醫(yī)學(xué)微生物學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)改革的探索

摘 要 設(shè)計性實驗是指學(xué)生自行設(shè)計實驗方案，在教師指導(dǎo)下加以實施的一種實驗教學(xué)模式。它能充分調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，極大地提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的能力。為此，我們以近些年新發(fā)生的新型傳染性疾病相關(guān)病原微生物作為研究對象，將其關(guān)鍵分子的原核表達(dá)實驗引入醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實驗課的設(shè)計性實驗教學(xué)中，通過闡述實驗的組織、實施、教學(xué)成果及存在的問題，探討適用于該課程設(shè)計性實驗的教學(xué)方法和教學(xué)組織形式。

關(guān)鍵詞 醫(yī)學(xué)微生物學(xué) 教學(xué) 實驗課 設(shè)計性實驗

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

實驗課可以進(jìn)一步加深學(xué)生對理論課的知識的理解和記憶，也是提升學(xué)生觀察能力、操作能力、思維能力、運用能力等智力因素的一個重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的一個重要手段。①因此，實驗教學(xué)在知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)方面具有其它教學(xué)方式不可取代的重要地位和作用。然而，目前包括我校在內(nèi)的大部分高校的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實驗教學(xué)大多為驗證性實驗，其基本模式是教師為學(xué)生準(zhǔn)備好所有的實驗材料，并按照預(yù)先制定好的實驗程序安排學(xué)生機械地完成規(guī)定的實驗內(nèi)容。②這嚴(yán)重制約了學(xué)生的主動性和積極性，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和獨立工作能力的培養(yǎng)，不利于學(xué)生個性的發(fā)展。因此，迫切需要在實驗教學(xué)中引入能啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力的設(shè)計性綜合實驗。

設(shè)計性實驗是指由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案，并在教師指導(dǎo)下加以實施的一種實驗課教學(xué)模式。它將學(xué)生在已有的理論知識基礎(chǔ)上，進(jìn)一步有目的地獲取新的知識，可調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性，最終提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)分析和解決問題的能力。③為提高實驗課的教學(xué)質(zhì)量，《普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評估方案（試行）》中明確了設(shè)計性實驗的重要性和在整個課程中所占的比例。④本文分析本教研室今年來采用的設(shè)計性實驗教學(xué)的實踐活動，探討了微生物設(shè)計性實驗的教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)組織形式。

1 本文的設(shè)計性實驗教學(xué)的思想

近年來，在世界范圍內(nèi)發(fā)生了一些新型傳染性疾病，如禽流感和豬流感病毒導(dǎo)致的人的感染、NDM-1超級耐藥細(xì)菌的感染等，引發(fā)高度關(guān)注。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們將相關(guān)病原微生物的關(guān)鍵分子，如流感病毒血凝素和NDM-1金屬- -內(nèi)酰胺酶等的原核表達(dá)引入實驗課中，并開展設(shè)計性實驗教學(xué)研究探索。在學(xué)生完成基礎(chǔ)實驗的前提下，我們指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，表達(dá)上述關(guān)鍵分子；最后指導(dǎo)學(xué)生撰寫論文，并模仿研究生答辯的方式進(jìn)行總結(jié)匯報。我們希望在實驗中引入受到廣泛關(guān)注的新型病原微生物，并且采用臨床醫(yī)學(xué)生向往的分子生物學(xué)技術(shù)，以激發(fā)學(xué)生對醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的科研能力。在這一過程中，我們也嘗試建立一套適合于培養(yǎng)我校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)和實驗課的教學(xué)體系。

2 設(shè)計性實驗教學(xué)的實施方案

2.1 實驗前的準(zhǔn)備

我校的醫(yī)學(xué)本科生課程中，生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)微生物學(xué)分別依次在第三個連續(xù)的學(xué)期開課。因此，在生物化學(xué)開課的學(xué)期，我們從32個實驗班中選取所有課程總平均成績相差在5分以內(nèi)的6個班，隨機將這6個班分成兩組，每組三個班。其中一組為實驗組，采用上述實驗教學(xué)方法，另一組采用常規(guī)教學(xué)方法。通過年級的學(xué)習(xí)部向?qū)嶒灲M學(xué)生發(fā)放相關(guān)資料，讓學(xué)生初步了解實驗課教學(xué)改革的思想，并建議學(xué)生在完成正常的課程學(xué)習(xí)后，重點學(xué)習(xí)分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)原理，如PCR及DNA瓊脂糖凝膠電泳、質(zhì)粒提取、DNA酶切及連接、感受態(tài)細(xì)胞制備、蛋白誘導(dǎo)表達(dá)、SDS-PAGE等，為下學(xué)期實驗課中所需的分子生物學(xué)知識扎實的基礎(chǔ)。

在開課前四周，利用課余時間，進(jìn)一步向?qū)W生講授上述技術(shù)原理，操作步驟及注意事項。并采用閉卷考的形式，檢查學(xué)生對相關(guān)知識的掌握情況。最后，教師親自操作，向?qū)W生演示上述實驗技術(shù)的操作要領(lǐng)。

2.2 設(shè)計實驗方案

在設(shè)計性實驗開始的前8周里，我們規(guī)定學(xué)生在兩周內(nèi)，以《分子克隆實驗指南》（第三版）為主要參考書目，并在CNKI或highwire等數(shù)據(jù)庫中查閱一定量的文獻(xiàn)，然后采用小組討論的方式，完成具體實驗方案的制定。然后由指導(dǎo)教師對實驗方案提出修改意見，進(jìn)行修改，在第8周末確定最終實驗方案。

2.3 實驗操作

從第9周開始，學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案，利用課余時間進(jìn)入實驗室開展實驗。在此后的四周時間里，實驗室全天對學(xué)生開放，為學(xué)生配備所需的實驗材料、試劑、培養(yǎng)基和儀器等。在學(xué)生實驗期間，安排教師全時段值班并陪同學(xué)生實驗，解決學(xué)生在實驗過程中遇到的問題，并確保實驗室安全，以防出現(xiàn)事故。學(xué)生在實驗過程中做實驗記錄，寫實驗報告。

2.4 實驗論文的撰寫及實驗匯報

在實驗前和實驗中，分多次系統(tǒng)地向?qū)W生講解論文寫作的相關(guān)知識，首先講解論文寫作的意義、一般要求，然后用舉例的方式，重點講解摘要、前言、材料和方法、結(jié)果和討論的格式和具體要求。在實驗完成后，指導(dǎo)每個小組的學(xué)生完成論文寫作，并幫助學(xué)生修改論文，在反復(fù)修改后，以小班為單位，要求各組將自己的論文以PPT報告的形式，按照研究生畢業(yè)答辯的要求進(jìn)行交流，并擇優(yōu)在全班范圍內(nèi)進(jìn)行交流。

3 教學(xué)方法的成果分析及問題總結(jié)

在多年的教學(xué)實踐中，我們發(fā)現(xiàn)，雖然每個實驗班在實驗的過程中會遇到一些問題，但是經(jīng)過四～五周的實驗，每個實驗小組最終都能完成實驗方案的全部內(nèi)容，并能獨立完成論文寫作和實驗總結(jié)報告。通過認(rèn)真分析學(xué)生的學(xué)術(shù)論文和總結(jié)匯報，并且最后比較實驗班和非實驗班的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)這門課程的期末考試成績，我們認(rèn)為，本教研室采用的設(shè)計性、創(chuàng)新實驗取得了滿意的效果，完全達(dá)到預(yù)期的目的。這種教學(xué)模式的成果主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 設(shè)計實驗課對醫(yī)學(xué)微生物學(xué)學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用

我們采用的是綜合性實驗，實驗過程中需要用到多種分子生物學(xué)和基本的微生物學(xué)技術(shù)和操作，通過系統(tǒng)的訓(xùn)練，學(xué)生的實驗操作能力明顯得到提升。從實驗考核（表1）來看（以2010級本科生為例），實驗班高分段（>90分和80分～90分）人數(shù)和平均成績明顯高于非實驗班。這表明與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式相比，新實驗教學(xué)模式在培養(yǎng)和提高學(xué)生的動手能力方面有較大的優(yōu)勢。在學(xué)生準(zhǔn)備及實驗過程中，針對實驗方案所涉及的領(lǐng)域查閱一些相關(guān)資料，對相關(guān)病原微生物學(xué)的基本特性、致病機制等方面的內(nèi)容有了進(jìn)一步的熟悉和理解，從而豐富了微生物學(xué)知識體系。因此，值得一提的是，在實驗班的期末考試的成績（表2）也顯著高于非實驗班（以2010級本科生為例），這表明設(shè)計實驗可以提高學(xué)生對醫(yī)學(xué)微生物學(xué)課程學(xué)習(xí)的興趣，增強了學(xué)生對微生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)、理解和記憶的能力。

3.2 學(xué)生的科研能力得到提高

3.2.1 文獻(xiàn)調(diào)研、論文寫作能力得到了提高

由于在實驗方案的準(zhǔn)備及論文寫作的過程中需要參考資料，每個實驗小組都在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)，并查閱了相關(guān)的圖書資料，因此，學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力在這一過程中得到了有效的鍛煉和提高。由于要求學(xué)生按照公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文的格式進(jìn)行論文寫作，而在這一過程中，學(xué)生必須認(rèn)真總結(jié)自己的實驗過程和實驗數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治龊陀懻?，而且在論文寫作過程中，需要反復(fù)按照老師的意見和建議進(jìn)行修改，因此，在這一過程中不僅有效鍛煉了學(xué)生的文字功夫，還使他們系統(tǒng)分析問題的能力得到了較大的提高。最后由于我們要求每個實驗小組安排一名同學(xué)進(jìn)行實驗總結(jié)報告，在這一過程中，學(xué)生需要自己組織PPT多媒體文件，并進(jìn)行匯報。

3.2.2 科研思維和實驗技能得到了有效的訓(xùn)練

本實驗需要用到較多的分子生物學(xué)技術(shù)，此外，還需要用到培養(yǎng)基配制、細(xì)菌分離培養(yǎng)及鑒定（蛋白表達(dá)宿主菌）、無菌操作技術(shù)、感受態(tài)細(xì)胞制備及發(fā)酵技術(shù)等微生物學(xué)技術(shù)。在開展實驗前，學(xué)生必須首先理解相關(guān)的技術(shù)原理，然后將實驗所需的多項實驗技術(shù)組成一個有序、連貫的有機整體。這一過程的深度和廣度是傳統(tǒng)實驗課的內(nèi)容無法達(dá)到的。在規(guī)定內(nèi)容實驗課上，學(xué)生每次學(xué)到的是一項或幾項實驗技術(shù)，而在自主設(shè)計實驗過程中，學(xué)生自主地組合并綜合應(yīng)用這些技術(shù)。在實驗過程中，學(xué)生組成團(tuán)隊分工合作，密切配合，共同完成了實驗，這培養(yǎng)了他們的團(tuán)結(jié)合作精神。學(xué)生往往需要要進(jìn)行1～2次的復(fù)復(fù)實踐才能掌握這些技術(shù)，尤其是當(dāng)出現(xiàn)問題時，實驗重復(fù)的次數(shù)會增加。學(xué)生在老師的指點下，分析并解決問題，不僅掌握了技術(shù)本身，而且學(xué)會了分析并解決問題的科研思維能力。

3.3 教師的素質(zhì)獲得提高

首先，我們所采用的自主設(shè)計實驗難度接近科研課題，教師必須具備較強的科研能力才能順利完成該實驗，因此對施教老師的素質(zhì)和能力也提出了更高的要求。其次，教師需要自己開展預(yù)實驗，并向?qū)W生講述實驗技術(shù)的原理、示范相關(guān)操作要領(lǐng)；再次，在制定實驗方案的過程中，教師要在查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，才能發(fā)現(xiàn)學(xué)生擬定的實驗方案中存在的問題，這對促進(jìn)教師的教學(xué)起到了積極作用。教師在于學(xué)生交流的過程中，自身的科研水平也得到了提高，更有利于實驗教學(xué)工作，從而達(dá)到以教促學(xué)，以學(xué)促教，教學(xué)相長，共同發(fā)展的良性循環(huán)。

4 存在的問題及對策

為了完成自主設(shè)計實驗，本教研室的教師付出了比傳統(tǒng)教學(xué)實驗更多的時間和精力，做出了更多的犧牲。首先，需要我們在上學(xué)期就要開始為該學(xué)期的實驗設(shè)計進(jìn)行提前宣傳，做好準(zhǔn)備。在自主設(shè)計實驗的過程中，教師要利用業(yè)余時間為學(xué)生講解相關(guān)病原微生物的各種知識、各個實驗技術(shù)的原理和操作注意事項。在指導(dǎo)學(xué)生修改實驗方案的過程中，需要對學(xué)生的實驗方案進(jìn)行修改。在實驗過程中，即使是在晚上和周末，只要學(xué)生做實驗，教師就要全時段值班，指導(dǎo)實驗。因此，教師需要花大量的時間。這就要求我們的教師必須有無私奉獻(xiàn)的精神，要對工作負(fù)責(zé)，從工作的角度出發(fā)，不計較個人得失。

5 總結(jié)

與傳統(tǒng)的驗證性實驗相比，我們所采用的設(shè)計性實驗首先通過具有轟動效應(yīng)的病原微生物激發(fā)學(xué)生的實驗興趣和熱情。其次，我們的設(shè)計性實驗使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，由“授之以魚”轉(zhuǎn)變成“授之以漁”。這種實驗課的教學(xué)模式首先直接提高了醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的實驗技能，并間接增強了醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的學(xué)習(xí)效果。它在培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力和創(chuàng)新能力方面的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的驗證性實驗。在完成自主設(shè)計實驗的過程中，學(xué)生對科研工作有了初步的認(rèn)識，對查閱資料、設(shè)計方案、開展實驗、進(jìn)行報告和總結(jié)等方面進(jìn)行了初步嘗試，積累了一定的經(jīng)驗，這為今后繼續(xù)學(xué)習(xí)，積累了一定經(jīng)驗，奠定了基礎(chǔ)。雖然我們在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實驗教學(xué)中進(jìn)行了上述的嘗試，也取得了一定的成績，但是當(dāng)然還存在一定的問題，這需要我們堅持在教學(xué)改革的道路上繼續(xù)探索。

注釋

① 陳瓊?cè)A，錢黎明.微生物學(xué)實驗教學(xué)改革中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探索.中山大學(xué)學(xué)報論叢[J].2006.26（6）：22-26.

② 易力，汪洋，陳萬光等.推進(jìn)微生物學(xué)實驗教學(xué)改革培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力[J].實驗室科學(xué)，2010.13（1）：10-11.

③ 王秋華，魯秀國，吳彩斌，等.開展“環(huán)境微生物學(xué)”課外實踐小組的探索[J].實驗室研究與探索，2010.29（2）：99-102.

④ 周宜君，韋善君，高飛，等.設(shè)計性實驗和學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的有效對接[J].實驗室科學(xué)，2011.14（2）：1-4.