生了解并掌握三種計(jì)數(shù)方法的特點(diǎn)與差異，以便今后根據(jù)實(shí)際情況選擇合適計(jì)數(shù)方法。

(3)劃線分純:取原水樣進(jìn)行平板劃線，根據(jù)微生物菌落特征分別選取分散開的不同菌落進(jìn)行再次劃線后繼續(xù)培養(yǎng)，直到獲得多個(gè)不同菌株。此部分工作由于每次劃線培養(yǎng)都需要1天時(shí)間，因此若要多次劃線分純，則需學(xué)生在課后繼續(xù)“自助”進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，直到獲得純菌株為止。最后，在已準(zhǔn)備好的固體斜面上接種所得已分純菌株，培養(yǎng)24小時(shí)后取出，4℃下保存。

(4)形態(tài)觀察:取出前一天培養(yǎng)的平板，對(duì)細(xì)菌的菌落形態(tài)和菌體形態(tài)分別進(jìn)行觀察。其中菌落形態(tài)是觀察培養(yǎng)皿內(nèi)不同菌落形態(tài)，初步分析自己分離微生物的種類，并和其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，大致判斷污水處理不同階段微生物的差異。菌體形態(tài)則是分別挑取具有不同特征的菌落，按照已掌握革蘭氏染色方法進(jìn)行染色，鏡檢觀察。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)會(huì)具體操作技能是根本，而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析判定同樣重要。因此要求學(xué)生做詳細(xì)記錄，以便根據(jù)所屬小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析所取水樣中細(xì)菌情況。可根據(jù)各個(gè)實(shí)驗(yàn)部分設(shè)計(jì)不同圖表方便學(xué)生記錄，如表1就是用于實(shí)驗(yàn)污水中細(xì)菌計(jì)數(shù)結(jié)果記錄用表。要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析所屬小組分離出了那些常見菌，以及結(jié)合自己實(shí)驗(yàn)，判斷污水處理過程中有沒有哪些菌在不同階段都存在?如果存在，有哪些?

三、“指導(dǎo)+自助”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討

采用“指導(dǎo)+自助”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)課上指導(dǎo)、課下自助。指導(dǎo)老師在課堂上有重點(diǎn)地講授實(shí)驗(yàn)操作技能，學(xué)生除課堂學(xué)習(xí)外，根據(jù)自己喜好，或重復(fù)練習(xí)課堂所學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，或自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，也可以參與教師的科研項(xiàng)目進(jìn)行更深入的鍛煉與提高。這種方式不僅是對(duì)環(huán)境工程微生物課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)有限的彌補(bǔ)，更是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)、內(nèi)容的拓展與延伸，能夠充分提高本科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的利用效率，發(fā)揮本科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的功能，讓學(xué)生可以充分利用課余時(shí)間熟練實(shí)驗(yàn)操作，鞏固所學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，增強(qiáng)自主創(chuàng)新技能。在學(xué)生自助實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中，實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師也可以根據(jù)學(xué)生個(gè)人情況適當(dāng)安排和指導(dǎo)。可以根據(jù)已學(xué)“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行延展分析，如設(shè)計(jì)活性污泥法處理污水過程中的“革蘭氏陽性與陰性細(xì)菌比例情況分析”、“污水處理中最常見菌體的確定與分純”、“接觸池投加藥物量與殺菌效果的關(guān)系”等實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)自己的創(chuàng)新性思維。#p#分頁標(biāo)題#e#

四、實(shí)施效果總結(jié)

(一)集中講授效果

實(shí)驗(yàn)課在理論課結(jié)束后集中兩天授課，改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)的從屬地位，既保證了與理論課的銜接，使實(shí)驗(yàn)在理論的指引下按其本身的規(guī)律和系統(tǒng)進(jìn)行，又能系統(tǒng)、合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容連續(xù)、有序進(jìn)行。不僅使學(xué)生操作起來認(rèn)真，更重要的是結(jié)合實(shí)際、系統(tǒng)講授使得環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程更有意義。盡管課時(shí)有限，但六年來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討發(fā)現(xiàn)，95%的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中有良好表現(xiàn)，并對(duì)這種集中式綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表示非常滿意。

(二)學(xué)生評(píng)價(jià)結(jié)果

通過對(duì)“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)和課后自己的鞏固練習(xí)，系統(tǒng)掌握了從實(shí)驗(yàn)基本的包扎、消毒等準(zhǔn)備工作到細(xì)菌分純、計(jì)數(shù)，再到菌落、菌體觀察等。此外，由于本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是基于污水處理過程中的細(xì)菌分析，學(xué)校有國內(nèi)首座高校自建污水處理廠，實(shí)驗(yàn)取樣方便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于我們更清楚認(rèn)識(shí)污水處理過程有積極作用。

(三)教材編寫

鑒于目前有關(guān)環(huán)境工程微生物學(xué)課程的專用實(shí)驗(yàn)教材較少，而微生物技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的地位又日益突出，我們?cè)诃h(huán)境工程微生物日常本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)及總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上完成了對(duì)《環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材的編著。并將“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”作為綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分的重要一節(jié)。這對(duì)環(huán)境工程專業(yè)微生物實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行課堂教學(xué)講授指導(dǎo)的同時(shí)，也為學(xué)生課下自助實(shí)驗(yàn)提供參考，增加學(xué)生操作的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。總之，設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”，并采用“指導(dǎo)+自助”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生對(duì)環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)課的興趣，鞏固基礎(chǔ)操作技能，提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力。同時(shí)，這也能讓學(xué)生開始涉及科研工作的基本思路，為今后畢業(yè)論文設(shè)計(jì)工作或部分學(xué)生的研究生學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。