微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

徐 暉，魏培蓮，申秀英，于林凱

(浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州 310023)

0 引 言

創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)源源不斷的動力。隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加速，創(chuàng)新被擺在了國家發(fā)展全局的核心位置——只有堅(jiān)持創(chuàng)新發(fā)展，促使科技進(jìn)步，才能使國力強(qiáng)盛。而要把我國建成創(chuàng)新型國家，除了硬件條件外，更重要的是依靠創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)及其創(chuàng)造活力的發(fā)揮。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，歸根結(jié)底主要靠教育。

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)是微生物學(xué)學(xué)科建立和發(fā)展的基礎(chǔ)，也是生物技術(shù)等學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。它已廣泛滲透到現(xiàn)代生命科學(xué)的各個領(lǐng)域，并不斷發(fā)揮它的獨(dú)特作用。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為生命科學(xué)類高等院校教學(xué)的重要組成部分，在人才培養(yǎng)過程中顯示著尤為重要的作用。在高教改革不斷深化的趨勢下，為適應(yīng)生命科學(xué)迅速發(fā)展對高素質(zhì)創(chuàng)新型生物技術(shù)方面人才的需求，本課題組近幾年來圍繞創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式對微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)進(jìn)行了一系列的改革與探索，目的是進(jìn)一步提高微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,培養(yǎng)既具備扎實(shí)的理論知識且創(chuàng)新能力又強(qiáng)的大學(xué)生。

1 構(gòu)建新型的教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施創(chuàng)新教育的重要基礎(chǔ)和手段，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力有著重要的作用。

1.1 教學(xué)方法改革

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是我校生物工程、食品工程和制藥工程等專業(yè)本科生重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程之一，根據(jù)當(dāng)今學(xué)科發(fā)展趨勢和社會對人才的需求，結(jié)合我校相關(guān)專業(yè)對學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的要求,開發(fā)多樣化的、有創(chuàng)新價值的學(xué)習(xí)內(nèi)容，適時更新教學(xué)方法，打造優(yōu)質(zhì)高效的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)教師通過采用微課翻轉(zhuǎn)課堂、對分課堂等教學(xué)模式，結(jié)合不同的實(shí)驗(yàn)、學(xué)生的特點(diǎn),適時調(diào)整將知識傳授與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)融于實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中。

例如,圍繞微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)將原先復(fù)雜的、綜合的教學(xué)分解成微型的、清晰的、可描述的、可觀察的某個基本操作的知識點(diǎn)或重要環(huán)節(jié)展開教與學(xué)活動過程，如培養(yǎng)基的制備、高壓蒸汽滅菌、無菌操作倒平板、菌種轉(zhuǎn)接技術(shù)(包括斜面接種、穿刺接種以及液體培養(yǎng)基接種等)、顯微鏡的操作、微生物的制片染色及觀察、微生物的大小測定、顯微鏡直接計數(shù)、樣品采取、微生物的分離純化、菌種保藏等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是微生物實(shí)驗(yàn)最基本的操作，將這些必需扎實(shí)掌握的內(nèi)容制作微課教學(xué)視頻。每個視頻一般控制時間在5～10 min，學(xué)生可以依據(jù)自己的接受能力來決定視頻的觀看次數(shù)，通過觀看這些教學(xué)技能操作視頻,可以幫助學(xué)生及時進(jìn)行梳理，加深對實(shí)驗(yàn)原理的理解，更容易掌握實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)和難點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)高質(zhì)高效完成提供良好的保證。并且，教師對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展,開闊學(xué)生視野，使學(xué)生產(chǎn)生新奇感，吸引學(xué)生的注意力，滿足學(xué)生對不同知識點(diǎn)的個性化、片段化學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

1.2 教學(xué)內(nèi)容改革

嘗試從單純的實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)向設(shè)計型、探索型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變,采用靈活的實(shí)驗(yàn)形式，以學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容為重點(diǎn),建立相應(yīng)的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,包括自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)、多元化教學(xué)模式。如將原先獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“培養(yǎng)基的配制和滅菌、微生物的分離與純化、微生物的形態(tài)觀察(包括微生物細(xì)胞個體形態(tài)特征和菌落形態(tài)特征)、顯微鏡油鏡的使用、微生物制片染色、微生物大小測定與計數(shù)、生理生化試驗(yàn)”等進(jìn)行有機(jī)組合為一個“綜合設(shè)計型”實(shí)驗(yàn)，先讓學(xué)生自己準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需物品，再進(jìn)行培養(yǎng)基的配制和滅菌，讓學(xué)生明白現(xiàn)在所做的培養(yǎng)基是研究工作的第一步，緊接著，完成分離、純化工作，然后，讓學(xué)生觀察目的菌的菌落形態(tài)特征，并經(jīng)微生物制片染色，用顯微鏡觀察形態(tài)特征,采用顯微測微尺進(jìn)行微生物大小的測定以及利用血球計數(shù)板或平板菌落計數(shù)法進(jìn)行菌體細(xì)胞計數(shù)等，這樣使各個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目緊密有序地銜接在一起，可以使學(xué)生清楚地認(rèn)識到微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)是一個連續(xù)、系統(tǒng)的知識體系。

教學(xué)是一個逐步積累的過程，教師注意平時對知識與資料的積累，做到厚積薄發(fā)，水到渠成，讓學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)設(shè)計中，指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計并提出實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果，通過這些鍛煉可大大幫助學(xué)生們對理論知識的理解和消化，促進(jìn)創(chuàng)新能力的極大提高。

1.3 考試方法改革

建立較為科學(xué)的、有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評價體系。做到考試方式多元化，使實(shí)驗(yàn)效果的評價標(biāo)準(zhǔn)更加清晰，對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)素質(zhì)等因素進(jìn)行準(zhǔn)確有效的評價，使教學(xué)模式更具針對性和實(shí)效性，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，促使學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力逐步提高。

2 構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)

(1)掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識。要做好微生物實(shí)驗(yàn)，扎實(shí)的微生物學(xué)基礎(chǔ)理論知識是必不可少的。針對每一個實(shí)驗(yàn)而言，學(xué)生應(yīng)掌握包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法、操作步驟等方面的內(nèi)容。教師通過教學(xué)使學(xué)生在頭腦中形成具有高度準(zhǔn)確、著眼于聯(lián)系的概念，逐步構(gòu)筑較深厚的專業(yè)知識。比如，讓學(xué)生根據(jù)老師的要求以3人為小組錄制單元操作視頻，通過視頻制作，學(xué)生會對正確的操作更加明晰，加深對實(shí)驗(yàn)原理的理解。再比如學(xué)生做思考題：如果要分離得到極端嗜鹽細(xì)菌，在什么地方取樣品為宜？說明理由。學(xué)生的答案通常是曬鹽場或鹽湖，可以考慮進(jìn)一步設(shè)問讓學(xué)生了解得更為深入：區(qū)分嗜鹽菌、極端嗜鹽菌和耐鹽菌的不同。創(chuàng)造離不開概念組合，學(xué)生對概念越明確，相互聯(lián)系越緊密，新觀念越容易形成，創(chuàng)造性思維就越容易展開。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中做到及時更新、不斷補(bǔ)充完善教學(xué)內(nèi)容，在對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)知識和實(shí)驗(yàn)技術(shù)傳授的同時，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成“自我依靠的能力和終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣”,激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，目的是培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。

(2)強(qiáng)化全面的生物安全知識。微生物實(shí)驗(yàn)室因其操作過程中經(jīng)常會接觸到微生物(包括一些條件致病菌)，在實(shí)驗(yàn)過程中為了保證實(shí)驗(yàn)人員的安全，避免對實(shí)驗(yàn)環(huán)境造成污染，學(xué)生需要具備全面豐富的與微生物實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的生物安全知識，這也是保障得到實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果的重要條件。首先，應(yīng)使學(xué)生熟練掌握規(guī)范的專業(yè)操作技能，如嚴(yán)格的無菌操作技術(shù)，掌握相關(guān)儀器設(shè)備如顯微鏡、超凈工作臺、培養(yǎng)箱、高壓蒸汽滅菌鍋等的使用和維護(hù)；另外，還應(yīng)了解酒精燈及電爐等高溫實(shí)驗(yàn)物品的安全操作要求、實(shí)驗(yàn)室廢物包括有毒危險品的處置辦法、紫外線的防護(hù)等。例如，微生物染色實(shí)驗(yàn)中有水洗的步驟，洗下的廢水就不能直接倒入水槽，而應(yīng)每次收集起來集中交給環(huán)保公司統(tǒng)一做廢液回收處置；顯微鏡的光源在關(guān)閉電源前應(yīng)調(diào)至最暗，如果在高亮度時關(guān)閉電源，在下次開啟電源的瞬間，光源燈泡很可能壞掉；超凈工作臺應(yīng)該每周進(jìn)行清潔，以除去可能影響其殺菌效果的灰塵和污垢；泄露的培養(yǎng)基可使微生物生長繁殖，一定要及時清理；做真菌實(shí)驗(yàn)時必須十分小心，做好防護(hù)，因?yàn)檎婢浔┞队诤苄〉臍饬鲿r，都會釋放出孢子，打開含真菌的培養(yǎng)皿時，足以產(chǎn)生含孢子的氣流，人很容易吸入真菌孢子而致嚴(yán)重的肺部感染等等。只有具備較為豐富的與微生物實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的生物安全知識，熟練掌握基本操作技能，才能確保目的菌不被污染，表現(xiàn)典型的生物學(xué)特性，并保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境不被污染，保障整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。一切以人為本，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，規(guī)范操作。

(3)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注本學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)發(fā)展動態(tài)。學(xué)生掌握更多的知識，才能在實(shí)驗(yàn)過程中得心應(yīng)手，才能使出現(xiàn)的問題得到合理的解決。實(shí)驗(yàn)教師重視了解國內(nèi)外本領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,并融入微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)，可以幫助學(xué)生構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)，因?yàn)楹侠淼闹R結(jié)構(gòu)有利于同化原有知識、概念，而形成新觀點(diǎn)、新概念。拉近微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用之間的距離，使學(xué)生深刻體會科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和創(chuàng)新的重要性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識。

如“從土壤中分離純化微生物”實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對經(jīng)分離純化獲得的單菌落進(jìn)行分類鑒定，通過比對顯微鏡下菌體細(xì)胞的個體形態(tài)特征和經(jīng)培養(yǎng)所獲得的菌落特征，初步識別4大常見微生物類群：細(xì)菌、酵母菌、放線菌和霉菌。并且，引導(dǎo)學(xué)生針對分離到的不同類型的菌落，分組繼續(xù)探究。舉個例子，可以引導(dǎo)學(xué)生通過查詢文獻(xiàn)，了解放線菌是一類極其重要的微生物資源，尤其是在新藥研制中的貢獻(xiàn)，了解我國放線菌系統(tǒng)學(xué)術(shù)研究的現(xiàn)狀，對不同的放線菌菌落進(jìn)行識別分類，認(rèn)識放線菌的多樣性，關(guān)注其在本學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)最新的研究內(nèi)容或科研成果等。事實(shí)證明，知識結(jié)構(gòu)越合理，知識的質(zhì)量越高，創(chuàng)造力也就越高。

(4)與社會生活緊密聯(lián)系。在實(shí)驗(yàn)課上結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)適時地將巴斯德、科赫、湯飛凡等微生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)微生物、研究微生物、利用微生物的內(nèi)容靈活地穿插其中，引導(dǎo)學(xué)生熱愛生命，關(guān)注社會生活；時常將生活教育滲透在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生從課堂和書本中走出來，了解生活中與微生物有關(guān)的問題，如了解酵母在發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用，生物固氮、生物能源以及利用微生物治理污水等。

3 培養(yǎng)創(chuàng)新能力的多種措施

3.1 開展與科研實(shí)驗(yàn)室共享的實(shí)踐

鼓勵學(xué)生抓住機(jī)會盡早進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室，提前體驗(yàn)科研學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)研究性學(xué)習(xí)。了解更多的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和儀器應(yīng)用，了解國內(nèi)外生命科學(xué)領(lǐng)域的最新成果，熟悉當(dāng)今微生物新技術(shù)的廣泛應(yīng)用。通過介入科研實(shí)驗(yàn)豐富學(xué)生的想象力，促使學(xué)生逐步提升創(chuàng)造性思維、敏銳的觀察力和較為深刻的分析力等諸多綜合能力。在拓展知識面的同時，努力營造具有創(chuàng)新氛圍的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生更多關(guān)注科技發(fā)明，把握前沿，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識，鼓勵學(xué)生積極參與各類科技競賽，如大學(xué)生創(chuàng)業(yè)知識競賽、大學(xué)生生命科學(xué)競賽等，使學(xué)生在分析問題、探究問題的過程中，自身的能動性、自主性和創(chuàng)造性能得到充分訓(xùn)練和培養(yǎng)。

3.2 增設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)

增設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力、邏輯思維能力、分析問題以及解決問題的能力，注重對學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)、完成力的培養(yǎng)。在鞏固學(xué)生原有知識的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)對企業(yè)生產(chǎn)、生活實(shí)際進(jìn)行思考，使學(xué)生在學(xué)習(xí)技能知識的同時鍛煉多向思維，引導(dǎo)學(xué)生跳出原有知識經(jīng)驗(yàn)的圈子，以俯視、審視的態(tài)度來看待已有的知識經(jīng)驗(yàn)，這樣才會使學(xué)生頭腦之中產(chǎn)生似斷實(shí)連的內(nèi)在聯(lián)系，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、發(fā)散思維。

3.3 鼓勵和支持學(xué)生個性化發(fā)展

不斷總結(jié)以往教學(xué)方式，逐漸形成自主、創(chuàng)新、綜合提高的教學(xué)特色,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生自身的好奇和興趣,引導(dǎo)學(xué)生靈活地變換對問題的思維角度，不被常識束縛住，不固執(zhí)于一種成見之中,實(shí)驗(yàn)過程中允許學(xué)生出錯，但不允許學(xué)生不認(rèn)真，鼓勵學(xué)生大膽嘗試新方法。比如，獲取純培養(yǎng)物的方法，可以用稀釋涂布法和劃線分離法，也可以用傾注法等，分離的方法有很多，可以讓學(xué)生采用不同的方法，可以是書上沒有的，甚至可以是自己設(shè)想的，并且，引導(dǎo)學(xué)生對采用不同方法其平板上長出的菌落各自有何不同進(jìn)行比對。如此一來，學(xué)生會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行更加仔細(xì)的觀察、并加以分析和評判所采用方法的優(yōu)劣。

在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教師所起的作用是引導(dǎo)而非束縛，不僅僅傳授書面知識，更要成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和促進(jìn)者，讓學(xué)生跳出習(xí)慣性思維的怪圈，不做“坐井觀天”式的學(xué)生。

例如革蘭氏染色實(shí)驗(yàn)，細(xì)菌對革蘭氏染色的不同反應(yīng)，是由于它們細(xì)胞壁的成分和結(jié)構(gòu)不同而造成的。革蘭氏染色法是細(xì)菌學(xué)中最重要的鑒別染色法。那么，如果引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合藥學(xué)知識去理解有關(guān)常用抗生素的用藥知識，會發(fā)現(xiàn)一般皮膚、耳鼻喉、口腔、呼吸道感染以革蘭氏陽性球菌為主；胃腸道、膽道、泌尿生殖系統(tǒng)感染以革蘭氏陰性桿菌為主等，通過諸如此類“有意識”的引領(lǐng)，既可以引發(fā)學(xué)生的濃厚興趣，獲得廣泛的鄰近學(xué)科知識，而且，有助于學(xué)生不自覺地參與于那些看來已經(jīng)相當(dāng)完善的知識、領(lǐng)域的創(chuàng)新，交叉、復(fù)合、邊緣學(xué)科或領(lǐng)域的聯(lián)系，這一點(diǎn)具有很重要的意義。研究證明，有重大獨(dú)創(chuàng)性貢獻(xiàn)的科學(xué)家除了專業(yè)知識非常雄厚外，多半是興趣廣泛或者研究過其領(lǐng)域之外知識的人。

只有提出與眾不同的新奇想法，才有可能進(jìn)行創(chuàng)造，鼓勵和支持學(xué)生的個性化發(fā)展,促使他們形成獨(dú)具特色的思維方式包括視角與維度，能夠自覺地借鑒相關(guān)、甚至不相關(guān)的方法，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,鼓勵學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中勇于探索,不斷豐富想象力，為培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力提供有力的保障。

3.4 培養(yǎng)學(xué)生樂觀的心理品質(zhì)

培養(yǎng)學(xué)生樂觀自信的個性品質(zhì)，這一點(diǎn)非常重要。因?yàn)闃酚^自信的人，具有高度的靈活程度、自信心、堅(jiān)持力和自尊感，不怕失敗、不會墨守成規(guī)、興趣廣泛、好奇心強(qiáng)、富有想象、獨(dú)立自主……學(xué)生一旦擁有這些優(yōu)良的個性品質(zhì)，才能促使其投入極大興趣，以堅(jiān)強(qiáng)的毅力和不屈的精神去探索；才能進(jìn)行創(chuàng)造性的想象，產(chǎn)生創(chuàng)造性的思維；才能誘發(fā)靈感，達(dá)到成功。

4 結(jié) 語

總之，對微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)這門獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課，授課的總體指導(dǎo)思想是：通過對微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的一系列改革，構(gòu)建適合于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生具有合理的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)、獨(dú)立思考的能力、豐富的想象力和創(chuàng)造性思維等，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的成才意識，使學(xué)生擁有良好的自主學(xué)習(xí)能力和樂觀上進(jìn)的個性品質(zhì)，保持終身學(xué)習(xí)的興趣，倡導(dǎo)自主合作學(xué)習(xí)，不斷探究創(chuàng)新，不斷提升學(xué)生的科學(xué)研究水平，增強(qiáng)社會服務(wù)能力，全面提高微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著提高，師生雙雙收獲頗豐、碩果累累。