微生物學實驗教學的革新路徑研究范文
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我校環境微生物學實驗作為環境工程專業的主干必修課，其實驗課程是理論課的重要組成部分。實驗課的教學內容要以提高學生綜合素質與創新精神為重點。實驗教學不僅可以彌補理論課教學的不足，而且還可將理論知識在實驗教學中進行延伸，將基礎理論與實驗技能培訓有機結合、合理協調，不斷將科研中的新方法轉入實驗教學中，使實驗內容與現代科研有效接軌。首先要重視理論課與實驗課的聯系與銜接。例如，理論教學中呆板枯燥的微生物的形態特征內容容易混淆，靠死記硬背，效果較差。當進入實驗課后，學生們可以借助顯微鏡觀察到書本中描述的微生物各類形態，并與實際形態對號入座。尤其對于環境工程專業來說，可從工廠取樣用來處理污廢水的活性污泥，觀察活性污泥中以菌膠團為主的微生物群，包括細菌、霉菌、原生動物和后生動物（如輪蟲、昆蟲的幼蟲和蠕蟲等），有固著型、游動型、單個的、群體的等，使得這些微生物形態特征的描述更加生動，激發學生的學習興趣。學生通過對活性污泥菌膠團的顯微觀察，并將觀察到的微生物進行歸類，還將形態特征記錄在實驗報告中，同時初步評價活性污泥性能的優劣，做到學以致用。在此實驗過程中，活性污泥樣品的準備尤為重要，由于要求微生物的種類多樣化，并且是活體觀察，因此所需樣品要現取現制。學生親手制作標本，并在顯微鏡下觀察到活躍的運動著的微生物時，原先感覺枯燥的形態學內容頓時顯得豐富多彩，使學生深刻體會到理論知識需以實驗為載體來鞏固和加深理解的道理，通過實驗來認識微生物，使原本易混淆的模糊內容變得清晰有立體感了。最后通過撰寫實驗報告，可培養學生歸納總結問題的能力，無論實驗成功與否，都要學會用基礎理論去闡述解釋實驗中的現象與結果，還可針對一些問題提出自己獨到的見解，提高學生學習的主動性，加強理論與實際的聯系。
環境工程專業微生物學實驗作為培養環境工程人才的實踐性教學環節，對于培養學生運用所學微生物理論知識解決環境問題的能力及開發學生的創新思維至關重要。傳統的環境工程微生物學實驗大多是經典操作性實驗，實驗內容偏簡單，很少安排與環境相關的設計性實驗，且各個實驗環節缺乏連貫性，因此無法凸顯環境工程專業特點，因此學生很難體會微生物學在環境污染控制中發揮作用及實驗意義，達不到培養學生自主創新能力的實驗教學效果［6］。而設計性、創新性、綜合性實驗能較好聯結環境工程專業與實際應用，使本專業培養的學生既重視理論教學，又提高其動手能力與創新能力，這是環境工程專業實驗教學改革的一個主要方向。為了突出環境工程專業特色，我們對現有微生物實驗設置模塊進行分析調整，將基礎驗證實驗，包括微生物制片、細菌染色法、革蘭氏染色、微生物直接計數、大小測定等內容加以科學整合，例如將細菌的簡單染色合并到革蘭氏染色實驗中，這樣可以減少課時，提高實驗教學效率。合并調整后的實驗內容是一個完整的探索性綜合實驗（見表1）。從表1中可以看出，對環境中的土壤微生物進行分離與純化，從中分離出土壤中的細菌、放線菌、霉菌3大類群，這樣將原來眾多的驗證性實驗整合成一個連貫的綜合實驗。實驗從土壤樣品的采集→濃度梯度法配置稀釋液→培養基的制備→接種與培養→分離純化→稀釋平板菌落計數→顯微形態觀察，既聯系了原有的微生物學實驗基本操作技術，又緊密地將微生物知識與環境專業結合，這樣，學生可以通過實驗對自己親自采集的土壤樣品有一個基本的認識，并獲取第一手材料。表1微生物學實驗教學內容整合優化傳統微生物學實驗教學內容1、顯微技術與微生物形態觀察2、微生物簡單染色技術3、革蘭氏染色技術4、細菌芽孢、莢膜與鞭毛染色5、微生物直接計數與大小測定6、培養基制備與器皿包扎7、微生物接種技術整改后的綜合性大實驗土壤樣品采集，培養基的制備，土壤微生物的分離純化、計數，土壤中優勢菌染色，顯微鏡形態觀察、分類鑒定、生理生化反應結合本次綜合性實驗，在理論課程教學中，給學生們講解“土壤之人”，即抗生素之父——瓦克斯曼，經過艱辛的探尋，從土壤中分離出可以分泌抗菌物質的放線菌、結核桿菌的克星，也就是后來治療肺結核的特效藥，開拓了抗生素研究的新領域。其次，在傳統的實驗教學中，所有實驗內容都是指定的，這在很大程度上挫傷了學生的學習積極性，特別是分組實驗，一些學生“濫竽充數”、“坐享其成”。針對這種現象，我們在確保基本實驗內容的前提下，結合環境工程專業特點，實行實驗內容開放、多樣化的體制，讓學生根據自己對環境微生物的興趣，如取樣不同商家的礦泉水，采集食堂、宿舍、教室、校園內等不同場所的樣品至實驗室，設計實驗路線，自主開展實驗，運用所學知識，參照國家衛生標準，對微生物總數進行監測與評價，了解生活環境狀況與微生物的關系，增強感性認識，同時也增強學生的環境衛生意識。這樣既迎合了他們的學習興趣，又最大程度地培養學生的創新實踐能力。鼓勵選題不同的學生開展組間探討，交流實驗心得，使學生在有限的時間內既可完成自己的實驗內容，還可分享其他同學的實驗成果，拓展學生的思維空間，提高學生實驗的探究能力。這樣使實驗教學不再是枯燥的瓶瓶罐罐，增加了實驗教學的趣味性，激發了學生的求知欲望與熱情，培養了勇于探索的精神。再者，為了進一步了解與掌握微生物學理論在多種領域中的應用，還可以做些應用環境微生物學實驗，如水微生物學檢測，從水樣采集→培養基制備→水中細菌總數測定→水中大腸桿菌測定，根據最終實驗結果，評價水樣是否符合飲用水標準或所測水源污染程度如何。微生物學在食品領域中的應用，如酸奶的制作，從原料乳的選擇→前處理→巴斯德消毒法→添加發酵劑→發酵后熟到成品，最后親自品嘗自己制作的酸奶，與購買的成品酸奶做比較，對酸奶口感做出評價等。我校2012年舉辦的酸奶DIY制作大賽，吸引了眾多專業的學生踴躍參加，本著“團結、溝通與創新”的比賽精神，每一隊參賽學生均努力提出團隊的創意之處，并對實驗期間可能出現的狀況進行分析，同時想出解決方案，對注意事項也進行了詳細陳述，參賽人員在大賽最后將自己的作品展示給評委并進行講解，由評委對各組的作品進行品嘗并打分。諸如類似的應用型微生物學實驗、競賽深受學生的喜愛，在實驗中可以培養及提高學生的科研動手能力，獨立實驗能力，拓寬學生的知識面，為就業奠定科研實踐基礎。
由于傳統實驗室并不配備多媒體設備，老師在實驗課中的講解難以給學生留下深刻的感性認識。學生大多按照授課老師的講述與操作演示依葫蘆畫瓢，這樣學生是機械被動地接受知識，不需動腦筋。這種教學形式完全忽略了學生的學習主觀能動性，使得他們形成依賴心理。多媒體課件教學具有信息量大、直觀形象又生動、易于理解等優點，在教學中發揮著重要作用［7］。因此在環境工程微生物學理論課程教學中，穿插多媒體教學對預備的微生物實驗進行演示與講解，可使微生物學實驗課變得更有趣味性，啟迪學生的思維。當然也有不足之處，其一，因為并不是真正在實驗室現場講解，所以缺乏示范操作；其二，互動效果較差，再加上幻燈或視頻速度快一閃而過，學生印象也不深刻。針對這種情況，我們嘗試著建立預習實驗報告機制，強化預習環節，提高教學效果，要求學生在理論課后、實驗課前，自己查閱實驗資料，撰寫實驗預習報告，針對實驗提出問題，并在實驗具體操作中解決問題，溝通理論與實踐，達到事半功倍的效果。目前環境工程微生物學實驗課仍不能作為一門單獨課程進行考核，而傳統實驗考核方式偏重實驗結果，不注重實驗細節與具體操作，這種考核方式打擊了認真動手操作的學生的積極性，助長了學生抄襲實驗結果的陋習。而嚴格的考核方式是一個雙向活動，既是對學生實驗動手技能與對實驗原理的理解及實驗疑難問題解析的檢查，又是幫助教師發現實驗教學中的不足并加以改進，提高教學質量的途徑。在考核過程中不僅會加強學生實驗技能的培養，還使學生養成科學嚴謹的態度。例如在整個實驗操作過程中，無菌操作貫穿了實驗課程的始末，為強化此實驗技能的培養，我們將無菌操作、細菌劃線分離純化等作為實驗技能的考核內容，讓學生明白考核的目的與意義。這樣學生的實驗考核成績涵蓋了出勤（10%）、預習實驗報告（20%）、實驗操作技能（30%）、實驗問題解答（10%）與實驗報告（30%）5個方面。這種考核制度，很大程度上打破了以往實驗成績考核方式的片面性、機械性與重復性等弊端，提高了學生的學習積極性。
經過3a的環境工程專業微生物實驗教學的改革探索，我們認為該專業微生物實驗內容的重新配置與轉變，更能突出環境專業的特色。從對環境工程微生物實驗課程的認識入手，以實驗教學為載體，提高學生的實踐動手能力，加強微生物學理論課程與實驗課程的聯系，將傳統的實驗內容進行優化整合，實行實驗內容多樣化，克服傳統實驗內容呆板單一的缺點，實現開放創新性實驗的大轉變，建立預習實驗報告制，完善實驗考核制，通過這些改革嘗試與探索，提高了學生的學習興趣，拓寬了學生的知識面，培養學生的創新意識，更好地達到環境工程專業培養人才的目標。（本文作者：孔芳、高勇、薛正蓮、楊超英單位：安徽工程大學生物與化學工程學院）
