生物工程專業(yè)微生物學實驗教學改革的探索與實踐

劉逸寒 郭 艷 王春霞 路福平

（天津科技大學，天津 300457）

生物工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具備生物工程基本知識，動手能力強、創(chuàng)新意識強、科學素養(yǎng)高，能在生物工程及其相關(guān)領(lǐng)域從事設計、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開發(fā)的應用型高級工程技術(shù)人才，要實現(xiàn)以上教學目標，生物工程專業(yè)本科階段教育的重點及難點就應該致力于學生創(chuàng)新能力與實踐能力的培養(yǎng)。而作為生物工程專業(yè)本科實踐教學環(huán)節(jié)中的基礎一環(huán)，微生物學實驗課程對于學生奠定理論知識基礎，培養(yǎng)創(chuàng)新與實踐能力具有非常重要的作用。通過本課程的教學，可以使學生較熟練掌握微生物學實驗的基本操作技術(shù)，初步掌握研究微生物的基本方法。同時通過對具體微生物材料的觀察、分析，進一步加深和鞏固對微生物學理論課所學知識的理解，提高學生分析和解決實際問題的能力。

作為天津批準建設的精品課程工業(yè)微生物的實踐課程部分，針對生物工程專業(yè)的特點，我們對微生物學實驗課程內(nèi)容改革、教學方法改進優(yōu)化、考核形式變化創(chuàng)新等方面進行了一些探索與實踐。我院微生物學實驗課程主要包括以下內(nèi)容：四大類微生物的接種、培養(yǎng)和形態(tài)觀察，要求學生在已修習微生物學理論課程的前提下，掌握基本的微生物試驗操作方法，以使學生通過實驗方法和實驗觀察結(jié)果來加深對微生物學理論課的理解和掌握。通過科學實驗方法和實驗技能等方面的系統(tǒng)訓練，實驗課程致力于培養(yǎng)學生在實踐中綜合應用所學知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，以促進其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的提升。

一、改革實驗課的教學內(nèi)容

1.加大微生物學實驗原理的教學力度

在長期的教學實踐中，我們發(fā)現(xiàn)在整個實驗課程的操作過程中，大多數(shù)學生基本可以按照教學內(nèi)容需要，完成各項實驗操作，得出實驗結(jié)果。但在隨后的閉卷考試中，卻反映出一部分學生對于微生物實驗操作的很多實驗原理認識模糊不清，學生在實驗中更多的充當?shù)氖遣僮鞴さ慕巧?，而未能從掌握微生物基礎知識的層次上理解所學內(nèi)容，并且不能與之前在微生物學理論課上所學的知識相聯(lián)系，不能將知識活學活用，融會貫通。

鑒于此種情況，我們在實驗課的日常教學中，應著力加大微生物學實驗原理的教學力度，增大實驗原理的教學學時與教學內(nèi)容，在實現(xiàn)實驗教學效果的過程中，更加注重對實驗原理的考核。比如在干熱空氣滅菌這一課中，在講述操作步驟和注意事項時，對干熱空氣滅菌的實驗原理進行詳細剖析，讓學生掌握干熱滅菌是利用高溫使微生物細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固變性而達到滅菌的目的，掌握細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固性與其本身的含水量有關(guān)，在菌體受熱時，當環(huán)境和細胞內(nèi)含水量越大，則蛋白質(zhì)凝固就越快，反之含水量越小，凝固緩慢，以此理解為什么與濕熱滅菌相比，干熱滅菌所需溫度高（140-160℃），時間長（2-4小時），并且干熱滅菌溫度不能超過180℃，以這種方式加強學生對干熱滅菌的各項操作步驟和注意事項的深層次了解和掌握。

在學習配制微生物培養(yǎng)基課程中，為幫助學生掌握無菌操作的概念和基本操作技術(shù)，詳細講解培養(yǎng)基配制的基本材料以及各種材料的作用，以幫助學生更清晰的掌握各種培養(yǎng)基配制的方法及其操作要點。結(jié)合微生物實驗課程的授課目標，重點講解革蘭氏染色中陽性菌被著色的實驗原理，使學生從細胞結(jié)構(gòu)層面理解革蘭氏陽性菌之所以比陰性菌易于著色，是因為這兩大類細菌的細胞壁的成分與組成差異極大，細胞壁中肽聚糖與類脂質(zhì)含量的多少直接影響著革蘭氏染色的結(jié)果。除此之外，我們還將甲基紅試驗及乙酰甲基甲醇試驗（V-P）的反應原理及用途，甲基紅試驗測定細菌利用葡萄糖產(chǎn)酸能力強弱的原理等內(nèi)容作為學生重點掌握的內(nèi)容。

2.擴展微生物形態(tài)與生化特征相關(guān)教學內(nèi)容

微生物的形態(tài)觀察和生化特征的鑒別是微生物學實驗應該重點講授的內(nèi)容，即可以使學生在前期修習完微生物學理論課的基礎上，加深對微生物分類、細胞結(jié)構(gòu)與微生物生理生化特性等重點知識的掌握，也可使學生在顯微鏡使用，各種培養(yǎng)基配制，無菌操作等基本實驗技能方面得到提高。擴展后的微生物形態(tài)與生化特征相關(guān)教學內(nèi)容包括了如下大類：細菌、酵母菌及霉菌的形態(tài)觀察、真菌的接種與培養(yǎng)以及細菌生理生化實驗等，其中細菌的生理生化實驗是菌種鑒定的重要依據(jù)，通過細菌的生理生化反應可以了解細菌在不同基質(zhì)中的各種代謝途徑和不同代謝產(chǎn)物，因此是微生物形態(tài)觀察與生化特征方面的重點授課內(nèi)容。我院開設的微生物學實驗課程在新的教學改革中對微生物形態(tài)與生化特征等教學內(nèi)容進行了相應擴展。

在細菌生理生化特性相關(guān)的實驗教學內(nèi)容中，我們選取了相對重要的十個試驗進行詳細講解，包括糖發(fā)酵試驗（葡萄糖和乳糖發(fā)酵實驗）、三糖鐵高層斜面試驗、檸檬酸鹽利用試驗、甲基紅試驗、V-P試驗、吲哚試驗、石蕊牛乳試驗、明膠液化試驗、硝酸鹽還原試驗和硫化氫試驗。一方面我們將這些生理生化試驗的實驗原理向?qū)W生進行詳細講解，并在考試中加大此部分內(nèi)容的考核力度，另一方面在這些試驗進行的過程中，讓學生重點區(qū)分因細菌生理生化特性差異所產(chǎn)生的不同試驗結(jié)果，幫助學生完成不同菌種的鑒定。

二、優(yōu)化實驗課的教學方法

目前的微生物學實驗課程的教學模式還是沿襲以往的教師演示，學生操作得出實驗結(jié)果后，書寫實驗報告，任課教師對學生的實驗報告進行批改后得出實驗課成績的方式。這種方式某些程度上不能全面促進學生對于實驗課程的學習積極性，因此我們在微生物學實驗課程的教學實踐中，積極探討教學方式方法的優(yōu)化改進，努力創(chuàng)新符合新時期教育要求的新的教學模式。

1.加強對微生物學實驗課的過程管理

自天津市精品課程建設以來，我們一直致力于加強對微生物學實驗課的過程化管理，引導學生在實驗進行過程中均能嚴格規(guī)范的完成各項操作。一方面，在日常教學中，結(jié)合以往出現(xiàn)的實驗事故進行實驗室注意事項的講解，以引起學生的充分注意。另一方面將講解和動手指導相結(jié)合，合理分配教師講授和學生動手操作的時間，教師在課堂上除了做好演示外，嚴格規(guī)范微生物學基本實驗操作，還依據(jù)實際情況隨時糾正學生不正確的操作，以更加有效地幫助學生掌握正確的實驗操作方法。除了對學生的實驗報告有嚴格的書寫要求外，實驗報告的內(nèi)容也并不像以往一樣放在學生對實驗原理的描述上，而把學生需完成的內(nèi)容主要定為對實驗結(jié)果的記錄和分析，并要求學生根據(jù)自身實驗操作的實際情況，對實驗中存在的問題和不足進行詳細分析。同時注重對實驗原始結(jié)果的考核，如細菌或霉菌接種后平板的情況、細菌染色后載玻片的處理情況、細菌生理生化實驗中試管內(nèi)的反應情況等，以引導學生對實驗過程、實驗操作和實驗細節(jié)更加重視。

2.加強對學生實驗思維能力的訓練和科學精神的培養(yǎng)

為培養(yǎng)更加符合社會需求的應用型人才，加強對學生實驗思維能力的訓練，培養(yǎng)學生的實驗科學精神，近年來，我們以天津科技大學實驗室開放基金和生物工程學院本科生開放研究基金的申報為契機，積極鼓勵對科學研究有興趣，學有余力的學生在微生物實驗課老師的指導下，以自由組合的實驗小組為單位，由老師提出建議性研究課題，在對實驗基本目的和實驗原理有清晰認識的基礎上，在指導教師的帶領(lǐng)下積極申報學校實驗室開放基金和學院本科生開放研究基金，近年來已獲批數(shù)項：如“大腸菌群檢測新國標在教學實驗中的試運行”、“耐酸性α-淀粉酶產(chǎn)生菌的篩選及培養(yǎng)基優(yōu)化”等研究課題。整個課題由這些學生實驗小組開展并完成，包括整個課題的開題報告，實驗開展，以及結(jié)果分析與討論等。項目實施過程中，由指導教師提出相關(guān)意見和建議。這些課題的開展實施不僅提升了學生的實驗操作能力及團隊協(xié)作能力，而且增強了學生綜合思考問題的能力，分析解決問題的能力。

三、實驗課考核形式的改革與創(chuàng)新

長久以來，微生物學實驗課程作為與理論課相配套的實踐環(huán)節(jié)，往往以實驗報告和平時成績的方式來確定學生的最后成績。受此傳統(tǒng)觀念的影響，雖然絕大部分高校的微生物學實驗課如今都已單獨設課，但也缺少特定的考試環(huán)節(jié)，一般都是通過實驗報告的優(yōu)劣來判定課程成績。但是缺少了考試環(huán)節(jié)，學生也就缺少了壓力，對課程的重視程度就會下降，學習的主動性和積極性也會降低，實驗課的教學效果必然會大打折扣。因此，我們對于微生物學實驗課程改革的另一個重點便是考核方式的改革，改變以往主要由實驗報告的批改來確定實驗課成績的作法，變?yōu)槿梼?nèi)容的考核方式：實驗操作及實驗原始結(jié)果、實驗報告和實驗理論考試。實驗操作及實驗原始結(jié)果主要是考察學生配制培養(yǎng)基、接種等實驗操作的規(guī)范性，及各項實驗結(jié)果的正確性；實驗報告的考核則主要考查學生對于實驗結(jié)果記錄及討論分析的科學性；實驗理論考試著重于實驗操作中的注意事項，以及學生對實驗原理的掌握程度。這三方面內(nèi)容的共同考核較好的保證了學生對微生物學實驗重點教學內(nèi)容的全面理解。

四、結(jié)束語

近年來，在學校對天津市精品課程工業(yè)微生物建設的大力支持下，我們對微生物學實驗課程進行了上述教學改革的探索與實踐，這些教學改革實踐促進了本科生綜合實驗能力的提升。指導本科生畢業(yè)設計的老師普遍反映，經(jīng)過微生物學實驗課程訓練后，學生對細菌和真菌的形態(tài)和特征有了非常清晰的認識，進入研究狀態(tài)很快；2009年、2011年在天津市每兩年舉辦一次的天津市大學生生命科學基本實驗技能競賽中，經(jīng)過微生物學實驗課程訓練，微生物學實驗成績優(yōu)秀的學生均取得了優(yōu)異成績，這些都在一程度上說明了微生物學實驗課程教學改革的成效。

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