微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的實(shí)踐與體會(huì)

張 杰，趙 健，汪 紅

(四川大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，成都 610065)

·實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、探索與創(chuàng)新·

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的實(shí)踐與體會(huì)

張 杰，趙 健，汪 紅

(四川大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，成都 610065)

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是生命科學(xué)課程體系中的基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，理清基礎(chǔ)微生物實(shí)驗(yàn)課的基本邊界，確立了以無菌操作技術(shù)訓(xùn)練為課程核心；調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)順序，建立以科研流程為順序的實(shí)驗(yàn)課流程；加強(qiáng)課前、課中考核，完善考核方式；建立開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。建立了分層次的微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革模式，全面提升本科生的綜合實(shí)驗(yàn)技能，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力；實(shí)驗(yàn)技能

微生物學(xué)是綜合大學(xué)生物學(xué)專業(yè)本科教育的基礎(chǔ)必修課，主要研究微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和操作技能。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是微生物學(xué)教學(xué)不可分割的一部分，同時(shí)也是所有生命學(xué)科科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，社會(huì)對(duì)人才能力的定義增加了新的內(nèi)涵[1]。要求學(xué)生不僅具有一定的基礎(chǔ)理論知識(shí)，更強(qiáng)調(diào)擁有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能、動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的綜合能力。同時(shí)也對(duì)教學(xué)提出了新的要求和挑戰(zhàn)，如何順應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，改革教學(xué)方式成為擺在我們面前的一大重要課題。結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院對(duì)微生物實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革做了必要的嘗試，構(gòu)建了適合于培養(yǎng)生物科學(xué)、生物技術(shù)專業(yè)本科生的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。下面是我們教學(xué)改革中的一些做法和體會(huì)，希望能助微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教改工作一臂之力。

1 界定實(shí)驗(yàn)課程的邊界，確立課程的核心內(nèi)容

微生物學(xué)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要基礎(chǔ)[2]。其獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域中占有不可替代的地位, 所涉及的實(shí)驗(yàn)技術(shù), 已廣泛滲透到生命科學(xué)的各分支領(lǐng)域。這反映了微生物學(xué)發(fā)展的巨大成果，但隨著以微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系在生命科學(xué)的不同分支領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及在工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境、食品等各專業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，也對(duì)基礎(chǔ)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提出了新的問題。改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容, 構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)操作技能熟練、創(chuàng)新能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的高級(jí)應(yīng)用型人才已經(jīng)成為微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)。

我院微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是我校針對(duì)生物技術(shù)、生物科學(xué)專業(yè)于開設(shè)的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。同時(shí)開設(shè)的必修及選修的課程包括基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)，分子生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)和發(fā)酵實(shí)驗(yàn)課等。隨著教學(xué)改革的深入，必須理順各課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，特別是學(xué)科范疇中以微生物為研究對(duì)象的內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行合理分工。我院微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程只有48 學(xué)時(shí)，決定了課程不可能面面俱到，課程設(shè)置必須同相關(guān)各課程協(xié)同才能構(gòu)建全面而合理的生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)教學(xué)和培訓(xùn)鏈。例如，關(guān)于顯微鏡的使用，在基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)有所涉及，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)則側(cè)重于油鏡的使用。細(xì)胞計(jì)數(shù)器、顯微測(cè)微尺的使用，過去是細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)與微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)均有涉及，現(xiàn)保留于微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中。發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)與微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)屬于學(xué)科的上下游關(guān)系，因此微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課以平板技術(shù)為主，液體培養(yǎng)技術(shù)延伸到試管、搖瓶液體培養(yǎng)為止。同樣的對(duì)于微生物的核酸提取及基于16S rDNA序列分析的系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析列為選修實(shí)驗(yàn)，提供給有探索興趣的學(xué)生備選。通過相關(guān)課程的設(shè)置的梳理，避免了相關(guān)課程技術(shù)內(nèi)容的交叉重復(fù)，也確立了基礎(chǔ)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)以無菌操作技術(shù)為核心展開課程的合理設(shè)置。

2 改革實(shí)驗(yàn)的流程，建立以科研流程為順序的實(shí)驗(yàn)課流程

傳統(tǒng)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容是附屬于微生物學(xué)的理論教學(xué)，因此實(shí)驗(yàn)課的順序基本上是按理論教學(xué)的內(nèi)容順序安排。如以顯微鏡使用、染色技術(shù)、計(jì)數(shù)和大小測(cè)定、生理生化等順序進(jìn)行[3]，并且在時(shí)間的安排上也盡量做到配合理論教學(xué)的時(shí)間安排，這樣的安排有利于配合教學(xué)進(jìn)度對(duì)不同微生物如模式細(xì)菌、真菌的認(rèn)知，有其時(shí)代的合理性，但實(shí)驗(yàn)技術(shù)安排的碎片化，易造成對(duì)對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)構(gòu)成脈絡(luò)缺乏全面理解。盡管實(shí)驗(yàn)課程獨(dú)立成課已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間，課程設(shè)置仍因襲傳統(tǒng)思維。隨著實(shí)驗(yàn)課的單獨(dú)設(shè)立，對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提出了更高的要求，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容間的時(shí)序性和關(guān)聯(lián)性思考，我們調(diào)整教學(xué)方案和改變實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編排，在原微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)著重訓(xùn)練學(xué)生對(duì)微生物直觀認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)按照實(shí)際科研流程串聯(lián)起來。改變?nèi)旧^察、培養(yǎng)基配制、微生物分離篩選、生理生化實(shí)驗(yàn)的流程順序。在無菌技術(shù)培訓(xùn)后，直接進(jìn)行培養(yǎng)基配制、滅菌及土壤微生物分離實(shí)驗(yàn)。對(duì)學(xué)生而言這是研究生從事微生物科研的基本順序。

它促使學(xué)生按一般實(shí)驗(yàn)流程掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，更加全面地理解實(shí)驗(yàn)編排的意義，亦可減少實(shí)驗(yàn)材料的浪費(fèi)和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間[4]。從培養(yǎng)基的配置到無菌操作和目標(biāo)菌種的分離，學(xué)生對(duì)自己分離的目的菌種進(jìn)行保存，并可以連接微生物染色、顯微觀察、大小的測(cè)量、計(jì)數(shù)、環(huán)境因素對(duì)菌種的影響、微生物生理生化及其他后續(xù)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到本科實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的有機(jī)整合。

從實(shí)驗(yàn)課一開始就開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)是一個(gè)大膽嘗試。通過4年的實(shí)踐，收到良好的效果。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)順序調(diào)整后，每個(gè)小實(shí)驗(yàn)之間的時(shí)序性和連貫性得到增強(qiáng)。例如：培養(yǎng)基配置和滅菌環(huán)節(jié)與后續(xù)的生物分離和培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)的成敗有直接關(guān)系，若處理不當(dāng)或?qū)嶒?yàn)失誤可能會(huì)造成菌種生長(zhǎng)的限制或者雜菌侵入，學(xué)生可以在熟悉基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的同時(shí)從中獲得經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；另外，無菌操作的規(guī)范性也會(huì)影響后續(xù)所有實(shí)驗(yàn)，這樣可以促使學(xué)生更好地理解每一步之間的關(guān)聯(lián)性，提高分析問題、解決問題的能力，同時(shí)還能灌輸學(xué)生系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)的理念和增加其對(duì)自己獨(dú)立分離到的目的菌種的實(shí)驗(yàn)興趣。

3 完善實(shí)驗(yàn)課的評(píng)價(jià)方式，建立課前、課中、以及學(xué)期考核的實(shí)驗(yàn)體系

隨著近年來本科教學(xué)改革，生均教學(xué)資源分配得到提高，針對(duì)上述現(xiàn)象，為保證教學(xué)質(zhì)量，增加教學(xué)班次進(jìn)行，進(jìn)行小班化教學(xué)。加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力培訓(xùn)，大部分實(shí)驗(yàn)每名學(xué)生獨(dú)立操作，保證最多兩名學(xué)生一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。建立了完善的課前、課中、以及學(xué)期考核結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課考核體系。提高了學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性積極性，客觀反映課堂教學(xué)效果，收到良好成效。

4 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)科的興趣，建立開放實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)

隨著實(shí)驗(yàn)課程系列教學(xué)改革的推動(dòng)，對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從一刀切的課堂授課模式，到對(duì)微生物技術(shù)學(xué)習(xí)傳授方式進(jìn)行了細(xì)分。在開設(shè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn), 學(xué)習(xí)基本微生物操作技術(shù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開始設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)采用學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的開放式教學(xué)模式。學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣與能力自選題目、查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、準(zhǔn)備材料和配制試劑、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、觀察分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 并自己解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題、撰寫出規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對(duì)引導(dǎo)學(xué)生建立生物學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣起到了推動(dòng)作用[6-8]。

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只能利用實(shí)驗(yàn)課上有限的時(shí)間接觸某個(gè)實(shí)驗(yàn)及其所涉及到的儀器設(shè)備，而這有限的課程時(shí)間對(duì)于學(xué)科興趣濃厚的學(xué)生是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此我們建立了開放型微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)室所在新校區(qū)堅(jiān)持值班制度，從人力物力上保障學(xué)生的探索性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。學(xué)生可通過預(yù)約的方式來獲得使用實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會(huì)，有針對(duì)性地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)教師提供儀器、藥品, 教會(huì)學(xué)生使用和維護(hù)儀器,任課教師充當(dāng)指導(dǎo)者、監(jiān)督者和服務(wù)者的角色, 引導(dǎo)學(xué)生合理選題、制定切實(shí)可行的方案。在實(shí)驗(yàn)過程中, 教師定期和學(xué)生交流, 聽取學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程, 啟發(fā)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題。對(duì)學(xué)生不能解決的問題,教師提出解決的建議。學(xué)生以階段論文的形式進(jìn)行總結(jié)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用微生物知識(shí)從事與微生物相關(guān)的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)等創(chuàng)新性工作的能力。多年來開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)從學(xué)生聯(lián)系參與實(shí)驗(yàn)課程的準(zhǔn)備等基本操作開始，到學(xué)生選作教學(xué)大綱所列的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，再到學(xué)生自主選題、設(shè)計(jì)并實(shí)施。實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)和技能，充分調(diào)動(dòng)同學(xué)們求知的欲望，既能使學(xué)生直接感受到科研的樂趣又增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力。

在實(shí)驗(yàn)室開放平臺(tái)上，學(xué)生先后進(jìn)行過內(nèi)容貼近生活并吸引學(xué)生興趣的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。例如，傳統(tǒng)食品中抗生素抗性菌分離、有色稻米釀發(fā)酵、酸奶制備、葡萄酒發(fā)酵、高產(chǎn)淀粉酶真菌分離、拮抗金葡放線菌篩選等。結(jié)合教師部分成熟科研成果，現(xiàn)已首次將其編排入本科生微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“蛭弧菌分離及噬菌裂解實(shí)驗(yàn)”[9]，在開放平臺(tái)上同學(xué)們?nèi)虆⑴c了其實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性及方法的改進(jìn)。利用現(xiàn)有開放實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)和課余實(shí)驗(yàn)，部分學(xué)生通過合作實(shí)驗(yàn)，逐漸向科研性實(shí)驗(yàn)過渡，組隊(duì)申報(bào)了能力提高項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和大學(xué)生挑戰(zhàn)杯創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽項(xiàng)目等。2013年我校組隊(duì)參加亞洲區(qū)國(guó)際遺傳工程的機(jī)器設(shè)計(jì)競(jìng)賽IGEM參賽隊(duì)員就有長(zhǎng)期堅(jiān)持在開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)訓(xùn)練的學(xué)生。

5 結(jié)束語

我們通過以上改革，理清基礎(chǔ)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的基本邊界，確立了以無菌操作技術(shù)訓(xùn)練為課程核心。依據(jù)科研系統(tǒng)性原則，通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)順序、嫁接部分科研實(shí)驗(yàn)和開展貼近生活并吸引學(xué)生興趣的綜合性實(shí)驗(yàn)等，將本科生微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練和研究性科研進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。完善考核方式，提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)微生物操作技術(shù)的積極性。同時(shí)，建立開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

我們進(jìn)行的本科階段微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)改革采用一種多元化、階梯式的漸進(jìn)模式，即注重基礎(chǔ)能力培養(yǎng)的同時(shí)，輔以先進(jìn)的教學(xué)手段，形成從知識(shí)到技能、從教學(xué)到科研的漸變過渡模式。希望我們的實(shí)驗(yàn)改革能在學(xué)科建設(shè)中起到積極的作用，也希望通過我們的不斷完善，能培養(yǎng)出既具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)，又有較高實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的未來生命科學(xué)工作者。

[1]翁潞梅.論經(jīng)濟(jì)全球化對(duì)當(dāng)代大學(xué)生素質(zhì)能力的新要求[J].遼寧行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(9):239-240.

[2] 張小燕.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程新思路探索[J].教育教學(xué)論壇，2013(10):191-192.

[3] 王夢(mèng)瑤，于佳，于正洋，等.依據(jù)科研系統(tǒng)性原則改革本科微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013, 30(8):157-160.

[4] 趙銀娟.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013, 32(3):140-142.

[5]陳莉, 楊雙全, 孫慧.淺析微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].貴州教育學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009, 20 (6) : 25-27.

[6]劉洋，韋策，謝寧昌，等.本科階段微生物實(shí)驗(yàn)多元化、階梯式改革的探索與思考[J].教育教學(xué)論壇，2012(31):179-181.

[7]胡廷章, 涂昀, 王貴學(xué).微生物實(shí)驗(yàn)的多層次遞進(jìn)式教學(xué)模式研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011, 9 (1):85-87.

[8]何曉青，李志茹.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容與方法改革的研究與實(shí)踐[J]. 現(xiàn)代教學(xué)裝備， 2012,151(15)：39-46.

[9]汪紅，李洋，張杰，等.微生物實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)中開設(shè)蛭弧菌實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012, 29(9):59-62.

Practice and Experience on the Reform of Microbiology Experimental Course

ZHANG Jie, ZHAO Jian, WANG Hong

(School of Life Sciences, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Microbiology experiment is the basic of the life science courses. By furthering microbiology experiment reform, four aspects were discussed in this paper. The first is to clarify the basic boundary of microbiology experiment course according to the aseptic technique training. The second one is to adjust the experimental teaching order according to the process of research experiment course. The third one is to strengthen the experimental preview and process assessment to improve the evaluation methods. The last one is to establish open platform for the students. The combination of teaching and scientific research could cultivate and enhance students’ comprehensive ability．

microbiology experiment; teaching reform; innovation ability; experimental skills

2014-10-31

教育部教改基金資助項(xiàng)目：試點(diǎn)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)綜合改革。

張 杰(1968-),男，博士，副教授，主要從事微生物學(xué)教學(xué)與研究。

Q93-3；G

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.025