微生物學實驗教學改革的研究范文

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摘要:為培養學生創新能力，提高微生物學實驗的教學效果，本研究針對綜合性大學農學院的微生物學實驗教學改革進行了探討。在實驗內容上增加綜合性和設計性實驗，注重將科學前沿技術和生活案例融入實驗教學內容，激發學生學習興趣;在教學方法上建設教學資源庫，通過錄像強化訓練學生基本實驗技能，提高操作規范性;通過開展學生自主實驗，鍛煉學生查閱資料、設計創新方案和綜合分析問題的能力;重新構建考核方式，增加平時實驗和設計性實驗的考核，完善考核機制。新教學模式使學生更加注重平時實驗課程的學習積累，有利于開展設計更具創造性的實驗，有利于創新型人才的培養。

關鍵詞:微生物學;創新;教學改革;考核

微生物學是一門實踐學科，其理論知識來源于實驗，實驗課是微生物學的重要組成部分。近年來，微生物學發展突飛猛進，新技術、新成果不斷出現，傳統教育模式也面臨挑戰［1，2］。很多農業院校實驗教學工作者逐漸意識到傳統實驗教學存在實驗內容陳舊、限制學生視野、創新能力不足等問題，達不到重實踐和提高學生素質教育的目標，實驗課程的教學改革已成為高等教育和本科教學評估中遇到的突出問題［3］，實驗教學工作者開始思考如何更好開展微生物學實驗課程教學，精心設計課程體系，以滿足新時代社會發展對人才培養的需求［4～6］。上海交通大學作為一所綜合性高校，其下設農業與生物學院擁有理學、農學、工學等多學科專業，針對全院不同的學科專業，微生物學實驗的培養計劃既要緊跟農業科技的發展調整實驗內容，又要從各個專業視角增加學生知識面，使學生了解各自專業與微生物學的相關性，豐富知識領域視野，培養學生創新能力。農業與生物學院微生物學教學團隊針對以往教學中存在的問題，在基本不改變實驗課時的條件下，對實驗教學體系進行重構，對部分內容和形式進行大膽改革嘗試，把培養學生創新意識和能力放在首位，調整實驗內容，改進教學方法，從實驗內容、方法和考核方式等方面加強實驗實踐環節，促進觀念、模式、內容和方法的全面改革，促進教學質量的提高，實現重知識傳授到重創新思維能力培養的轉變。

1微生物學實驗課程教學體系的重構

1．1微生物實驗課程內容的重新編排

驗證性實驗是通過驗證某種認識或假說，使學生獲得特定操作技能，在不斷完善認知結構的基礎上，促進學生驗證和進一步理解所學理論，培養學生的實驗基礎能力［7］，然而教育的真正目的在于使學習者成為知識結構的設計者，使學習者善于學習，培養其創新能力［8］。單純的驗證性實驗教學已不能滿足高等教育的育人要求，而高校學生對驗證性實驗的學習也興趣寡然、缺乏思考和主動性［9］。開設設計性實驗，鼓勵學生構思實驗方案并付諸實施，對培養學生創新思維具有重要意義，設計過程是學生不斷發現、解決問題的過程。減少驗證性實驗，增加綜合性和設計性實驗比重的觀點已形成共識［10～12］。根據學院5個專業學生的培養計劃和專業特點，我們對微生物實驗課程內容進行重新布局(表1)。由表1可以看出，在學生掌握一定實驗內容和操作技能的基礎上，對實驗內容進行整合，增加綜合性實驗項目。例如，在學生掌握顯微鏡使用及原核生物染色觀察的技能基礎上，將真核微生物的形態觀察實驗與微生物測量大小及計數實驗串聯合并成一個綜合大實驗項，使學生在一堂課中對微生物形態有系統的認知;增加“細菌總數與大腸菌群的測定”實驗內容，并與“細菌快速生化鑒定”實驗綜合進行教學，使學生對樣本中細菌與大腸菌群數定性和定量測定方法進行比較學習。綜合實驗項目不僅注重了實驗內容之間的邏輯聯系，同時增強了實驗項之間的次序性和連貫性。實驗教學內容變化的另一個特點是增加了設計性實驗。例如將“環境因素對微生物生長的影響”作為開放性設計實驗，學生根據已有知識并結合查閱文獻等手段進行初步調研、選擇適合自己或感興趣的研究范圍，確定具體的研究題目，設計實施方案。教師對學生方案的合理性、可行性和創新性進行評估并提供技術指導。開放性實驗安排在實驗課程后期，此時學生已掌握課程大部分基礎知識，初步具備獨立設計實驗的能力，對其綜合運用所學知識和自主學習是一種訓練，同時又鍛煉其創新設計的能力。由于方案思路、具體操作步驟、儀器用具等都是未知數，因而設計性實驗的開展更具獨立性和創新性，對學生更富有挑戰性，能夠激發學生完全投入到自己的實驗研究中。

1．2將科學前沿和生活案例融入教學內容

生物技術飛速發展，新的實驗技術方法層出不窮，作為綜合性大學，將科研成果或技術路線轉化成可供學生學習的教學項目，精心設計教學內容，融合本學科領域最前沿技術，增加學生新視野，提供學生熟悉和掌握先進科學技術的實踐機會。例如由科研課題轉化而來的實驗項目—“單增李斯特菌感染對小鼠外周血ANAE+淋巴細胞的影響”(見表1)是依托于教學團隊在研的國家自然基金項目，涉及李斯特菌感染和淋巴細胞的免疫效應的等研究熱點，通過實驗的講解和學習使學生了解到李斯特菌對人類的危害和致病機理，將學術研究成果滲透到課堂，逐步實現由學習基礎知識到科研接觸的轉化。微生物與生活息息相關，結合生活案例開展實驗教學更容易引起學生的興趣。在設計實驗教學內容時，有意識的融入生活中與微生物學相關的實時案例，引入當前熱點或有趣的話題作為教學切入點，將抽象知識化為具體有案例的實驗教學。“動物病毒的接種與培養”和“尿素液收集與血凝和血凝抑制”實驗時，結合當前社會熱點“H7N9禽流感病毒”的案例闡述病毒抗原與陽性血清反應的原理及微生物學在生活和科研中的價值意義，同時引入病毒性質、疫苗研制過程等知識，極大增加了學生的學習興趣;在“水中細菌總數與大腸菌群的測定”實驗中，讓學生到公園或餐飲場所采集檢測水樣，親自動手檢驗生活周圍的水環境。將生活案例融入實驗教學是理論聯系實踐的有力證明，學生在實踐過程中培養積極的學習體驗興趣和態度，在很大程度上促進學生的學習主動性和創造性的發揮，有利于發展學生的個性化［13，14］。

2教學方法的改革

2．1利用多媒體資源輔助教學

在形態觀察實驗中，通過顯微鏡觀察的視野與教材圖片有一定差異，對于初學者辨識有一定難度，學生學習效率低而且學習效果也不理想［15］。針對這一現象，我院引進MOTIC數碼顯微系統輔助教學，實現了有針對性的“一對一”輔導學生，而且實現了教師講解和學生顯微鏡操作觀察同時進行，學習更直觀生動。借由數碼互動系統拍照軟件，將學生實驗效果較好的視野進行拍片保存，按照原核生物與真核生物的不同屬性分類建庫，積累不同題材的微生物形態圖片，供學生觀賞學習，增加辨識度。同時，針對以往學生實驗操作不規范等現象，對微生物學的基礎實驗操作技術和容易存在誤區的操作方法進行拍攝錄制成5～10min的視頻，如劃線分離、涂布平板、無菌接種等實驗操作技術，在相應的教學內容中結合這些視頻演示，增強示范性。學生觀看學習演示視頻后獨立操作練習，老師進行總結分析，學生針對存在問題再次練習、強化訓練，形成“觀摩”—“練習”—“點評”—“復練習”的實踐模式。將現代化的多媒體教學手段與常規教學手段結合，觀摩學習、重點難點指導和反復訓練的過程，加深學生印象，其操作更趨規范性，學習效率和效果也得到極大提高。

2．2鼓勵學生自主教學

培養創新型人才，要培養學生自主學習、獨立思考的能力。在真核微生物的染色與觀察”實驗中，分別請不同的同學在其各自的顯微數碼互動系統的終端顯微鏡下，現場完成對青霉菌、根霉菌、酵母菌等真核生物視野的尋找，指認各不同真菌的孢子形態、梗、根等結構指認，并對其繁殖方式進行簡要敘述。學生講解的視野同步展示在教師和其他同學的系統終端電腦界面，老師對其講解進行點評，這一過程實現了教師和學生的角色互換，促使學生積極“備課”，主動學習，課堂氣氛更加活躍。在學生自主設計實驗研究期間，實驗教學中心實行“三開放”，即實驗項目、實驗時間和實驗室儀器材料的開放。具體操作為，老師提供開放的實驗項目，學生根據興趣自由選擇題目;選定題目后，給予學生一定的時間查閱文獻制定方案，學生可以機動靈活的自主安排實驗時間而非局限于課堂有限的學時;在實驗研究期間，實驗室及儀器設備向學生開放，全力支持學生開展研究，破除了傳統實驗教學“固定”場所、“限制”時間和“統一”實驗過程的固定架構，實現了以學生為中心自由發揮創造的目標。學生對于自己的實驗處于主導地位，從設計到材料準備，從操作實施到結果分析，都親自動手完成。整個過程有許多書本中無法學到的東西，讓學生學會思考每一步操作的意義，對鍛煉其邏輯思維及動手能力很有益處。實驗結束時要求提交設計性實驗的研究報告，包括實驗目標方案、結果分析、創新點、對預期目標的完成情況等內容，并以PPT答辯的形式進行匯報，最后由教師對學生報告進行點評。自主式教學的過程鼓勵了學生完成對自主學習到知識輸出的過程，加深了對知識的理解，也是對其學習能力的培養。

3考核體系的重新構建

建立以能力考察為中心的實驗課程多元化考核新模式，重視對學生實驗過程的評價。以往的微生物學實驗考核成績方式為:實驗報告占30%，實驗理論考試占70%。這種考核方式容易造成學生不積極參與實驗、抄襲報告的現象，而實驗報告并不能真實反映學生的學習情況。多元化的考核體系，既保留了實驗報告對本次實驗的總結和期末考試知識水平的考察，又增加了對實踐動手能力、綜合素質能力和創新性思維的多方面考察。實驗報告注重對實驗結果分析和對實驗成敗的總結，培養學生科學素養和邏輯分析能力;期末考試涵蓋課程實驗項目的多數知識點，知識面考察較為綜合;對平時實驗的考核注重考察學生的實驗操作技能和操作規范性，使學生更加認真對待實驗課程的學習過程，而改變以往只注重實驗報告的敷衍態度，這對于提升學生的實驗素養和嚴謹的科學態度有較大促進作用，另一方面，對平時實驗操作的考察也是對學生認真參與和完成實驗的督促，也有助于教師得到學生真實學習效果的及時反饋;設計性實驗鼓勵學生課外拓展知識和查閱文獻，在課堂上與老師交流發言，鼓勵學生自主學習，對方案設計、報告總結和PPT匯報等綜合考察，對于設計性實驗出色完成者可提供加分項以示鼓勵。

4教改成效

4．1實驗操作規范性和學習積極性

提高由于考核方式增加了對平時實驗操作和預習提問的考察，學生成績不再僅依賴于實驗報告和期末考試的形式，避免了學生敷衍了事的實驗態度和和抄襲報告的頑疾，而且超過70%的學生在報告中主動分析實驗結果，還有的同學引用參考文獻對實驗出現的問題進行深入分析，總結實驗成敗的因素。學生在操作顯微鏡時更加規范化，自覺擦拭油鏡鏡頭、復位機械系統、整理實驗用具等，這對于培養學生愛護貴重儀器、認真負責的科研態度有很好的促進作用。通過利用多媒體進行實驗技術“觀摩”—“練習”—“點評”—“復練習”的實踐訓練，反響效果較好，學生普遍掌握了規范的無菌操作和微生物分離純化技術，課程成績落實到實驗具體操作，引起了學生對實驗過程的重視。同時，由于對相關聯實驗教學內容進行了合并和調節，學生從整體把握對微生物培養、觀察及研究其生化特性的過程，與以往老師提問時學生表現出知識零散紊亂、不積極應答的局面明顯不同，課堂回答問題氣氛活躍，多數學生能夠按照老師的問題思路延伸思考、積極回答問題，學習熱情飽滿。

4．2學生在微生物相關研究課題的參與度增加

微生物實驗教學改革實踐運行后，我們統計了在創新實踐項目和畢業設計中參與微生物相關課題的學生比例，分別有32．7%和50%的學生參加了與微生物相關的上海交通大學PRP項目和大學生創新計劃IPP項目，在畢業設計論文中，55．6%的學生選擇了與微生物相關的論文研究(上一級為42．3%)，研究課題的學術水平相對較高，如“灰略紅鏈霉菌胞外蛋白酶產酶條件優化及克隆表達”“薩佩羅病毒感染宿主細胞特異性受體的篩選”“噬菌體裂解酶的制備及活性測定”“高產厚垣孢子木霉菌株構建機器拮抗特性研究”等既體現了學科前沿技術，又與實際生產有較強相關性，實用性強，吸引學生興趣。學生通過微生物實驗課程培養的實踐動手和自主學習創新能力獲得了自豪感和滿足感，他們有自信能在導師帶領的團隊大課題中承擔部分研究內容，在實踐過程中表現出的多視點多方法創造性的思維得到了導師的肯定，提升了學術水平和團隊合作精神。

5結語

微生物實驗教學重在培養學生實踐能力和創新能力，通過對實驗教學內容、教學方法和考核體系的改革，摸索出培養學生開放性思維和創新能力的實驗教學“新”模式，以培養學生能力為核心，給予學生充分的發揮空間，調動積極性和挑戰性，從而適應高校創新型人才的培養目標。

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作者：劉艷；王恒安；嚴亞賢；莊天明；周選圍 單位：上海交通大學