实验教学

课程名称

Course Name

微生物学实验

The Experiments of Microbiology

课程类型

Course Type

专业核心课程

开课院（系）

Course Offering College (Department)

生命科学学院

负责人

Leader

陈林

课程团队

Team Members

陈林，郭子晟，张珺，熊本涛

课程编码

Course Code

U13M1013

学分

Credits

2

学时安排

Period Arrangement

36

授课对象

Audience

生科院本科所有专业学生

授课语言

Language of Instruction

中文

先修课程

Prerequisite Courses

微生物学

课程简介

Course Description

（中文200-500字，简要介绍本课程的主要内容以及学生通过学习本课程后所能掌握的知识体系、能力素养等）

微生物学是一门实践性很强的学课，微生物实验课与理论课程紧密联系，主要包含三大部分共十次实验内容，学时数：36。

第一部分：微主物学基本操作技能。训练学生掌握微生物学最基本的操作技能，包括油镜的正确使用和显微镜维护、不同微生物的染色、运动、个体和群体形态观察比较、测微技术、培养和分离技术等；第二部分：综合提升实验，在掌握微生物学基本技能的基础上，训练学生独立设计和自主创新，培养学生观察、思考、分析问题的能力。第三部分：实验技能综合考试。目的是检验学生对微生物基本操作和技能的掌握以及对复杂问题的分析解决能力。

（英文）Microbiology experiment course is a part of microbiology theory course, which contains three parts and a total of ten experiments. The first part is the most basic operation technology and experiments of microbiology, which train students to master the most basic operation skills of microbiology. Most microorganisms need to be observed using microscope, so the correct use and maintenance of a microscope is a necessary skill for microbiology experiments and research. Secondly, the comprehensive experiments, containing a total of 2 experiments, were set up. On the basis of mastering the basic knowledge of microbiology, students can deepen their understanding of some microbiology theories in class and train their ability to observe, think and analyze problems.  The third part is the experimental skills test. The main purpose is to test the students' mastery of the basic operation and skills of microorganisms in the whole experimental course.  

课程目标

Course Objectives

1.课程支撑专业培养目标及规格达成

（重点表述课程对专业培养目标及规格某一方面达成的支撑情况。）

微生物学的研究方法和操作技术渗透在生命科学研究的各个领域，因此，微生物学实验是生命科学相关专业的必修基础实验课程，与微生物学理论课程相辅相成，理论结合实践，在夯实理论基础的同时，让学生将理性知识与感性认识有机结合，最终熟练应用整套微生物学的实验技能。通过教学设计，激发培养学生主动学习的热情，注重科学思维方法的训练，培养发现问题、解决问题的能力，引发同学热爱生命科学、探索生命科学奥妙的兴趣，增强学生勇于探索的创新精神，为其他学科的学习和研究打下坚实的基础。

2.课程教学目标

（详细描述学生在学习该课程后在知识、能力、素质等方面应达到的要求。）

知识目标：使学生牢固建立无菌概念，熟练无菌操作技术。掌握各种微生物的分离培养鉴定方法以及形态观察的方法。

能力目标：以实验内容为契机，培养学生科学研究的思维，合理设置对照组；能够将理论知识和实践充分结合，多角度分析和评价实验结果；勤于动手，善于思考，具体问题具体分析，解决实验中遇到的问题，深挖学生的创新意识。

育人目标：通过参加微生物实验课程，以及课程中与日常生活息息相关的微生物知识，完成设置的小目标。激发学生热爱生活，热爱科学，热爱专业的三热爱情怀；追求真理，精益求精，不断创新的钻研精神；提升专业热情，增强民族自信。

思政育人

Curriculum Education

1.课程思政育人目标

（凸显“知识传授、能力培养、价值引领”有机融合，明确各门课程思政育人功能。）

本课程与微生物学理论课相结合，课程遵循学习认知规律，通过观察实验，让同学们视觉化理论知识，了解相关技术发展的简单历史及我们的不足，设计实验环节培养学生探索未知、追求真理、精益求精的责任感和使命感。培养专业热情及家国情怀，努力提高自身实际科研工作的能力，争取科技创新，为国家建设舔砖加瓦。

2.思政育人教学设计

（重点阐述课程思政元素融合切入点、教学系统设计、所采取的教学方法以及预期教学成效等，课程思政建设并非思政元素的“简单植入”和“生搬硬套”，应当在梳理课程知识体系基础上发掘课程内含或联系紧密的思政育人元素，注重整体设计和有机融入，采取符合学生认知特点的讲授方式，充分体现课程思政的高度、深度和热度，下述格式仅供参考。）

知识点1：显微镜的使用及革兰氏染色

（1）思政切入点：讲解显微镜使用的过程的时候，介绍显微镜的发展历史，通过历史了解先进技术多在国外，例如帮助施一公，颜宁取得重大发现的冷冻电镜，庄小威提高荧光显微技术在生命科学领域的应用等。引入2021年美国对中国在多方面进行卡脖子技术的限制，一方面证明我国正在迅速的崛起，威胁到美国全球的经济霸权，因此对我国进行限制。另一方面，激励同学们要有爱国情怀，努力学习，争取能够在各个领域都有创新，提高我国自身的技术水平，不在受制于人。

（2）教学方法：讲解，教学演示及学生亲自实践，教师逐一帮助学生认识和观察正确的结果。在课堂上提出问题与学生进行讨论，培养学生不断思考的习惯。

（3）预期成效：激发学生学习热情，打好基础是突破创新的根本。

知识点2：细菌大小的测微、特殊结构染色及运动性的观察

（1）思政切入点：微生物虽小，但是作用强大，靠多而且大家凝聚力高，统一性多。引入我们中国要崛起，就要大家都进一份自己的力量，虽然我们一个人很渺小，但是所有的人都往一起使劲，那么我们可以做到我们不敢想象的事情。同样有凝聚力才能做好事情，例如新冠疫情，我们所有人统一号召，新冠的感染率和死亡率比发达国家低很多。

（2）教学方法：讲解，教学演示及学生亲自实践，教师逐一帮助学生认识和观察正确的结果。在课堂上提出问题与学生进行讨论，培养学生不断思考的习惯。

（3）预期成效：激发学生爱国热情，提高凝聚力。

知识点3：放线菌和霉菌的形态观察

（1）思政切入点：青霉素的发现是一个偶然的现象被认真思考的人把握住了。

（2）教学方法：讲解，教学演示及学生亲自实践，教师逐一帮助学生认识和观察正确的结果。在课堂上提出问题与学生进行讨论，培养学生不断思考的习惯。

（3）预期成效：培养学生的好奇心和敏锐的观察力，同时多进行思考以及积极解决问题的能力。

知识点4：酵母菌形态观察和直接计数法

（1） 思政切入点：在最新研究中，科学家们成功融合了真核生物酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的16条染色体，创造出一条线型染色体即可装载整个基因组的新菌株。历经4年时间，通过15轮染色体融合，最终成功创建了只有一条线型染色体的酿酒酵母菌株SY14。这一合成生物学突破性成果公布在2018年8月1日的Nature杂志上，由中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所合成生物学重点实验室覃重军、鲁宁、邵洋洋、薛小莉完成。同期纽约大学Langone医学中心的研究人员也使用类似技术融合了酵母染色体，但他们无法最终获得单一染色体的功能性酵母菌株，只能将染色体数量减少到两个。

http://www.nature.com/articles/s41586-018-0382-x

http://www.nature.com/articles/s41586-018-0374-x

之前人们认为减少染色体数量应该对生物体产生重要的影响，但是结果显示并非如此，尽管基因组的三维结构发生了重大变化，但基因表达只发生了微小变化。研究发现，虽然人工创建的单条线型染色体的三维结构发生了巨大变化，但SY14酵母具有正常的细胞功能，这颠覆了染色体三维结构决定基因时空表达的传统观念，揭示了染色体三维结构与实现细胞生命功能的全新关系。

能够在世界顶级期刊发表顶尖研究成果，证明我国的科技正在蓬勃发展，一些领域已经走在了世界前沿，鼓励同学们要走出去，学有所成后又走回来，为国家建设舔砖加瓦。同学们应该知道，你们是祖国的未来，社会的发展离不开科学知识，你们要继承和发扬爱国主义精神，用科学知识来实现祖国的伟大复兴。

（2）教学方法：讲解，教学演示及学生亲自实践，教师逐一帮助学生认识和观察正确的结果。在课堂上提出问题与学生进行讨论，培养学生不断思考的习惯。

（3）预期成效：鼓励学生勇攀科学高峰，激发同学们爱国热情。

知识点5：培养基的配置及灭菌

（1） 思政切入点：发明灭菌的方法对推动外科手术及防止病原微生物的感染具有非常重要的意义。从19世纪人们对外科手术望而生畏开始，到塞麦尔维斯用实验表明，采用漂白粉（次氯酸钙）溶液洗手和清洗手术器械，让产褥热死亡率降低到了1%。从英国一位外科医生——李斯特无菌术真正的提出到1886年，德国伯格曼首先采用了热蒸汽消毒手术器械和敷料。从而使外科手术技术蓬勃发展。

（2）教学方法：讲解，教学演示及学生亲自实践，教师逐一帮助学生认识和观察正确的结果。在课堂上提出问题与学生进行讨论，培养学生不断思考的习惯。

（3）预期成效：培养学生的奉献精神。

知识点6：从土壤中分离微生物

（1）思政切入点：土壤是微生物的天然的培养基，在土壤中微生物起到非常重要的作用。抗生素的发现多来自与土壤微生物的分离，举例链霉素的发现就来自于土壤的放线菌，并获得诺贝尔奖。瓦克斯曼是个土壤微生物学家，自大学时代起就对土壤中的放线菌感兴趣，1915年他还在罗格斯（Rutgers）大学上本科时与其同事发现了链霉菌——链霉素就是在后来从这种放线菌中分离出来的。瓦克斯曼领导的学生最多时达到了50人，他们分工对1万多个菌株进行筛选。期间也发现了两种抗生素，但是由于毒性太强（放线菌素和链丝菌素）都未能应用。直到1943年10月19日才发现了新的抗生素，也即链霉素。几个星期后，在证实链霉素的毒性不大之后，梅奥诊所的两名医生开始尝试将它用于治疗结核病患者，效果出奇的好。1944年，美国和英国开始大规模的临床试验，证实链霉素对肺结核的治疗效果非常好。它随后也被证实对鼠疫、霍乱、伤寒等多种传染病也有效。历经29年，需要的是坚持不懈。

（2）教学方法：讲解，教学演示及学生亲自实践，教师逐一帮助学生认识和观察正确的结果。在课堂上提出问题与学生进行讨论，培养学生不断思考的习惯。

（3）预期成效：训练学生迎难而上，不怕失败，坚持不懈的精神。

知识点7：水的细菌学检验-1实验九  水的细菌学检验-2

（1）思政切入点：由水的细菌学检验，提及水污染问题，水污染已经成为我国经济社会发展的最重要制约因素之一，因此，保护水资源和做好污水的处理对构建和谐社会、实现可持续发展具有重大的战略意义。分工协作、互相配合，才实现了污水的治理化，体现了“和谐”的重要性，要实现中国的伟大复兴，就需要我们相互配合，通力合作。

（2）教学方法：讲解，教学演示及学生亲自实践，教师逐一帮助学生认识和观察正确的结果。在课堂上提出问题与学生进行讨论，培养学生不断思考的习惯。

（3）预期成效：培养学生的合作精神，让学生获得人生的精神支柱与力量源泉，促进学生健康和全面发展，立志承担起中华民族复兴的时代重任。

教学内容

Teaching Content

（按照课程章节结构，详细阐述各章节主要内容以及教学重点和难点，充分反映课程的知识和技能要求，体现课程特点；对于实践教学环节如实验、实习、上机、研讨等，应具体说明实践的基本教学内容、教学要求等。）

实验一 无菌概念的建立，实验安全意识的培养，正确的实验用具、器皿的制作、清洗、包装方式，

本实验重点难点：重点训练同学们双手的协调性和动手能力。难点是同学们如何能够快速的模仿进行相关的实验操作。

1.1 无菌操作

1.2 实验用具、器皿的制作、清洗、包装、使用

1.3 实验安全意识

实验二 显微镜的使用，细菌单染色及革兰氏染色

本实验重点难点：重点让学生掌握细菌单染色的原理和操作过程以及鉴别染色的方法。难点是理解细菌单染色和鉴别染色的原理。

1、掌握细菌单染色和革兰氏染色的基本方法。

2、掌握油镜的使用方法。

3、掌握无菌操作的基本方法。

实验三 细菌大小的测微、特殊结构染色及运动性的观察

本实验重点难点：重点是掌握特殊结构的特点，难点是理解特殊结构染色的原理，普通光学显微镜测微的原理以及运动性观察的方法。

1、掌握细菌大小的测微技术。

2、掌握细菌芽孢和荚膜的染色方法。

3、掌握细菌运动运动性的观察方法（悬滴法）。

实验四 放线菌和霉菌的形态观察

1.学习并掌握用扦片法改变放线菌个体形态

2.观察不同霉菌的形态特征

实验五 酵母菌形态观察和直接计数法

1.观察酵母的形态及生殖方式

2.区分酵母死活细胞的方法

3.学习并掌握用血球计数板对细胞进行直接计数的方法

实验六 培养基的配置及灭菌

1.学习掌握配置培养基的基本原则和方法

2.掌握不同灭菌的方法及原理，学会使用高压蒸汽灭菌锅

实验七 从土壤中分离微生物

学习从复杂微生物群体中分离纯化所需微生物的原理和方法，掌握几种常用的分离纯化微生物的基本操作技术。

实验八  水的细菌学检验-I实验九  水的细菌学检验-II

微生物技术的应用实验内容，让学生了解水样细菌总数的测定和大肠菌群的检测方法及原理。

1、学习应用平板菌落计数测定水样的细菌总数的方法。

2、学习应用多管发酵法测定水样中大肠菌群的方法。

实验十  实验技能考核

对学生本学期所学内容及其所学技术的终期检查。

教学进度及要求

Teaching Progress and Requirements

内容

课内学时

教学方式

相关要求

实验一

无菌操作，实验器皿的包装使用，实验安全意识的培养

2

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

无菌操作，学会微生物实验所需用具器皿的正确制作、清洗和包装方式，牢固建立实验安全意识

实验二

显微镜的使用，细菌单染色及革兰氏染色

4

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

课堂完成相关实验内容，并记录相关结果，教师进行逐一确认学生观察结果。课后完成实验报告，总结实验情况，完成相关讨论题目。

讨论题目：

1) 你认为革兰氏染色过程中，那些步骤可以被省略而不影响最终结果？在什么情况下可以采用？

2) 一株明显大于大肠杆菌的未知菌株，请你鉴定其革兰氏染色反应并证明你的结果的正确性。

3) 如何判断显微镜下看到的东西是我们需要观察的对象？分析多种可能性并说明所得结论的依据？

4) 不染色的情况下我们是否可以在显微镜下看到微生物的单个细胞？为什么？

5) 为什么燃料可以染色微生物细胞？分析多种情况的具体原理。

6) 试讨论影响微生物染色结果的因素，并说明具体道理。

实验三

细菌大小的测微、特殊结构染色及运动性的观察

4

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

课堂完成相关实验内容，并记录相关结果，教师进行逐一确认学生观察结果。课后完成实验报告，总结实验情况，完成相关讨论题目。

讨论题目：

1) 用简单染色是否可以观察到细菌的芽孢？原因是什么？

2) 芽孢染色过程中只是大量的游离芽孢，很少看到芽孢囊及营养细胞，你认为这是什么原因？

3) 如何判断视野中观察到的细胞是在运动还是在做布朗运动？判断的依据是什么？

实验四

放线菌和霉菌的形态观察

4

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

课堂完成相关实验内容，并记录相关结果，教师进行逐一确认学生观察结果。课后完成实验报告，总结实验情况，完成相关讨论题目。

讨论题目：

1) 你根据那些特征来区分我们观察的三种霉菌和两种放线菌？

2) 镜检时，你如何区分放线菌的基内菌丝和气生菌丝？

实验五

酵母菌形态观察和直接计数法

4

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

课堂完成相关实验内容，并记录相关结果，教师进行逐一确认学生观察结果。课后完成实验报告，总结实验情况，完成相关讨论题目。

讨论题目：

1) 酵母的繁殖方式有哪些？讨论实际情况下大多数酵母的繁殖方式是什么？

2) 是否可以用血球计数器直接计数金黄色葡萄球菌并说明原因？请至少说出两种可以获得培养物菌体数目的方法。

实验六

培养基的配置及灭菌

4

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

课堂完成相关实验内容，并记录相关结果，教师进行逐一确认学生观察结果。课后完成实验报告，总结实验情况，完成相关讨论题目。

讨论题目：

1) 设计培养基的4个原则和4个方法是什么？你能提出来更好的原则和方法吗？（周德庆微生物学参考）

2) 灭菌条件设定的标准是什么？灭菌的方法有哪些？举例说明其适用范围？

3) 如果你需要配制一种含有一种抗生素的牛肉膏蛋白胨固体平板培养基100 mL，其抗生素的工作浓度是50 μg/mL，你将如何做？

4) 现有万分之一天平一台（已经较高精度了），现需要配制含有量为0.0005mg的合成培养基100 mL，请问你如何量取FeCl₃？讨论精确程度如何？

实验七

从土壤中分离微生物

4

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

课堂完成相关实验内容，并记录相关结果，教师进行逐一确认学生观察结果。课后完成实验报告，总结实验情况，完成相关讨论题目。

讨论题目：

1) 讨论为什么用牛肉膏蛋白胨培养基在不加任何其他物质的情况下可以分离细菌？

2) 如何确定平板上你分离得到的单菌落是否为纯培养？请写出实验的主要步骤。

实验八

水的细菌学检验-I

实验九

水的细菌学检验-II

4

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

课堂完成相关实验内容，并记录相关结果，教师进行逐一确认学生观察结果。课后完成实验报告，总结实验情况，完成相关讨论题目。

讨论题目：

1) 为什么要检测水？怎样判断是否合格？指示菌株的选择标准需要符合那些要求？

2) 依据多管发酵的具体原理，讨论假如水中分别有大量致病菌-霍乱弧菌或者志贺氏菌，用多管发酵法是否可以检查大肠杆菌菌群，能否得到阴性结果？为什么？

实验十

实验技能考核

6

讲授/讨论/教学演示/学生实验/教师巡查帮助学生规范操作及确认观察结果

每个学生完成随机试题，包括观察结果和操作两类题目，最终根据学生完成情况给分。

考核内容及方式

Contents and Method of Assessment

考核环节

总成绩占比（参考）

平时考核

1、考勤纪律。

2、实验操作。

20%

3、课堂提问和讨论。

25%

实验报告

报告完成情况及对实验内容成功失败的讨论。

25%

期末考试

主要考核学生对微生物学基本理论知识以及基本技能的掌握程度，对综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力的考察。

30%

教材

Teaching Material

作者、译者

书名

出版社

出版时间

沈萍，陈向东

微生物学实验

高等教育出版社

2007年11月第4版

参考书目

Bibliography

作者、译者

书名

出版社

出版时间

Jacquelyn G. Black, 蔡谨主译

Microbiology：Principles and exploreations

微生物学：原理与探索

化学工业出版社

2008年1月第一次印刷

其它

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备注

Notes

大纲执笔人

Author

陈林

审核人

Reviewer