摘要：环境微生物学实验是环境类专业实践课程教学的重要组成内容，现行的环境微生物学实践教学体系多以验证性、基础性和分散性的实验为主，缺乏综合性、设计性和创新性，不利于培养学生的创新实践能力。基于石油污染土壤微生物修复的环境微生物学实验教学设计，可启发学生关注土壤石油污染问题，并通过设计实验修复石油污染土壤。整个实验包括方案设计、土壤采样、操作实施、结果分析、实验报告撰写等环节，全过程涵盖微生物实验基本操作，形成一个有机整体。整个实验过程在教师指导下由学生自主完成，在提升学生实验操作技能的同时，锻炼学生的主观能动性和独立思考能力。

关键词：环境微生物学实验，实验教学设计，石油污染土壤，微生物修复

1.引言

环境微生物学是一门综合现代微生物学、环境科学、环境工程等多门学科的新兴交叉学科，是环境类专业的专业基础课，在环境类专业人才培养中具有重要作用和地位[1-3]。环境微生物学实验是课程教学的重要环节，可以强化基础知识，提高学生的综合素质和实践能力，为创新型环保人才的培养提供有力的支撑[4]。然而，在当前国家对应用型和创新型人才培养的需求背景下，传统环境微生物学实验课程教学体系已很难满足环境类学科的发展要求，亟需教学改革[5]。环境微生物学实验是陕西科技大学环境科学与工程学院环境类专业开设的核心专业实践课程，本文针对目前实验教学过程中存在的问题，以综合性和探究性的教学模式为导向，对该课程的教学模式进行改革。通过一系列优化措施，以期达到培养学生学习兴趣，提升学生创新能力及实践技能的目标。

2.环境微生物学实验教学现状及存在问题

2.1实验课程考核过于片面

目前很多高校环境微生物学实验教学中存在“重结果、轻过程”的现象，实验报告在最终考核成绩中占据了很大的比例，而实验前预习、实验过程操作（最为重要）这些环节占比较低，这样的考核形式过于片面，无法突出学生的综合能力[6，7]。且实验过程均为分组进行，小组内个别学生完成得好就能代表小组的整体成绩，这会导致大多数学生对实验主动性和积极性的缺乏，不利于自身实践技能的提高，这种方式不管是当下还是长远，对人才的培养是非常不利的[1]。

2.2实验内容分散，综合性不强

目前环境微生物学实验项目包括显微境观察使用、细菌革兰氏染色、培养基制备与灭菌、微生物（细菌、真菌、放线菌）划线分离与菌落形态观察、养分对微藻生长的影响以及活性污泥中微生物种类的观察等。这些实验多为单一的、独立的实验，且内容多为基础性、验证性实验，各个实验之间缺乏连贯性，导致下一个实验开始时学生可能已经忘记之前的实验内容。此外，这些实验科目设置较为陈旧、简单，缺乏综合性、设计性、开放性和创新性的实验科目，不利于激发学生的兴趣与培养学生的创新实践能力。同时，目前设置的环境微生物实验大多为基础微生物操作，内容开设没有明显的环境专业倾向，不利于专业的整合，学生难以将所学知识运用于实践中[8]。

2.3学生学习兴趣不高，缺乏主观能动性

实验课程大部分都是代课教师提前准备好实验所需试剂、器材等，同时示范部分实验操作，以及询问学生是否还有疑问，然后分组进行操作。一般情况下，由于学生人数较多，教师师生之间缺少互动。这样导致学生对实验课程的学习兴趣不高，做实验往往是为了得到相应的学分，缺少做实验的主动性和求知欲，且未深入思考该实验的实际意义。学生独立分析、解决问题的能力难以得到锻炼，只能被动地完成实验，更缺乏创新和探索精神。与此同时，理论知识与社会实际需求严重脱节，大部分已有微生物实验课内容只需要学生按照实验指导步骤按部就班地操作即可完成，几乎使得学生缺失自主思考的过程，极易使学生养成依赖指导书目，无法激发学生的主动性和独立思考能力[9]。

3.基于石油污染土壤微生物修复的环境微生物学实验教学设计

针对上述环境微生物学实验课程教学体系中存在的问题，笔者结合实验教学亲身经历，提出以“石油降解菌的筛选与应用”为核心的内容体系开展环境微生物学实验教学，涵盖微生物学操作环节的全流程，使得传统实验教学中各个相对孤立的实验内容在“石油降解菌”的串联下形成一个有机整体。同时，加入探究性、创新性的实验内容，使整个实验内容与污染环境微生物修复紧密联系，启发学生用科学的思维去关注、解决身边的环境问题，培养学生全面分析问题的能力[10]。

3.1 微生物学实验基本操作技术的学习

在实验课程正式开始前，组织学生学习显微镜使用、无机盐培养基配置与灭菌、倒平板、平板划线、稀释涂布平板、微生物分离纯化等实验操作，同时对于相关技能操作良好的学生录制视频，上传至学习通等教学辅助软件，供低年级学生学习。根据班级学生人数分成若干小组准备正式实验，不再将以上基础实验作为独立实验项目。

3.2 石油污染土壤中石油降解菌的筛选、分离、纯化和鉴定

本实验环节项目涵盖了无机盐培养基配制和灭菌-菌悬液制备-平板涂布及培养-微生物菌落观察-平板划线分离-革兰氏染色和显微镜观察-菌种鉴定等微生物学实验基本操作环节，是一个综合性的实验，既可以让学生掌握基本操作技术，也能够使学生认识实际污染环境中的微生物。

实验步骤：① 石油污染土壤样品采集：鉴于陕西石油污染土壤位于陕北地区，学生实地采样路程较远，故可联系当地油田工作人员帮忙采集土样和原油样品邮寄至学校。同时为了让学生学习土壤采样方法，可在校园选择区域用梅花形、五点、对角线等不同采样方式采集土壤样品。② 固体平板培养基配制和灭菌：配制以原油为唯一碳源的无机盐培养基，培养基成分为：原油、（NH4）2SO4、KH2PO4、K2HPO4、MgSO4·7H2O和NaCl，分装至锥形瓶中，加入琼脂灭菌。灭菌结束后冷却至50°C，倒平板。③ 菌悬液制备：将无菌水和石油污染土壤以99：1（v/g）的比例混合，震荡1 h后静置，将上清液以10的倍数进行梯度稀释，得到不同稀释倍数的菌悬液。④ 平板涂布及培养：分别从不同浓度梯度的菌悬液中吸取0.1 mL注入平板，用涂布棒涂抹均匀；将涂布好的平板倒置，置于生化培养箱中28°C下培养3-5天。⑤ 微生物菌落观察：待平板上长出微生物菌落后，指导学生根据形状、大小、颜色等区分不同的微生物，鉴定微生物种类，初步得到能够降解原油的微生物。⑥ 平板划线分离：挑取不同的微生物菌落，接种至各自的营养平板培养基（细菌：LB培养基；真菌：马丁氏培养基；放线菌：高氏1号培养基）划线分离，得到纯化的微生物菌落。⑦ 革兰氏染色和显微镜观察：参考谭啸和章熙东的方法对筛选出的细菌进行格革兰氏染色，用显微镜观察其属于革兰氏阳性菌还是阴性菌[10]。⑧ 菌种鉴定：将纯化后的微生物送至第三方生物测序公司进行微生物种类鉴定。

3.3 石油降解条件优化

将筛选出的不同微生物接种（细菌接种量2%-5%，真菌和放线菌接种量5%-10%）至以原油为唯一碳源的液体无机盐培养基中，根据微生物类别选择分光光度法、血球计数法分析微生物生物量变化；同时用气相色谱仪测定培养基中原油含量的变化（在此之前需指导学生熟悉气相色谱仪的操作流程），结合微生物生物量和原油的减少量，筛选出一株高效石油降解菌。分析不同接种量、培养温度、pH和原油浓度等条件下该株微生物的生长状况以及对原油的降解效果。确定菌株对原油的的最佳降解条件。

3.4 微生物对石油污染土壤的修复

将筛选出的高效石油降解菌接种至石油污染土壤中，使用红外测油仪（该仪器的操作流程也需要学生提前熟悉）动态测定土壤中总石油烃的含量，通过平板涂布法检测土壤中细菌、真菌和放线菌三大类微生物的数量，同时测定土壤pH、容重、有机质、氮、磷、钾等基本理化性质以及土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶等的变化，从多个方面监测菌株对石油污染土壤的修复效果。

本部分实验为综合探究性实验，包括了多种不同培养基的配置、菌悬液的梯度稀释、平板涂布、微生物培养、革兰氏染色、显微镜观察等多个操作环节，可以使学生对环境微生物学基础理论知识进行巩固与深刻理解，同时学生在实验方案设计、实验操作、数据分析、团队协作等多方面的能力将得到提升，在熟悉和掌握环境微生物学实验基础操作技术的同时，有助于学生应用微生物学知识解决实际环境问题[12]。

4.结语

在国家对环境领域创新型科研人才和应用型人才培养需求的背景下，环境类专业的环境微生物学实验教学内容设计的改革需要不断的探索、实践和总结。基于石油污染土壤微生物修复的环境微生物学实验教学设计依托学校所处地域受石油污染的土壤环境，启发学生用科学的思维关注身边事物，培养研究兴趣。全部实验从方案设计、实验操作、数据分析、报告撰写等环节由学生自主完成，教师负责指导。充分利用学校所处地域周边的污染土壤开展研究性学习，将微生物理论知识、实验操作和解决实际环境问题进行有效的结合。完全过程涵盖了环境微生物学实验的基本操作环节，将目前高校实验教学中各个相对孤立的实验项目整合成一个整体，并加入探究性、创新性的实验设置。此次教学内容设计改革打破了传统实验模式，增强了学生的学习兴趣和主观能动性，也为学生后期的毕业实验奠定了良好的基础，对于探索高校本科生环境微生物学实验教学内容的发展也是一次积极的尝试。

参考文献：

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[12]曹宾霞，郭平，张晓星，等.环境微生物学实验课程实践教学改革[J].广东化工，2019，46（09）：232+257.