微生物学实验教学改革的研究

摘要:为培养学生创新能力，提高微生物学实验的教学效果，本研究针对综合性大学农学院的微生物学实验教学改革进行了探讨。在实验内容上增加综合性和设计性实验，注重将科学前沿技术和生活案例融入实验教学内容，激发学生学习兴趣;在教学方法上建设教学资源库，通过录像强化训练学生基本实验技能，提高操作规范性;通过开展学生自主实验，锻炼学生查阅资料、设计创新方案和综合分析问题的能力;重新构建考核方式，增加平时实验和设计性实验的考核，完善考核机制。新教学模式使学生更加注重平时实验课程的学习积累，有利于开展设计更具创造性的实验，有利于创新型人才的培养。

关键词:微生物学;创新;教学改革;考核

微生物学是一门实践学科，其理论知识来源于实验，实验课是微生物学的重要组成部分。近年来，微生物学发展突飞猛进，新技术、新成果不断出现，传统教育模式也面临挑战［1，2］。很多农业院校实验教学工作者逐渐意识到传统实验教学存在实验内容陈旧、限制学生视野、创新能力不足等问题，达不到重实践和提高学生素质教育的目标，实验课程的教学改革已成为高等教育和本科教学评估中遇到的突出问题［3］，实验教学工作者开始思考如何更好开展微生物学实验课程教学，精心设计课程体系，以满足新时代社会发展对人才培养的需求［4～6］。上海交通大学作为一所综合性高校，其下设农业与生物学院拥有理学、农学、工学等多学科专业，针对全院不同的学科专业，微生物学实验的培养计划既要紧跟农业科技的发展调整实验内容，又要从各个专业视角增加学生知识面，使学生了解各自专业与微生物学的相关性，丰富知识领域视野，培养学生创新能力。农业与生物学院微生物学教学团队针对以往教学中存在的问题，在基本不改变实验课时的条件下，对实验教学体系进行重构，对部分内容和形式进行大胆改革尝试，把培养学生创新意识和能力放在首位，调整实验内容，改进教学方法，从实验内容、方法和考核方式等方面加强实验实践环节，促进观念、模式、内容和方法的全面改革，促进教学质量的提高，实现重知识传授到重创新思维能力培养的转变。

1微生物学实验课程教学体系的重构

1．1微生物实验课程内容的重新编排

验证性实验是通过验证某种认识或假说，使学生获得特定操作技能，在不断完善认知结构的基础上，促进学生验证和进一步理解所学理论，培养学生的实验基础能力［7］，然而教育的真正目的在于使学习者成为知识结构的设计者，使学习者善于学习，培养其创新能力［8］。单纯的验证性实验教学已不能满足高等教育的育人要求，而高校学生对验证性实验的学习也兴趣寡然、缺乏思考和主动性［9］。开设设计性实验，鼓励学生构思实验方案并付诸实施，对培养学生创新思维具有重要意义，设计过程是学生不断发现、解决问题的过程。减少验证性实验，增加综合性和设计性实验比重的观点已形成共识［10～12］。根据学院5个专业学生的培养计划和专业特点，我们对微生物实验课程内容进行重新布局(表1)。由表1可以看出，在学生掌握一定实验内容和操作技能的基础上，对实验内容进行整合，增加综合性实验项目。例如，在学生掌握显微镜使用及原核生物染色观察的技能基础上，将真核微生物的形态观察实验与微生物测量大小及计数实验串联合并成一个综合大实验项，使学生在一堂课中对微生物形态有系统的认知;增加“细菌总数与大肠菌群的测定”实验内容，并与“细菌快速生化鉴定”实验综合进行教学，使学生对样本中细菌与大肠菌群数定性和定量测定方法进行比较学习。综合实验项目不仅注重了实验内容之间的逻辑联系，同时增强了实验项之间的次序性和连贯性。实验教学内容变化的另一个特点是增加了设计性实验。例如将“环境因素对微生物生长的影响”作为开放性设计实验，学生根据已有知识并结合查阅文献等手段进行初步调研、选择适合自己或感兴趣的研究范围，确定具体的研究题目，设计实施方案。教师对学生方案的合理性、可行性和创新性进行评估并提供技术指导。开放性实验安排在实验课程后期，此时学生已掌握课程大部分基础知识，初步具备独立设计实验的能力，对其综合运用所学知识和自主学习是一种训练，同时又锻炼其创新设计的能力。由于方案思路、具体操作步骤、仪器用具等都是未知数，因而设计性实验的开展更具独立性和创新性，对学生更富有挑战性，能够激发学生完全投入到自己的实验研究中。

1．2将科学前沿和生活案例融入教学内容

生物技术飞速发展，新的实验技术方法层出不穷，作为综合性大学，将科研成果或技术路线转化成可供学生学习的教学项目，精心设计教学内容，融合本学科领域最前沿技术，增加学生新视野，提供学生熟悉和掌握先进科学技术的实践机会。例如由科研课题转化而来的实验项目—“单增李斯特菌感染对小鼠外周血ANAE+淋巴细胞的影响”(见表1)是依托于教学团队在研的国家自然基金项目，涉及李斯特菌感染和淋巴细胞的免疫效应的等研究热点，通过实验的讲解和学习使学生了解到李斯特菌对人类的危害和致病机理，将学术研究成果渗透到课堂，逐步实现由学习基础知识到科研接触的转化。微生物与生活息息相关，结合生活案例开展实验教学更容易引起学生的兴趣。在设计实验教学内容时，有意识的融入生活中与微生物学相关的实时案例，引入当前热点或有趣的话题作为教学切入点，将抽象知识化为具体有案例的实验教学。“动物病毒的接种与培养”和“尿素液收集与血凝和血凝抑制”实验时，结合当前社会热点“H7N9禽流感病毒”的案例阐述病毒抗原与阳性血清反应的原理及微生物学在生活和科研中的价值意义，同时引入病毒性质、疫苗研制过程等知识，极大增加了学生的学习兴趣;在“水中细菌总数与大肠菌群的测定”实验中，让学生到公园或餐饮场所采集检测水样，亲自动手检验生活周围的水环境。将生活案例融入实验教学是理论联系实践的有力证明，学生在实践过程中培养积极的学习体验兴趣和态度，在很大程度上促进学生的学习主动性和创造性的发挥，有利于发展学生的个性化［13，14］。

2教学方法的改革

2．1利用多媒体资源辅助教学

在形态观察实验中，通过显微镜观察的视野与教材图片有一定差异，对于初学者辨识有一定难度，学生学习效率低而且学习效果也不理想［15］。针对这一现象，我院引进MOTIC数码显微系统辅助教学，实现了有针对性的“一对一”辅导学生，而且实现了教师讲解和学生显微镜操作观察同时进行，学习更直观生动。借由数码互动系统拍照软件，将学生实验效果较好的视野进行拍片保存，按照原核生物与真核生物的不同属性分类建库，积累不同题材的微生物形态图片，供学生观赏学习，增加辨识度。同时，针对以往学生实验操作不规范等现象，对微生物学的基础实验操作技术和容易存在误区的操作方法进行拍摄录制成5～10min的视频，如划线分离、涂布平板、无菌接种等实验操作技术，在相应的教学内容中结合这些视频演示，增强示范性。学生观看学习演示视频后独立操作练习，老师进行总结分析，学生针对存在问题再次练习、强化训练，形成“观摩”—“练习”—“点评”—“复练习”的实践模式。将现代化的多媒体教学手段与常规教学手段结合，观摩学习、重点难点指导和反复训练的过程，加深学生印象，其操作更趋规范性，学习效率和效果也得到极大提高。

2．2鼓励学生自主教学

培养创新型人才，要培养学生自主学习、独立思考的能力。在真核微生物的染色与观察”实验中，分别请不同的同学在其各自的显微数码互动系统的终端显微镜下，现场完成对青霉菌、根霉菌、酵母菌等真核生物视野的寻找，指认各不同真菌的孢子形态、梗、根等结构指认，并对其繁殖方式进行简要叙述。学生讲解的视野同步展示在教师和其他同学的系统终端电脑界面，老师对其讲解进行点评，这一过程实现了教师和学生的角色互换，促使学生积极“备课”，主动学习，课堂气氛更加活跃。在学生自主设计实验研究期间，实验教学中心实行“三开放”，即实验项目、实验时间和实验室仪器材料的开放。具体操作为，老师提供开放的实验项目，学生根据兴趣自由选择题目;选定题目后，给予学生一定的时间查阅文献制定方案，学生可以机动灵活的自主安排实验时间而非局限于课堂有限的学时;在实验研究期间，实验室及仪器设备向学生开放，全力支持学生开展研究，破除了传统实验教学“固定”场所、“限制”时间和“统一”实验过程的固定架构，实现了以学生为中心自由发挥创造的目标。学生对于自己的实验处于主导地位，从设计到材料准备，从操作实施到结果分析，都亲自动手完成。整个过程有许多书本中无法学到的东西，让学生学会思考每一步操作的意义，对锻炼其逻辑思维及动手能力很有益处。实验结束时要求提交设计性实验的研究报告，包括实验目标方案、结果分析、创新点、对预期目标的完成情况等内容，并以PPT答辩的形式进行汇报，最后由教师对学生报告进行点评。自主式教学的过程鼓励了学生完成对自主学习到知识输出的过程，加深了对知识的理解，也是对其学习能力的培养。

3考核体系的重新构建

建立以能力考察为中心的实验课程多元化考核新模式，重视对学生实验过程的评价。以往的微生物学实验考核成绩方式为:实验报告占30%，实验理论考试占70%。这种考核方式容易造成学生不积极参与实验、抄袭报告的现象，而实验报告并不能真实反映学生的学习情况。多元化的考核体系，既保留了实验报告对本次实验的总结和期末考试知识水平的考察，又增加了对实践动手能力、综合素质能力和创新性思维的多方面考察。实验报告注重对实验结果分析和对实验成败的总结，培养学生科学素养和逻辑分析能力;期末考试涵盖课程实验项目的多数知识点，知识面考察较为综合;对平时实验的考核注重考察学生的实验操作技能和操作规范性，使学生更加认真对待实验课程的学习过程，而改变以往只注重实验报告的敷衍态度，这对于提升学生的实验素养和严谨的科学态度有较大促进作用，另一方面，对平时实验操作的考察也是对学生认真参与和完成实验的督促，也有助于教师得到学生真实学习效果的及时反馈;设计性实验鼓励学生课外拓展知识和查阅文献，在课堂上与老师交流发言，鼓励学生自主学习，对方案设计、报告总结和PPT汇报等综合考察，对于设计性实验出色完成者可提供加分项以示鼓励。

4教改成效

4．1实验操作规范性和学习积极性

提高由于考核方式增加了对平时实验操作和预习提问的考察，学生成绩不再仅依赖于实验报告和期末考试的形式，避免了学生敷衍了事的实验态度和和抄袭报告的顽疾，而且超过70%的学生在报告中主动分析实验结果，还有的同学引用参考文献对实验出现的问题进行深入分析，总结实验成败的因素。学生在操作显微镜时更加规范化，自觉擦拭油镜镜头、复位机械系统、整理实验用具等，这对于培养学生爱护贵重仪器、认真负责的科研态度有很好的促进作用。通过利用多媒体进行实验技术“观摩”—“练习”—“点评”—“复练习”的实践训练，反响效果较好，学生普遍掌握了规范的无菌操作和微生物分离纯化技术，课程成绩落实到实验具体操作，引起了学生对实验过程的重视。同时，由于对相关联实验教学内容进行了合并和调节，学生从整体把握对微生物培养、观察及研究其生化特性的过程，与以往老师提问时学生表现出知识零散紊乱、不积极应答的局面明显不同，课堂回答问题气氛活跃，多数学生能够按照老师的问题思路延伸思考、积极回答问题，学习热情饱满。

4．2学生在微生物相关研究课题的参与度增加

微生物实验教学改革实践运行后，我们统计了在创新实践项目和毕业设计中参与微生物相关课题的学生比例，分别有32．7%和50%的学生参加了与微生物相关的上海交通大学PRP项目和大学生创新计划IPP项目，在毕业设计论文中，55．6%的学生选择了与微生物相关的论文研究(上一级为42．3%)，研究课题的学术水平相对较高，如“灰略红链霉菌胞外蛋白酶产酶条件优化及克隆表达”“萨佩罗病毒感染宿主细胞特异性受体的筛选”“噬菌体裂解酶的制备及活性测定”“高产厚垣孢子木霉菌株构建机器拮抗特性研究”等既体现了学科前沿技术，又与实际生产有较强相关性，实用性强，吸引学生兴趣。学生通过微生物实验课程培养的实践动手和自主学习创新能力获得了自豪感和满足感，他们有自信能在导师带领的团队大课题中承担部分研究内容，在实践过程中表现出的多视点多方法创造性的思维得到了导师的肯定，提升了学术水平和团队合作精神。

5结语

微生物实验教学重在培养学生实践能力和创新能力，通过对实验教学内容、教学方法和考核体系的改革，摸索出培养学生开放性思维和创新能力的实验教学“新”模式，以培养学生能力为核心，给予学生充分的发挥空间，调动积极性和挑战性，从而适应高校创新型人才的培养目标。

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作者：刘艳；王恒安；严亚贤；庄天明；周选围 单位：上海交通大学