微生物学实验是高等学校生物科学、生物技术和生物工程专业的重要基础实践课程之一。在微生物学实验课教学中采用创新性、模块化教学方式对于培养高质量的生物学人才具有重要意义^[1-3]。我校微生物学实验教学采用模块化教学体系。该教学体系由“环境微生物多样性调查”、“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”和“水质微生物学检验” 3个模块共计12个单元实验组成，每个模块围绕一个科学问题由学生开展探究性学习。课程总学时数为36学时，其中“环境微生物多样性调查”模块安排12学时，在第3周至第6周开展教学；“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”模块安排15学时，在第8周至第12周开展教学；“水质微生物学检验”模块安排9学时，在第13周至第14周开展教学。课程于第二学年的第二学期开设，2名学生为一组，每12个组为一个教学班级，全年级200多名学生共组成9个平行班。近几年的探索和实践表明，模块化实验教学非常受学生欢迎，学生普遍反映该课程有助于提升学习微生物学的兴趣，有利于探究能力和实验技能综合运用能力的培养^[4]。

“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”模块实验以产淀粉酶细菌为研究对象，安排学生开展本模块实验所需培养基的配制、土壤样本采集和产淀粉酶菌株的分离筛选、产淀粉酶菌株的发酵条件优化、菌种的形态学和分子生物学鉴定、紫外线诱变育种等5个单元实验。通过本模块实验的学习，学生完整地开展一次应用微生物课题研究的训练，掌握相关微生物学实验技术以及应用这些技术去解决科学研究和生产实践中的具体问题。经过近几年的不断总结和优化，本模块实验已形成内容成熟、运行流畅的教学体系，达到了培养学生微生物实验技能及其综合运用能力，提高科研兴趣的教学目标。本文介绍了我校在该模块教学中的教学改革和实践。

“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”模块共设置了如表 1所示的5个单元实验，学生在开展产淀粉酶细菌的研究过程中，学习培养基配制、土壤样品采集、固体平板制备、单菌落划线分离、稀释涂布分离、试管斜面菌种转接与保藏、革兰氏染色和显微镜油镜观察、16S rRNA基因的PCR扩增、诱变育种等微生物学实验操作技术。教学内容的设置体现如下原则。

如表 1所示，本模块5个单元实验分别设置了5项明确的研究任务。实验一的任务是全班学生共同配制本模块实验所需的各种培养基，以及对培养基和所需的实验器材进行灭菌，如配制用于平板划线和涂布分离的固体淀粉培养基以及用于测定生物量和酶活的不同pH、碳源和氮源的液体培养基等；实验二的任务是各组学生采集不同地点的土壤样本，采用稀释涂布和划线分离法从中分离纯化细菌，采用碘液显色法筛选出具有产淀粉酶能力的菌株；实验三的任务是学生测定不同pH、碳源和氮源条件对实验二分离到的产淀粉酶细菌的生长和淀粉酶活性的影响；实验四的任务是用显微镜观察上述菌株的形态，菌落PCR扩增其16S rRNA基因并对测得的DNA序列进行blastn分析和构建系统发育树；实验五的研究任务是学生接种产淀粉酶细菌菌株于液体淀粉培养基中，长至对数生长期后，稀释涂布平板并进行紫外线照射、避光培养后计算存活率，分析紫外线诱变对菌株产淀粉酶活性的影响。本模块实验的具体研究流程如图 1所示。学生以自己分离的产淀粉酶菌株为研究对象，通过菌种的纯化、培养和保藏 (图中虚线所示) 串联各个单元实验内容，使5个单元实验组成了一个完整的、连贯性模块实验。学生在探究性学习过程中，完成菌种的分离、培养优化、菌种鉴定和菌种选育等研究任务，掌握微生物学实验操作技能，了解功能微生物研究的基本原理和方法、具体工作流程等。

图 1　“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”模块的研究流程 Figure 1　The studying process of the module "the screening of amylase-producing bacteria, optimization of fermentation conditions, bacterial identification and strain improvement"

图选项

“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”模块实验没有单独开设专门的微生物操作技术训练实验，而是将其融合于产淀粉酶菌株课题研究之中，学生在开展课题研究的过程中掌握各项微生物学实验技能以及学会运用这些技术去解决实际问题。如单元实验二由学生采集土壤样品，制备好土壤浸悬液后，采用分区划线法进行单菌落分离，同时对土壤浸悬液进行梯度稀释并选择其中两个稀释度的样品涂布平板和分离单菌落。在单元实验三和实验五中学生还要再次练习倒平板、分区划线分离纯化菌种和稀释涂布用于紫外线照射的菌株。这样的教学设计可让学生反复练习，达到熟练掌握重要微生物学基本操作技能的效果。

“微生物学实验课”作为一门独立实践课程，与微生物学理论课平行开设，在理论课开始教学后的第三周开课。实验课与理论课相呼应，理论指导实践，实践验证理论，有助于学生理解和掌握微生物学的理论与方法^[5]。第一模块“环境微生物多样性调查”实验内容对应于理论课中的原核微生物、真核微生物和病毒章节内容；第三模块“水质微生物学检验”实验内容对应于理论课的微生物代谢 (主要是生理生化反应) 和微生物感染与免疫章节内容；本模块实验即第二实验模块的内容对应于理论课的微生物营养与生长、微生物代谢和微生物遗传章节内容。为协调实验课与理论课进度相一致的问题，在实验二和实验四分别设置了菌种保藏环节 (图 1)，指导教师通过调整菌种保藏时间来灵活地调节单元实验三、四和五的开课时间，这样既协调了实验课与理论课教学进度，又保证了实验的延续性。

学生在本模块的学习过程中，可巩固理论课所学的灭菌、培养基组成、细菌生长与营养之间的关系、核糖体和16S rRNA基因、光修复等微生物学知识点。如在单元实验一“培养基的配制与灭菌”中，学生分别配制pH 4.0和7.0、碳源分别为葡萄糖和羧甲基纤维素、氮源分别为尿素和硝酸钠的液体培养基，在单元实验三中学生接种实验二分离的产淀粉酶细菌，培养一段时间后，测定光密度值OD₆₀₀。学生通过分析比较不同pH、碳源和氮源对菌体生物量的影响，从而加深对培养基组成的认识和对微生物生长与营养物质之间关系的理解。在单元实验五“产淀粉酶细菌的紫外诱变育种”中，学生涂布平板后，需要在红光下进行紫外线照射操作以及将平板避光培养，这样的实践有助于学生强化对光修复和微生物遗传育种基本原理的认识。

为保证实验过程的连续性和学生的实验主体性，本模块实验要求学生提前到实验室进行菌种活化和接种等工作以及实验结果的后续观察，因此合理安排好学生的实验内容、实验时间和实验场地，对于保证研究性实验的教学效果至关重要。“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”模块以周次单元实验的形式进行教学，具体教学安排见表 2。以周三开展实验的班级为例，配制培养基、采集土样和菌种分离、测定发酵液的生物量和淀粉酶活性、形态观察及PCR扩增，紫外诱变育种等实验主体内容安排在周三固定时间开展。在该固定教学时间内，人力、物力和场地均有充分保障。菌种活化、接种、划线培养等提前至周二进行，培养1 d后，正好用于周三的主体实验。周三涂布的平板培养1 d后，于周四进行滴加碘液显色、观察水解圈和测量水解圈大小。周二和周四的实验时间一般不超过30 min，具体时间点由任课教师和学生协商而定。这种“固定+机动”实验时间的教学安排一方面可保证模块实验的整体性和连贯性，为学生创立了探究性学习的情境；另一方面可强化学生的实验主体性，在教师的指导和引导下，学生自己完成土壤样本采集、菌种分离和纯化、淀粉酶功能验证、培养条件和培养基组分优化、菌种的诱变育种等全部实验操作。

本模块的考核采用撰写模块实验论文和操作考试相结合的方式。撰写论文是要求学生在该模块全部实验结束后，按照研究论文的格式撰写一篇论文，而不是在每个单元实验结束后分别提交一篇实验报告。本模块论文成绩与其他两个模块论文的成绩组成学生论文综合成绩，占课程总评成绩的50%。论文评价要素包括：(1) 论文格式是否符合研究论文写作规范。提交的论文是否按前言、材料与方法、结果、讨论和参考文献的格式撰写，材料和方法是否进行了整合；(2) 实验结果的整理和整合。包括表格是否采用三线表，图片是否进行了恰当的标注，如PCR产物的琼脂糖凝胶电泳结果图是否对泳道进行了标记，是否对DNA marker的长度进行了注释，多结果的图片是否进行整合并分别标注；(3) 实验结果的讨论与分析。特别是学生是否就不成功的实验结果进行思考和寻找原因，因为思考能力是创新型人才极其重要的能力之一。

微生物学实验教学的根本目标是使学生掌握基本实验操作技能。与验证性实验相比，研究型模块的实验操作技术揉合在学生开展课题的研究过程中进行传授。为避免学生重研究轻实验技术的掌握，实验课的考核采用“一对一”的形式进行现场操作考试。考试题目内容涵盖3个模块实验，由学生随机抽取，学生按考题要求进行实践操作，全体实验指导教师观察学生的操作规范性并分别给每位考生打分，然后计算出平均成绩。该成绩占总评成绩的50%。

对微生物学实验教学效果的调查结果表明，学生非常喜欢研究型、模块化微生物学实验，认为实验内容系统性强、学习目标明确、任务充足，通过微生物学实验课的学习提高了实验动手能力和树立了创新思维意识，学会了如何开展一个课题的研究。另外，学生在上微生物学实验课时，正值学校组织大学生创新创业训练项目申报，学生如能筛选到淀粉水解圈和菌落直径比值较大的细菌或产淀粉酶的真菌，可组成实验团队申请大学生创业创新训练项目，进入导师实验室开展进一步的生理生化反应、18S rRNA基因序列分析、形态特征观察等鉴定菌种、菌种的生物学特性、发酵性能及优化、淀粉酶基因克隆和表达等研究。研究型模块实验教学极大地激发了学生参与科研的热情，2013−2015年我校生物学科共获得了19项国家级大学生创新创业训练计划项目，其中与微生物学相关的项目有8项，占总数的42.1%。

我校生物技术专业设置了微生物学、微生物学实验、微生物工程、酶工程和啤酒生产实训等与微生物学相关的课程群。这些课程之间具有微生物学知识和技能累加的内在联系，如微生物菌种的选育和培养基优化是微生物学生物技术中最重要的工作之一，在所有微生物学相关的课程中都会涉及。学生由于亲历了产淀粉酶菌株的筛选和选育、培养条件优化等实践学习，更容易理解微生物工程课程中“工业微生物菌种筛选和选育”和“双酶水解法制备淀粉糖”以及啤酒生产实训课程中的“糖化工艺”等教学内容。教师采用关联教学法，能促进学生对微生物学知识体系的融会贯通。另一方面，微生物学实验课教学团队会针对每个单元实验开展教学研讨会，年青教师在参加教学研讨的过程中快速成长，教学水平不断提高，从而推动了微生物学课程群的教学质量的提升。如何伟副教授主编了高等教育出版社出版的《微生物学模块化实验教程》教材并主持了江苏省教育教学改革项目^[6]。

“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”模块实验将土壤中产淀粉酶细菌的分离和纯化、菌种形态观察和16S rRNA基因序列分析鉴定菌种、培养条件优化和诱变育种等一系列实验整合成研究型、模块化实验。学生在开展探究性学习过程中掌握微生物学实验操作技能。实验过程突出学生的学习主体地位。这些教学改革有效地增强了学生的主人翁意识和责任感，激发了学生的研究兴趣，有利于培养生物科学创新型人才。