教師科研項目引入食品微生物學實驗課程
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摘要：以“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選及生物學功能研究”為主線，構(gòu)建了食品微生物學綜合實驗的教學內(nèi)容，在教學方法、教學模式、考核方式等方面進行了探索和實踐，取得較好的教學效果。基于科研課題形成的實驗教學，既鍛煉了學生的微生物基礎(chǔ)實驗技能，又培養(yǎng)了學生初步的科學研究能力。
關(guān)鍵詞：科研項目；食品微生物學實驗；科教融合；實踐
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及生產(chǎn)力的提高，各行各業(yè)對創(chuàng)新型人才的需求急劇增加。高校是培養(yǎng)高級專業(yè)人才的搖籃，肩負著義不容辭的責任。實踐教學是高等教育重要的組成部分，是培養(yǎng)大學生實踐創(chuàng)新能力的重要途徑。2000年后，教育部先后頒發(fā)了《關(guān)于進一步加強和改進普通高等學校實踐教學工作的若干意見》《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》《全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》等文件，明確指出要大力加強實踐教學，切實提高大學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，全面推進素質(zhì)教育［1］。科研和教學是推動高校發(fā)展的雙翼，教學是大學之根本任務(wù)，科研是促進教學的重要手段，二者相互促進，缺一不可。在大學教育環(huán)境下，要以教學為本，讓科研成果促進教學，實現(xiàn)科教融合。食品微生物學實驗課是食品科學與工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)的一門重要專業(yè)核心課程。食品微生物學實驗課是一門實驗課程，是食品微生物學的重要組成部分，其主要目標是使學生掌握食品微生物學實驗的基本操作技能，加深學生對食品微生物學基本概念和原理的理解。對于食品科學類學生和食品領(lǐng)域從業(yè)人員來說，食品微生物學實驗是必備的實驗技能［2］。該課程主要包含微生物基礎(chǔ)實驗、食品微生物學檢驗技術(shù)、微生物發(fā)酵實驗技術(shù)等。從類型上又可以分為驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗，其中綜合設(shè)計性實驗是多個基礎(chǔ)驗證性實驗的連續(xù)開展，可以提升學生的綜合實驗?zāi)芰?，使學生的創(chuàng)新思維得到提升。傳統(tǒng)食品微生物學實驗教學項目的設(shè)置受制于理論課程，驗證性實驗項目過多，且容易忽略實驗項目之間的有機聯(lián)系，各項目之間相對獨立，缺乏內(nèi)在聯(lián)系，嚴重制約著學生綜合解決問題能力和創(chuàng)新能力的提高［3－4］。探索將整個微生物學基礎(chǔ)實驗課程設(shè)計為綜合性研究型實驗，將本科微生物實驗教學向探索型、研究型發(fā)展，對于提高學生的科學研究思維有著積極的作用。為了深化實驗教學改革，整合食品微生物相關(guān)實驗，利用任課教師的科研項目開設(shè)新型綜合實驗，使學生既學會基礎(chǔ)實驗操作，又能初步接觸科學研究理念，營造創(chuàng)新性氛圍，以提升實驗教學水平，激發(fā)學生的研究興趣，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力。為了提高學生的綜合實驗技能，提高學生設(shè)計、分析及解決實驗中出現(xiàn)問題的能力，食品微生物學實驗嘗試引入郭志華老師的安徽省教育廳優(yōu)秀人才項目“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選及生物學功能研究”作為綜合設(shè)計性實驗案例，將微生物學基本實驗技術(shù)和方法與教師的科研項目巧妙整合在一起，形成一種綜合性、研究性微生物學實驗課程教學模式，大大激發(fā)了學生的學習興趣。通過此次教學改革，取得了良好的實驗教學效果，為進一步深化食品微生物實驗教學改革提供了參考。
食品微生物學實驗是以微生物為研究對象的實驗課程，操作多，技能要求高，國內(nèi)食品專業(yè)一般都開設(shè)了食品微生物學實驗課，開設(shè)的課程內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)實驗和綜合實驗兩類?；A(chǔ)實驗大多是簡單的驗證性實驗，培養(yǎng)學生嚴格、規(guī)范和準確地進行各類操作，包括操作訓練和微生物的特征觀察等，前者包括材料準備、滅菌以及微生物的分離、培養(yǎng)、染色和顯微鏡觀察等，后者包括微生物的計數(shù)、生理生化特征和生物學活性研究等。綜合實驗是綜合運用基礎(chǔ)實驗技能和方法，大多為測定或分離等工作，如稀釋培養(yǎng)測數(shù)法（MPN）測定水中總大腸菌群等。這些教學內(nèi)容主要在教師全程指導(dǎo)下完成，工作不連續(xù)，內(nèi)容比較零散，結(jié)果可預(yù)期，不利于學生對知識整體性和系統(tǒng)性的把握，不能充分發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造性，忽視了學生創(chuàng)新能力和實踐素質(zhì)的培養(yǎng)［5］。因此，在實驗課學時有限、教學內(nèi)容多、學科不斷發(fā)展的情況下，對食品微生物學實驗教學進行改革勢在必行。以科研提升教學，將科研實驗轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容，并進一步實現(xiàn)教學內(nèi)容向科研工作的延伸，對于學生了解最新實驗技術(shù)與手段、提高創(chuàng)新能力具有不可比擬的作用［6］?！芭莶酥薪到鈦喯跛猁}乳酸菌的篩選及生物學功能研究”科研項目具有微生物實驗的代表性、安全性、可行性、趣味性、先進性等優(yōu)點，不僅能鍛煉學生微生物的實驗操作，而且能增加學生對食品微生物學實驗的興趣。
2以“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選及生物學功能研究”
為主線的微生物綜合實驗教學內(nèi)容泡菜是以新鮮蔬菜為原料，在乳酸菌和酵母菌等菌群的作用下通過厭氧發(fā)酵生成的一種發(fā)酵食品［7］。泡菜在腌制過程中不可避免地會產(chǎn)生亞硝酸鹽，過量的亞硝酸鹽能夠與胃內(nèi)食物中的仲胺類物質(zhì)相互作用，轉(zhuǎn)化為亞硝胺，而亞硝胺具有強烈的致癌作用。大量研究表明，乳酸菌在泡菜發(fā)酵過程中具有降低亞硝酸鹽含量的作用。這是由于乳酸菌產(chǎn)生的亞硝酸還原酶和代謝產(chǎn)物乳酸可以降解和清除亞硝酸鹽。此項目主要是從泡菜中篩選降解亞硝酸鹽的乳酸菌并進行菌株鑒定，研究乳酸菌產(chǎn)酸能力、降低亞硝酸鹽能力、耐酸性、耐膽鹽、抑菌性和耐藥性等生物學特性，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全泡菜提供優(yōu)良發(fā)酵劑。此科研項目的實驗流程如圖1所示。根據(jù)文獻資料和實驗教學的客觀情況，對部分實驗內(nèi)容進行了完善，使之成為食品微生物綜合研究實驗（表1）：既分離和觀察乳酸菌，也分離和觀察在泡菜發(fā)酵中存在的酵母菌；既觀察個體形態(tài)、菌落特征等表型特征，又采用分子生物學和生物信息學技術(shù)相結(jié)合，用16SrRNA序列鑒定乳酸菌；用實驗中分離的乳酸菌制作泡菜，研究乳酸菌在泡菜中的作用；同時檢測乳酸菌的安全性。這是一個比較完整、系統(tǒng)的微生物學研究課題，突出微生物學知識之間相輔相成的關(guān)聯(lián)特征，包括食品微生物學基礎(chǔ)實驗、發(fā)酵實驗和微生物檢驗實驗。實驗內(nèi)容貼近生活、有趣、安全，具有一定的探究性。這個實驗采用食品微生物經(jīng)典方法和研究路線，解決了有代表性的微生物學問題，研究過程較為完整和系統(tǒng)，實驗結(jié)果具有一定的開放性，著力于培養(yǎng)和訓練學生的科研創(chuàng)新能力，兼具安全、有趣等特征，適合在本科生食品微生物學實驗課程中開設(shè)。
2．1微生物基礎(chǔ)實驗
將培養(yǎng)基制備技術(shù)、無菌操作技術(shù)、顯微鏡技術(shù)、微生物分離技術(shù)、純培養(yǎng)技術(shù)、染色制片技術(shù)以及微生物生理生化指標測定技術(shù)等食品微生物學的基本實驗技術(shù)與科研項目分類整合，按由淺入深的順序編排實驗課程內(nèi)容，使基礎(chǔ)實驗連貫成科學研究，合理安排學時，對學生進行基本實驗技能的訓練，使學生經(jīng)過這一環(huán)節(jié)的學習訓練能掌握較全面的微生物實驗基本原理和基本實驗技能，為今后的工作和科學研究打好基礎(chǔ)［8］。
2．2微生物分子基礎(chǔ)實驗
微生物分類鑒定是微生物學科研工作的基礎(chǔ)，微生物鑒定包括形態(tài)特征觀察、理化性質(zhì)檢測和分子鑒定，其中基于16SrRNA遺傳特征的分子鑒定是目前微生物學實驗教學不可缺少的內(nèi)容，用代表性片段同源性序列分析進行微生物鑒定，實驗內(nèi)容包括提取微生物基因組、PCR方法擴增代表性片段、測序、序列分析、數(shù)據(jù)庫比對與分析等。
2．3微生物發(fā)酵實驗
用分離到的乳酸菌和酵母菌制作泡菜，研究它們在泡菜發(fā)酵中的活性，并比較自然發(fā)酵泡菜和篩選菌株接種泡菜的亞硝酸鹽含量。
2．4微生物學檢驗實驗
微生物學檢驗是食品微生物學的重要部分，根據(jù)國家標準GB／T4789．2—2016《食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》檢測泡菜中乳酸菌的數(shù)量，從耐藥性、有害代謝物2個方面評價分離的乳酸菌。實驗教學的關(guān)鍵是讓學生理解實驗原理，領(lǐng)會實驗操作中需注意的細節(jié)，掌握實驗操作中關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)［9］。以教師科研項目為主線，把微生物學實驗貫穿在一起，使學生既鍛煉了微生物學基礎(chǔ)實驗技能，又完成一個“科研項目”。
3教學方法
3．1發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺優(yōu)勢，實現(xiàn)線上線下混合教學
提前將全班同學分成實驗小組，每4～6人為1個小組。課前由教師通過e會學平臺布置微課觀看任務(wù)給學生，微課視頻會詳細講解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟等教學內(nèi)容。學生觀看微課，并結(jié)合實驗指導(dǎo)教材獨立完成實驗內(nèi)容的學習。教師通過e會學平臺了解每個學生的學習情況［10］。實驗教學前，要求每小組派出1名同學簡單介紹自己的實驗方案及實驗注意事項，教師及時講解指導(dǎo)。學生實驗期間，教師對出現(xiàn)的問題給予指導(dǎo)，保證實驗的順利進行。
3．2開放微生物實驗室，讓學生自己準備實驗
實驗前期準備工作異常煩瑣，教師除了要檢查實驗藥品、配制實驗試劑、消毒實驗器皿、擺放實驗用品、調(diào)試實驗儀器等外，還要進行多次預(yù)實驗，以確保實驗結(jié)果的準確性［11］。學生參與實驗前期的準備工作，不僅可以熟悉和掌握基本的實驗操作技能，而且可以加深對實驗機理的理解，熟悉實驗步驟以及相關(guān)儀器的原理與使用方法，學生要明確實驗耗材的種類、規(guī)格和數(shù)量，調(diào)動學生的積極性與主動性。例如，“泡菜中降解亞硝酸鹽乳酸菌的篩選”和“亞硝酸鹽含量的測定”實驗中，前期準備工作包括對氨基苯磺酸溶液、萘基乙二胺溶液、亞硝酸鈉標準溶液的配制和分裝以及分光光度計的調(diào)試等；“乳酸菌基因組的提取、16SrDNA的擴增及序列比對”實驗中，前期準備工作包括吸頭、吸頭盒、離心管等耗材的準備，超凈臺的消毒，凝膠的制備及電泳技術(shù)。另外，由學生進行實驗前期準備工作，不僅可以讓教師有充足的精力投入實驗備課階段，提高教學質(zhì)量，而且可以激發(fā)學生的實驗興趣［12］。
4食品微生物學實驗考核模式
由于實驗課程變成科學研究，不能簡單地用一次考試來評價成績，應(yīng)當側(cè)重考查學生的知識綜合運用能力，分析問題、解決問題的能力以及實踐能力和創(chuàng)新能力等。為了保證考核的公平性和合理性，可以將成績分成2個部分：①實驗過程，約占60％，由教師打分。教師依據(jù)學生在實驗完成過程中的參與程度、操作水平、貢獻大小、數(shù)據(jù)分析能力、解決問題能力等方面在各個實驗結(jié)束時對學生進行評價，各階段成績之和即為這部分的總成績。②論文質(zhì)量，約占40％。由于整個微生物實驗是一個課題研究，全部實驗完成后，每組要完成一篇研究論文（或報告），每個小組對研究結(jié)果要進行分析，教師要依據(jù)學生的論文質(zhì)量、研究結(jié)果、成果創(chuàng)新性等方面進行評價。這種考核方式能夠客觀、公正地評價學生的科研能力［13］。
5教學效果
5．1該實驗?zāi)芗訌妼W生理論課與實踐課的緊密結(jié)合
科研項目引入實驗教學，實驗信息量大，手段多樣，包括食品微生物學的基礎(chǔ)實驗、發(fā)酵實驗和微生物學檢驗。在實驗過程中，將孤立的微生物實驗串聯(lián)成一個科研項目，同時該實驗還能夠?qū)嶒炁c相關(guān)學科前沿知識聯(lián)系起來。在2018、2019級食品科學與工程專業(yè)、食品質(zhì)量與安全專業(yè)共5個班級中進行探索，獲得了許多寶貴的實踐經(jīng)驗。學生一致反映自己的食品微生物學實驗操作能力得到了有效鍛煉，食品微生物學知識得到了進一步升華，指導(dǎo)教師對實驗結(jié)果也非常滿意，獲得了學院領(lǐng)導(dǎo)和教師的認可與好評。
5．2學生自主學習的積極性大幅度提高
興趣是學習的最大動力，只有學生感興趣，才會主動花時間和精力鉆研所學內(nèi)容［14］。實驗內(nèi)容來自教師的科研項目，同時又貼近生活，學生興趣濃厚，能主動對實驗進行深入探索。另外，盡管教師提供了實驗步驟，但是科研實驗結(jié)果的不確定性吸引學生能深入研究，這就需要學生掌握更多的理論知識，學習更多的實驗方法和技巧，有利于其深入理解理論知識，把握其內(nèi)在聯(lián)系。實踐表明，科研與實驗教學相結(jié)合不僅加深了實驗課教學內(nèi)容的深度和廣度，而且培養(yǎng)了學生的科研能力、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和工作作風，消除了學生對科研工作的畏懼和神秘感，大大提高了學生對科研的興趣和自信心［15－16］。食品專業(yè)約50％的學生從大二下學期開始進入實驗室跟教師做科研，積極參加微生物學相關(guān)課題?！笆衿ざ喾拥囊志钚约耙志鷻C理的研究”獲得安徽省第三屆生命科學競賽二等獎；“乳酸菌生物膜的篩選及對重金屬的吸附研究”“殼聚糖固定化天冬氨酸酶基因工程菌合成L－天冬氨酸的研究”“紅872安徽農(nóng)業(yè)科學2022年茶菌中降解亞硝酸鹽乳酸菌的分離及生物特性研究”等項目獲得安徽省第二屆大學生生命科學競賽三等獎。
6結(jié)語
整個實驗教學過程完全以學生為主體，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性，學生了解了科學研究的過程、方法和手段，很好地培養(yǎng)了學生的團隊合作精神、實踐動手能力、分析問題解決問題能力和初步的科學研究能力。在完成實驗教學任務(wù)的過程中，同時完成了一個科研項目，使學生接觸到相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點和前沿，提高了學生的學習興趣；將理論知識與實踐技能有機地結(jié)合起來，有效提高了學生的動手能力、知識綜合運用能力、分析問題解決問題的能力，使學生很好地理解科學研究的意義和方法，培養(yǎng)學生的團隊合作精神、創(chuàng)新意識和初步開展科學研究的能力，為以后從事微生物學相關(guān)研究和工作奠定基礎(chǔ)?；诳蒲姓n題形成的實驗教學開設(shè)食品微生物學綜合實驗是一個系統(tǒng)工程，在以后的教學過程中需要在教學觀念、內(nèi)容設(shè)置、教學方式和結(jié)果評定等方面進一步協(xié)調(diào)和改革，及時收集學生的反饋，制訂相應(yīng)的措施。教師科研項目轉(zhuǎn)化成實驗教學的科教融合，有望在鍛煉學生微生物學基礎(chǔ)實驗技能，培養(yǎng)本科生初步的科學研究能力等方面發(fā)揮重要作用。
作者:郭志華 單位:宿州學院生物與食品工程學院
