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作者：代群威 楊麗君 李瓊芳 單位：西南科技大學環(huán)境與資源學院 西南科技大學生命科學與工程學院

引言

環(huán)境工程微生物學作為一門邊緣學科，它要求學生要將理論與工程實踐緊密結合，是一門實踐性很強的課程。掌握必要的環(huán)境工程微生物學實驗技能對于理解和認識環(huán)境工程微生物學有關理論，從事環(huán)境工程相關研究工作具有重要意義。現(xiàn)代大學教育的目標是培養(yǎng)學時創(chuàng)新意識和能力，將以知識為核心的觀念轉變?yōu)橐詣?chuàng)新為核心，從強調傳授知識到知識與能力并重，培養(yǎng)應用型人才。因此，大量的課程實驗成為鞏固和加深學生對基本知識和基本技能掌握與理解的必然要求。然而，傳統(tǒng)環(huán)境工程微生物實驗課中，各部分實驗項目相對獨立，連貫性不強，且內容重復較多，學生在有限的課堂教學中難以系統(tǒng)地把握微生物學實驗操作，不利于實現(xiàn)對培養(yǎng)學生的環(huán)境工程微生物操作技能和綜合素養(yǎng)。面對近年來各種實驗課堂教學學時都存在壓縮趨勢，如何在實驗教學過程中綜合設計、合理調整、突出重點顯得非常關鍵。因此，我們可以根據(jù)實際需求和條件，適當調整實驗內容，將原有各相對獨立的實驗項目按照器皿包扎、配制、消毒，菌株劃線分純、計數(shù)、轉種、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，形成一個綜合性實驗。通過該綜合實驗短期而系統(tǒng)的鍛煉，讓學生掌握4種以上實驗項目的實驗技能。

這不僅優(yōu)化實驗教學內容，能夠讓學生在有限實驗教學學時內掌握幾種關鍵的微生物學基礎操作技術，而且使他們對環(huán)境工程領域所涉及的微生物學研究途徑有一個完整認識。結合自身特色，設計綜合性實驗。如自建的污水處理廠，環(huán)境工程專業(yè)實驗室位于污水廠辦公樓內，極大程度上方便了相關實驗課的開展。結合此特點，我們提出了“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”的綜合性實驗。

一、綜合實驗教學方案設計

污水生物處理主要是指利用微生物的新陳代謝作用，分解轉化污水中的污染物，達到凈化水質的目的。生物處理是目前污水處理最有效、最經濟的方法之一。污水處理過程中微生物種類繁多，采用傳統(tǒng)技術方法和鏡檢來分純、計數(shù)、觀察其中的優(yōu)勢菌株，對比其與進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。長期對不同階段、環(huán)境下污水處理中優(yōu)勢菌株觀察，可以有助于正確判斷污水處理運行情況。綜合性實驗“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”是在綜合實驗準備環(huán)節(jié)、細菌計數(shù)、劃線分純、形態(tài)觀察等操作的基礎之上，完成對污水中微生物的劃線分純培養(yǎng)、斜面接種、菌落計數(shù)(平板涂布法、傾倒法及顯微鏡直接計數(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。結合本組的實驗結果，了解所選污水處理的不同階段微生物生長情況。在學習對污水處理過程中微生物生長情況簡單分析的方法的同時，強化了學生的微生物基礎操作能力。

二、實驗教學內容實施

讓學生掌握微生物基礎操作，并嘗試判斷污水處理的前、中、后不同階段細菌生長情況。實驗前，先統(tǒng)一以PPT形式講授整個實驗流程及各部分須注意事項，然后開始分組實驗。

(1)實驗準備環(huán)節(jié):配制固體基礎培養(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，并對試管、錐形瓶、培養(yǎng)皿、移液管進行包扎;然后對以上所有實驗用品進行高壓滅菌。取出后放入無菌操作臺中，并用紫外滅菌。用無菌錐形瓶分別取進水、處理中、出水水樣，備用。

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

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

(4)形態(tài)觀察:取出前一天培養(yǎng)的平板，對細菌的菌落形態(tài)和菌體形態(tài)分別進行觀察。其中菌落形態(tài)是觀察培養(yǎng)皿內不同菌落形態(tài)，初步分析自己分離微生物的種類，并和其他同學的實驗結果進行對比，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行染色，鏡檢觀察。實驗過程中，學會具體操作技能是根本，而對實驗結果的分析判定同樣重要。因此要求學生做詳細記錄，以便根據(jù)所屬小組的實驗結果分析所取水樣中細菌情況。可根據(jù)各個實驗部分設計不同圖表方便學生記錄，如表1就是用于實驗污水中細菌計數(shù)結果記錄用表。要求學生根據(jù)實驗結果，分析所屬小組分離出了那些常見菌，以及結合自己實驗，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+自助”實驗教學模式探討

采用“指導+自助”實驗教學模式，實現(xiàn)課上指導、課下自助。指導老師在課堂上有重點地講授實驗操作技能，學生除課堂學習外，根據(jù)自己喜好，或重復練習課堂所學實驗操作，或自己設計實驗進行分析，也可以參與教師的科研項目進行更深入的鍛煉與提高。這種方式不僅是對環(huán)境工程微生物課堂實驗教學學時有限的彌補，更是對實驗教學學時、內容的拓展與延伸，能夠充分提高本科實驗室教學資源的利用效率，發(fā)揮本科實驗室教學資源的功能，讓學生可以充分利用課余時間熟練實驗操作，鞏固所學實驗知識，增強自主創(chuàng)新技能。在學生自助實驗學習過程中，實驗室指導老師也可以根據(jù)學生個人情況適當安排和指導。可以根據(jù)已學“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”實驗進行延展分析，如設計活性污泥法處理污水過程中的“革蘭氏陽性與陰性細菌比例情況分析”、“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系”等實驗，促進學生培養(yǎng)自己的創(chuàng)新性思維。#p#分頁標題#e#

四、實施效果總結

(一)集中講授效果

實驗課在理論課結束后集中兩天授課，改變了實驗教學依附于理論教學的從屬地位，既保證了與理論課的銜接，使實驗在理論的指引下按其本身的規(guī)律和系統(tǒng)進行，又能系統(tǒng)、合理安排實驗教學內容，使實驗內容連續(xù)、有序進行。不僅使學生操作起來認真，更重要的是結合實際、系統(tǒng)講授使得環(huán)境工程微生物學實驗課程更有意義。盡管課時有限，但六年來的實驗教學探討發(fā)現(xiàn)，95%的學生在實驗學習過程中有良好表現(xiàn)，并對這種集中式綜合設計實驗表示非常滿意。

(二)學生評價結果

通過對“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”實驗課的學習和課后自己的鞏固練習，系統(tǒng)掌握了從實驗基本的包扎、消毒等準備工作到細菌分純、計數(shù)，再到菌落、菌體觀察等。此外，由于本實驗內容是基于污水處理過程中的細菌分析，學校有國內首座高校自建污水處理廠，實驗取樣方便，實驗結果對于我們更清楚認識污水處理過程有積極作用。

(三)教材編寫

鑒于目前有關環(huán)境工程微生物學課程的專用實驗教材較少，而微生物技術在環(huán)境工程領域的地位又日益突出，我們在環(huán)境工程微生物日常本科實驗教學及總結前人經驗基礎上完成了對《環(huán)境工程微生物學實驗》教材的編著。并將“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”作為綜合設計實驗部分的重要一節(jié)。這對環(huán)境工程專業(yè)微生物實驗課進行課堂教學講授指導的同時，也為學生課下自助實驗提供參考，增加學生操作的規(guī)范性和準確性。總之，設計綜合性實驗“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”，并采用“指導+自助”實驗教學模式，能夠充分發(fā)揮學生的主動性和能動性，激發(fā)學生對環(huán)境工程微生物實驗課的興趣，鞏固基礎操作技能，提高學生創(chuàng)新思維能力。同時，這也能讓學生開始涉及科研工作的基本思路，為今后畢業(yè)論文設計工作或部分學生的研究生學習奠定良好基礎。