新課標視角下的高師微生物實驗課程探究性教學研究

戴亦軍等

[摘 要]《義務教育生物學課程標準》倡導探究性學習以及注重課程內容與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。培養(yǎng)適應探究性教學的師范生是當前師范院校生物專業(yè)本科生培養(yǎng)的重要課題之一。在本科生專業(yè)必修實踐課程微生物學實驗教學中開展探究性教學，優(yōu)化實驗教學內容的編排，并注重與中學生物課程標準的銜接，變驗證性實驗為研究性實驗，使研究對象貼近“生活化”，以學生為主體，提升學生的學習興趣，重視基本技能的掌握和科研論文寫作能力的考核。上述措施有效地提升了師范生的探究能力，有助于培養(yǎng)高質量的適應中學生物學新課改要求的新型生物教師。

[關鍵詞]微生物學實驗 師范生 探究性學習 生物課程標準

[中圖分類號] Q93-3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）04-0139-03

教育部頒布的《義務教育生物學課程標準》（2011版）注重提升學生的生物科學素養(yǎng)，倡導探究性學習以及注重課程內容與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。在實驗教學方面，新課程標準力圖促進學生學習方式的變革，引導學生主動參與探究過程。教師的主要任務是給學生提供實驗條件及必要的參考資料，指導學生設計和進行實驗，參加和輔導學生的討論。[1]新課程標準的實施對中學生物教師的實驗教學能力提出了更高、更新的要求。如何適應生物學新課程標準的要求，培養(yǎng)具有探究精神和較強實驗教學能力的新課程教師，是當前師范院校生物專業(yè)師范生培養(yǎng)的重要課題之一。

微生物學實驗的基本方法和技術是生命科學專業(yè)人才必須掌握的基本技能，也是現(xiàn)代生物工程和生物技術的重要基礎，微生物學實驗課程是當代生命科學中一門重要的專業(yè)必修實踐課。[2] [3]在微生物實驗教學實踐中開展探究性教學，優(yōu)化微生物學實驗教學內容并與普通高中生物課程標準中相關微生物內容進行銜接，可以提升師范生的微生物學基本實驗技能的掌握和探究能力，從而培養(yǎng)高質量的適應中學生物學新課改要求的新型生物教師。[4]筆者近幾年一直從事生物專業(yè)師范生的微生物實驗課程的指導，從實驗內容設計與編排、實驗教學方法、考核體系等方面入手，建立探究性微生物學實驗課程的教學體系。

一、教學內容的編排以探究科學問題為主線，注重學生探究性思維的訓練

傳統(tǒng)微生物學實驗教學內容通常是以微生物基本操作技能為主線進行組合和編排，內容包括細菌染色技術、顯微鏡觀察技術和微生物形態(tài)特征觀察、接種與分離純化技術，培養(yǎng)基制備和滅菌除菌技術，生長繁殖測定技術和噬菌體檢測技術，菌種保藏技術和分類鑒定技術。這種實驗教學有利于促進學生的微生物基本操作技能的掌握，不足之處在于沒有給學生創(chuàng)設主動思考和判斷的情境，不利于培養(yǎng)學生的探索精神；其次是每個操作技術相對獨立，學生難以理解這些實驗操作技術之間的相互關聯(lián)性以及每個實驗操作技術在探索性研究中的作用和意義，不知道如何學以致用，因而缺乏持續(xù)學習的興趣和積極性。一些學校通過增設綜合性和研究性的提高型實驗來彌補上述不足，但受教學課時和教師人力物力投入等因素的制約，這些提高型實驗只是針對少數(shù)學生，大多數(shù)學生未能體驗到實驗的探究性。[4] [5]

我校在遵循微生物學實驗教學的基本規(guī)律的基礎上，結合研究性教學的特點，對微生物學實驗教學進行了改革。課程內容的編排以探索科學問題為主線，將整個微生物學基礎實驗課程內容重新組合成“環(huán)境微生物多樣性調查”、“功能微生物的篩選鑒定、培養(yǎng)條件優(yōu)化與選育”和“水質微生物學檢驗”三個實驗模塊。第一模塊圍繞土壤、水和空中微生物的多樣性問題開展土壤樣本的采集和其中微生物的分離、培養(yǎng)；識別細菌、酵母、放線菌和真菌四大類微生物的菌落特征并進行計數(shù)；對分離的細菌進行革蘭氏染色和油鏡觀察；對酵母進行血球計數(shù)片計數(shù)；對分離的放線菌和霉菌進行搭片培養(yǎng)并觀察其孢子形態(tài)；采集水環(huán)境樣本，對其中大腸桿菌噬菌體進行增殖培養(yǎng)和噬菌斑的觀察，該模塊共計為四個單元實驗。第二模塊側重于特性功能微生物的獲得，從土壤中分離獲得產淀粉酶的菌株，然后圍繞該菌株開展培養(yǎng)基的配制、發(fā)酵條件優(yōu)化、菌種16S rRNA基因序列分析和鑒定、紫外線誘變育種等五個單元實驗。第三個模塊圍繞校園水庫的水質如何這一問題開展，學生從水庫中采集水樣，按照相關國標的要求測定水中的細菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)其及生理生化反應、分離到的大腸桿菌的血清學檢驗等三個單元實驗。目前，以上述教學內容為主體的《微生物學模塊化實驗教程》一書已由高等教育出版社出版發(fā)行。將微生物操作的基本方法融入探究性實驗模塊中，讓學生在實驗過程中掌握微生物實驗操作基本技能，讓學生經歷科學研究的全過程，從而使學生的科學素養(yǎng)和探究能力得到實質性提升。如在第一模塊中，學生首先按照土壤樣本采集的標準方法從校園內不同地點采集土樣，帶回實驗室采用稀釋分離法涂布肉湯培養(yǎng)基、高氏一號培養(yǎng)基和馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基，同時學生采集口腔微生物樣本，進行單染色和油鏡觀察；第二次實驗則是觀察上述涂布平板上的菌落形態(tài)，然后挑取細菌進行革蘭氏染色和油鏡觀察，同時學生做插片培養(yǎng)放線菌和霉菌；第三次實驗是學生觀察霉菌和放線菌的形態(tài)特征以及酵母菌的血球平板計數(shù)；第四次實驗則安排學生進行水體樣本采集，從中分離和純化大腸桿菌噬菌體并觀察噬菌斑。[6]學生在探究土壤微生物多樣性過程中依次學習了稀釋涂布法、單染色法、接種環(huán)的無菌操作法、革蘭氏染色方法、油鏡觀察方法、插片培養(yǎng)方法等實驗操作技能，這些實驗方法以土壤微生物的多樣性的研究進行串聯(lián)，學生更容易理解和掌握。我們的抽樣調查表明，學生普遍掌握了開展探究性實驗所需的各種要素以及清楚地知道如何設計和開展探究性實驗，因而能很好地適應中學新課程標準開展探究性學習的要求。另外，微生物學模塊化實驗設置的內容基本上覆蓋了高中生物課程標準涉及的“微生物的利用”實驗內容，包括進行微生物的分離和培養(yǎng)、測定某種微生物的數(shù)量、研究培養(yǎng)基對微生物的選擇作用、探討微生物的利用、嘗試利用微生物進行發(fā)酵來生產特定的產物，因而本專業(yè)學生能駕輕就熟地指導中學生開展微生物的利用實驗。

二、變驗證性實驗為研究性實驗

探究性實驗遵循單一變量原則和對照原則，其中對照原則要求實驗要設立實驗組和對照組。傳統(tǒng)微生物學實驗內容、材料和方法都是由指導老師預先安排好的，甚至實驗結果也是已知的，學生只要按規(guī)程操作，得出與“標準答案”相符的結果就算完成了學習任務。[7]例如革蘭氏染色實驗，老師準備好大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的標準菌株，學生按照革蘭氏染色的基本步驟進行實驗操作，在油鏡下觀察到深紫色的球狀菌和紅色的桿狀菌，即表明學生掌握了革蘭氏染色技術和油鏡的使用方法。由于所用標準菌株染色結果是已知的，因而上述實驗屬于驗證性實驗，學生體驗不到實驗的探究性。我校的微生物實驗將革蘭氏染色技術作為實驗方法列入環(huán)境微生物多樣性調查模塊的實驗二“細菌的形態(tài)觀察與鑒定”中，用于革蘭氏染色的菌株則是學生在實驗一“環(huán)境微生物采集與分離”中自己分離和培養(yǎng)的菌株。學生進行革蘭氏染色時，要在同一塊載玻片上將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌與自己分離的菌株按相同步驟進行染色。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在本實驗中可作為標準對照組，而學生自己分離的菌株則為實驗組，其染色結果事先并不知曉，因而這樣的實驗安排能反映出探究性實驗的特征。另外，學生觀察的結果會隨著挑選不同的菌株而不同，而不是驗證性實驗的千篇一律的結果，因而學生之間可以相互觀察實驗結果，交流和討論分析引起結果差異的原因并進行歸納總結，這樣的訓練有助于提升學生的分析問題的能力。

三、研究對象貼近“生活化”

教師從學生熟悉的生活情境和感興趣的事物出發(fā)，創(chuàng)設基于生活情境的科學問題，應用“生活化”教學策略，有利于激發(fā)與培養(yǎng)學生學習的興趣與動機。[8]高中生物課程標準的主要理念之一是注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，注重使學生在現(xiàn)實生活的背景中學習生物學，倡導學生在解決實際問題的過程中深入理解生物學的核心概念。我校設置的環(huán)境微生物多樣性調查、功能微生物的分離和水質微生物檢驗三個模塊的實驗樣品均要求學生自行采集，每個實驗小組采集地可不同。如環(huán)境微生物多樣性調查模塊的樣品可采集學生食堂附近、植物園、菜地等土壤樣品；水體樣品采集校園內的水庫、校園周邊的溪流、食堂污水、自來水和宿舍飲水機中的水樣；空氣樣品可采集室外，食堂、宿舍、實驗室和圖書館等室內空氣樣本。這些樣品均來源于學生的生活和學習的周邊環(huán)境，學生普遍有強烈的好奇心和濃厚的研究興趣。

四、以學生為主體，提升學生的學習興趣

我校微生物學模塊化實驗以學生為主體，樣品的采集，樣品中微生物分離和純化，純化的菌種用于形態(tài)觀察、菌種鑒定、培養(yǎng)優(yōu)化和育種等一系列實驗，實驗結果的觀察、拍照和圖片的標注，菌種的保藏等工作均由學生自己獨立完成。教師的任務是負責指導和引導以及糾錯。如發(fā)酵條件優(yōu)化和紫外線誘變育種單元實驗需要在實驗前一天活化菌種，教師不越俎代皰，提前幫學生活化菌種，而是負責安排好時間和實驗場所，由學生自己提前到實驗室活化菌種。實驗用菌種由學生自己分離以及圍繞該菌種開展上述的一系列的連貫性實驗操作能有效地增強學生的主人翁意識和責任感，每個模塊實驗結束后，學生將獲得的數(shù)據(jù)、照片等進行整理并撰寫成論文。這種以學生為主體的教學方式使學生普遍產生一種成就感，而成就感能激發(fā)學生產生更強的研究興趣。

在第一模塊實驗結束后，我們組織學生以實驗班級為單位開展“精彩微生物世界”優(yōu)秀實驗成果展示活動。每個實驗小組將拍攝的平板菌落圖、細菌染色圖、放線菌、酵母、霉菌、噬菌斑等圖片按照規(guī)定的格式進行標注，然后從全班中選出15-20張代表性圖片，由學生自己設計和制作成展板，面向全院師生公開展示實驗成果。經過此次活動的鍛煉，學生的制圖水平和圖片處理能力有了明顯提升，入選優(yōu)秀實驗成果的同學的成就感和學習積極性得到了進一步的加強。

五、考核方式兼重基本技能的掌握和科研論文的寫作

實驗課考核是實驗教學中的重要環(huán)節(jié)，是評估學生綜合素質的重要手段。目前大多數(shù)微生物學實驗考核內容包括實驗報告、綜合評定和實驗考試。評價方法重在平時實驗過程的考核，包括實驗態(tài)度、儀器的操作和掌握、實驗結果的分析和討論、實驗原理的掌握。由于探究型教學具有開放性特征，實驗結果往往沒有標準答案，以往驗證性實驗中以學生的實驗報告為依據(jù)，尤其是將學生的實驗結果作為評判標準的考核方式不適用于研究性教學。[9]經過幾年的探索，我校對微生物學實驗考核作了較大的調整，一是微生物實驗基礎理論內容由任課教師在實驗指導過程中，結合具體實驗進行講解，實驗考核不再考實驗理論，全部改為現(xiàn)場操作考試?？荚噧热葜饕信囵B(yǎng)皿、移液管和三角瓶的包扎技術，細菌的單染色和油鏡觀察，試管斜面轉接、單菌落畫線分離，平板制作技術、涂布技術，酵母水浸片制作、細胞大小和數(shù)量測定等?？己藘热菰O五組考題，在考試前一周向學生公布所有考題，這樣做有利于促進學生進一步掌握所有的重要實驗操作技能及其規(guī)范。學生在考試前則隨機抽取一題進行現(xiàn)場操作，所有指導微生物學實驗的教師分別打分。另外，我們摒棄了每個單元實驗結束后撰寫實驗報告的形式，改為要求學生在每個模塊實驗結束后，將實驗結果整理，按照科研論文的規(guī)范格式撰寫研究論文，學生需要提交三篇研究論文。論文和操作考試各占50%，其目的是要求學生既要重視基本實驗技能的掌握，又要重視數(shù)據(jù)和圖片處理，論文寫作等科研能力的訓練。

隨著“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的不斷推進，很多師范院校將本科精英人才的培養(yǎng)作為本科教育的核心工作之一，重視培養(yǎng)專門的自然科學研究人員，以培養(yǎng)中學教師為目標的師范教育受到了一定程度的弱化。另外，由于我國高等教育和基礎教育嚴重脫節(jié)，一些師范高校的生物專業(yè)課程設置和教學內容只著重于本課程的知識體系的完整性，很少關注與中學生物課程的銜接；很多實驗課程仍采用驗證性的教學方法，導致師范畢業(yè)生走上中學教師崗位后，難以盡快勝任探究性的教學工作。[10]近幾年來，我們對生物師范專業(yè)的微生物學實驗課程進行了改革，以學生為主體開展實驗教學工作，注重學生探究性思維的訓練，提升師范生的學習興趣和科研能力。這些改革措施受到了學生的廣泛好評，學生們沒有因到實驗室的次數(shù)多、實驗持續(xù)時間長而抱怨，學習積極性反而提高了。這是對微生物學實驗課程改革的支持，鼓勵指導教師更好地做好微生物學實驗的教學和課改工作。

[ 注 釋 ]

[1] 教育部.義務教育生物學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2] 王素英，楊曉麗，韓克勤，等.模塊式微生物實驗教學體系的構建與實踐[J].實驗室研究與探索，2012（4）：108-110.

[3] 李明春，楊文博，劉方，等.將微生物學課程構建成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的平臺[J].微生物學通報，2007（6）：1222-1225.

[4] 唐赟，宋波.高師院校微生物實驗教學改革的實踐與思考[J].微生物學通報，2010（2）：295-298.

[5] 王明茲，陳必鏈，周曉蘭.微生物實驗教學實踐及改革的幾點體會[J].實驗室科學，2012（4）：154-157.

[6] 袁生，徐旭士，戴傳超，等.微生物學實驗課程的改革與實踐[J].高等理科教育，2012（2）：138-140.

[7] 劉勝貴.微生物學實驗教學模式的探索與實踐[J].微生物學通報，2007（6）：146-149.

[8] 劉偉忠.研究性教學中的難點與實施重點[J].中國高等教育，2006（24）：36-37.

[9] 張慶芳，遲乃玉.微生物學實驗教學考核評價體系的建立及實施[J].微生物學通報，2009（9）：1432-1435.

[10] 丁海燕，武燕，張國發(fā).生物新課標背景下師范生教學實踐能力培養(yǎng)途徑探索[J].學園，2013（7）：10-11.

[責任編輯：鐘 嵐]