高等農(nóng)業(yè)院校微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探討

劉靈芝， 鈕旭光， 宋立超, 肖亦農(nóng)， 孫軍德， 李炳學(xué)

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽 110161)

“微生物學(xué)”課程是高等農(nóng)業(yè)院校中農(nóng)學(xué)、生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境和園藝學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一[1]。作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是鞏固和完善理論教學(xué)的重要保障。隨著新技術(shù)、新儀器及網(wǎng)絡(luò)資源的不斷更新與推進(jìn)，多學(xué)科融合下的微生物學(xué)科迅速發(fā)展，對(duì)高等學(xué)校微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求。因此，重組實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，提高學(xué)生的參與度，加大學(xué)生動(dòng)手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)力度等，已逐步成為以“改”促“教”教學(xué)過程中的重要措施[2-3]。自2010年起，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物學(xué)教研室每年面向全校近20個(gè)專業(yè)開設(shè)“微生物學(xué)”課程，作為專業(yè)骨干課程之一，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)占總學(xué)時(shí)的1/2。近年來，教研室全體教師積極參與各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，深入分析影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的相關(guān)因素，從教與學(xué)兩方面找原因，探索提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的可行途徑[4]。通過修訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，重組教學(xué)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理環(huán)節(jié)，改革、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，達(dá)到調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提高學(xué)生參與度的目的。同時(shí)，通過加大學(xué)生動(dòng)手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)力度，進(jìn)而不斷推進(jìn)該課程教學(xué)質(zhì)量的全面提升。在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)興趣相互融合的高校本科人才培養(yǎng)過程中，深入推進(jìn)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革進(jìn)程。

1 精心準(zhǔn)備，集中檢查，確保實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果

在多年微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在秋季選課人數(shù)較多，每周約600人，近20次實(shí)驗(yàn)課程安排的情況下，為確保實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)質(zhì)量，教研室堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)備實(shí)驗(yàn)工作，即在實(shí)驗(yàn)課程正式開課之前，全體教師針對(duì)本學(xué)期開課內(nèi)容進(jìn)行分工準(zhǔn)備，共同完成儀器、菌株等檢查工作。主要內(nèi)容為顯微鏡性能的檢查，實(shí)驗(yàn)菌種的選用、活化、鏡檢與制片觀察以及相關(guān)試劑的配制與使用。

顯微鏡使用是微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的基本技能。油浸物鏡(油鏡)作為光學(xué)顯微鏡中觀察微生物形態(tài)的常用工具之一，其良好的性能是實(shí)驗(yàn)課程順利進(jìn)行的重要保障[5]。在實(shí)驗(yàn)開課前1～2周，教研室全體教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室顯微鏡的集中檢查與維護(hù)，主要包括光學(xué)系統(tǒng)(目鏡、物鏡、聚光器、光圈和光源)的檢查，如目鏡中指針是否存在、不同物鏡能否正常工作、聚光器是否自動(dòng)下滑，以及粗、細(xì)準(zhǔn)焦螺旋的使用情況等。其中，重點(diǎn)檢查油鏡(100×)的觀察效果，對(duì)于視物模糊的油鏡鏡頭，通過擦拭、清洗或更換鏡頭的方式，確保油鏡的工作性能。

依據(jù)每周實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教研室采用“傳、幫、帶”的方式，由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師牽頭，帶領(lǐng)新入職教師共同完成課前菌株活化、染色、鏡檢與制片等相關(guān)預(yù)備實(shí)驗(yàn)工作。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作中，要求所有教師在授課前明確實(shí)驗(yàn)原理、步驟和注意事項(xiàng)，特別關(guān)注不同菌株的形態(tài)、生長(zhǎng)和生理特征對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的可能影響。如細(xì)菌革蘭染色中，因菌齡和菌種的差異，其最佳的脫色時(shí)間；放線菌形態(tài)觀察時(shí)，不同菌屬的制片方法，以及插片培養(yǎng)的制作流程；青霉與假絲酵母的形態(tài)觀察時(shí)，如何依據(jù)其生長(zhǎng)特征制作載片培養(yǎng)；培養(yǎng)基制備時(shí)，調(diào)節(jié)pH使用的酸、堿濃度和添加量，等等。課前實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作讓授課教師對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的掌握更加詳細(xì)化和清晰化，在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，能做到有條不紊、游刃有余。

通過在開課前完成實(shí)驗(yàn)室顯微鏡的擦拭、檢測(cè)與維護(hù)以及實(shí)驗(yàn)室保存菌株的檢查與分析工作，減少學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的故障率，保證實(shí)驗(yàn)的有效性和正確性，有效提高了實(shí)驗(yàn)的成功率，無效實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象極少發(fā)生。在全體教師的集體備課過程中，把影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)課中的各種因素逐一排除，確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)課，特別是前期驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課程的順暢進(jìn)行，獲得滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的順利完成，可有效增強(qiáng)學(xué)生的自信心，進(jìn)而推動(dòng)并激發(fā)學(xué)生積極參與后續(xù)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究的興趣。

2 小班授課，分組管理，強(qiáng)化教師的課堂指導(dǎo)

小班教學(xué)起源于20世紀(jì)后期的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，在美國(guó)田納西州等地區(qū)相繼推行，因其在實(shí)踐中逐步展示出的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，使得該教學(xué)模式備受世界各國(guó)關(guān)注，并在德國(guó)、日韓等地的教育改革中被廣泛應(yīng)用[6]。通常認(rèn)為，課堂教學(xué)中教師的視野覆蓋上限為25人，小班教學(xué)中學(xué)生人數(shù)限制在25或20人以內(nèi)較為合適。在小班教學(xué)過程中，較少的學(xué)生人數(shù)和更為寬松的教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生更容易與教師直接交流學(xué)習(xí)心得，在教師的及時(shí)督促與鼓勵(lì)下，學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)，從而強(qiáng)化學(xué)生的課堂參與感，真正做到“教學(xué)相長(zhǎng)”，提高教學(xué)質(zhì)量[7]。

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程構(gòu)成因素較多，涉及儀器、試材、藥品、用具、試劑等多種因素，實(shí)驗(yàn)過程也因選課學(xué)生專業(yè)不同而各有差異。大量實(shí)踐表明，在一定范圍內(nèi)，教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的效果隨學(xué)生數(shù)量的增加而下降。為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，教研室克服困難，挖掘教師資源，最大程度地滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)需要。堅(jiān)持采用小班授課，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)課學(xué)生的人數(shù)。將各專業(yè)按自然班(30人)進(jìn)行分配，每個(gè)自然班分至2個(gè)不同實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)室限制學(xué)生15人以內(nèi)，配備1名指導(dǎo)教師和2名研究生助教，原則上盡可能縮小師生比例。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生以小組為單位，每組1～2人，儀器、菌種、試劑等配套齊全，充分保證每名學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)操作條件，培養(yǎng)其實(shí)踐能力。由于師生比配備合理，教師能夠充分掌控實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況，關(guān)注所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和各小組的分工與合作動(dòng)態(tài)，進(jìn)而對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)做到準(zhǔn)確、有針對(duì)性的指導(dǎo)。這樣的實(shí)驗(yàn)安排從制度上保證了教學(xué)質(zhì)量，也有利于教師之間、師生之間相互學(xué)習(xí)，相互促進(jìn)，相互交流經(jīng)驗(yàn)，共同提高教與學(xué)水平。近年來的運(yùn)行情況表明，學(xué)生對(duì)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程滿意度較高，課程內(nèi)容印象深刻，在實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生之間、師生之間互動(dòng)較多，實(shí)驗(yàn)效果良好。這與我國(guó)許多高等院校實(shí)施小班授課評(píng)價(jià)相一致，小班教學(xué)具有針對(duì)性強(qiáng)，師生感情融洽，學(xué)習(xí)效率明顯提升等優(yōu)點(diǎn)。教師在授課中通過依據(jù)不同層次學(xué)生需求，調(diào)整知識(shí)點(diǎn)的梳理與講解，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真思考、提高其分析和解決問題的能力，最終達(dá)到以“學(xué)”為中心的教學(xué)目的[8]。

3 夯實(shí)基礎(chǔ)，鼓勵(lì)創(chuàng)新，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度與創(chuàng)新能力

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)兩部分，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋又庇^地輔助學(xué)生印證和理解所學(xué)的理論知識(shí)[9]；而綜合性實(shí)驗(yàn)則是側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析和創(chuàng)新思維等綜合實(shí)踐能力。盡管培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的綜合實(shí)驗(yàn)非常重要，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)作為最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分，它是學(xué)生能否具備扎實(shí)的顯微觀察、微生物制片、染色和無菌操作等技能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要保障[10]。

為了更好地學(xué)習(xí)并掌握微生物學(xué)的知識(shí)與基本技能，合理組織教學(xué)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的相互關(guān)系和性質(zhì)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)歸納為兩個(gè)教學(xué)模塊：一個(gè)是以“學(xué)”為主的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)，側(cè)重于驗(yàn)證理論教學(xué)內(nèi)容。主要為微生物學(xué)的基本技術(shù)，包括形態(tài)、分類、顯微觀察、制片和染色技術(shù)等。在該模塊中，將儀器、試材等配套齊全，要求學(xué)生均需在掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作。為考查學(xué)生對(duì)微生物學(xué)基礎(chǔ)技能的認(rèn)識(shí)與熟練程度，依據(jù)所學(xué)內(nèi)容設(shè)置了相應(yīng)的期中考核。通過期中考核，考察學(xué)生對(duì)菌體制片、染色、無菌操作與顯微鏡使用的掌握情況。在考核過程中，將細(xì)菌、放線菌、霉菌和酵母菌菌株隨機(jī)分配給不同考生，考生依據(jù)菌苔或菌落特征，分別采用不同制片方法(涂片法、印片法、浸片法)和染色方法，結(jié)合顯微鏡(低倍鏡、高倍鏡、油鏡)的使用，觀察微生物個(gè)體形態(tài)特征。要求學(xué)生在15～20 min內(nèi)獨(dú)立完成測(cè)試菌株個(gè)體形態(tài)的觀察并繪圖，考核結(jié)束時(shí)提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，教師根據(jù)每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的表現(xiàn)及觀察結(jié)果，對(duì)其前期實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情況評(píng)價(jià)打分，并記入期末總成績(jī)。這種考核不再是單一的驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)，而是融多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為一體，涵蓋了多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具有一定的難度。通過考核可以比較客觀地檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的掌握程度以及教學(xué)中存在的不足，為督促學(xué)生實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)教學(xué)方法提供依據(jù)，從而促進(jìn)教學(xué)水平不斷提高[11-12]。在推進(jìn)期中考核過程中，由于教師在實(shí)驗(yàn)開課初期已經(jīng)明確告知全體學(xué)生具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，學(xué)生在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理與技能學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出更為積極和認(rèn)真的態(tài)度，在期末試卷分析中可以看出，85%以上修讀該課程的學(xué)生能夠較準(zhǔn)確地完成這部分知識(shí)點(diǎn)的考查。

在培養(yǎng)學(xué)生良好的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能前提下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的另一個(gè)模塊則是以“做”為主的綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，即側(cè)重應(yīng)用，突出創(chuàng)新[13-14]。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為土壤微生物的分離、培養(yǎng)與初步鑒定。實(shí)驗(yàn)過程中，要求學(xué)生以小組為單位，相互合作，共同完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時(shí)通過增加期末考核和創(chuàng)新報(bào)告的方式，再次鞏固和檢驗(yàn)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能，并進(jìn)一步開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[15]。期末考核主要考察學(xué)生對(duì)微生物分離、培養(yǎng)與初步鑒定技能的掌握情況。要求學(xué)生以小組為單位，在學(xué)習(xí)并掌握分離、培養(yǎng)與菌落形態(tài)特征識(shí)別的基礎(chǔ)上，從土壤等生境中分離并純化1～2株微生物菌株，并對(duì)所純化的菌株完成個(gè)體形態(tài)與菌落形態(tài)的初步鑒定。學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為期末考核內(nèi)容提交給教師后，結(jié)合已有的理論知識(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，線上查閱相關(guān)資料，并以小組合作的方式完成實(shí)驗(yàn)過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析總結(jié)。以創(chuàng)新報(bào)告的方式進(jìn)行分析、討論后，采用PPT的模式匯報(bào)。鼓勵(lì)學(xué)生以方法創(chuàng)新、理念創(chuàng)新及創(chuàng)新思維做為核心內(nèi)容，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的目的。在融合理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的PPT匯報(bào)中，全體師生針對(duì)研究結(jié)果共同探討微生物分離技術(shù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)失敗的原因和解決的辦法等。例如，在討論如何解決實(shí)驗(yàn)室微生物污染時(shí)，由于學(xué)生剛剛完成了相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，這個(gè)問題對(duì)其觸動(dòng)很深，多數(shù)學(xué)生反應(yīng)強(qiáng)烈，爭(zhēng)相發(fā)言，提出了近20條的可能方法，如設(shè)計(jì)機(jī)器人在無菌工廠進(jìn)行菌種純化與培養(yǎng)，升級(jí)版無菌操作流程以及綜合各種無菌操作的整合模式等。通過創(chuàng)新報(bào)告不僅提高了學(xué)生參與課堂的興趣，更多地推動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)其創(chuàng)新思維的能力。

總之，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，改變以往“實(shí)驗(yàn)+報(bào)告”的教學(xué)模式，新增期中考核、期末考核和創(chuàng)新報(bào)告三個(gè)主要環(huán)節(jié)，并相應(yīng)增加考核與創(chuàng)新報(bào)告的成績(jī)占比。通過實(shí)施這些教學(xué)環(huán)節(jié)，在鞏固學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，鍛煉了學(xué)生歸納、整理材料和制作課件的能力，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新思維等綜合素質(zhì)的提高。特別是創(chuàng)新報(bào)告，不僅為學(xué)生搭建展現(xiàn)自我的舞臺(tái)，更激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，在增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)，拓展了學(xué)生的知識(shí)體系。

4 結(jié) 語

在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，全體教師共同參與的課前集中檢查，可有效降低實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中的故障率；結(jié)合小班教學(xué)的授課方式，可達(dá)到提升學(xué)生主體地位、強(qiáng)化教師課堂指導(dǎo)的目的。同時(shí)，采取“期中考核”的方式可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理的理解與技能的提高；通過“期末考核”考察學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；通過“創(chuàng)新報(bào)告”拓展學(xué)生知識(shí)體系并培養(yǎng)其創(chuàng)新思維的形成。通過以上教學(xué)改革，學(xué)生的課程參與度明顯增加，學(xué)習(xí)效果良好。

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革嘗試初見成效，說明課程改革勢(shì)在必行，雖然不夠完善，但已起步前行。通過課程建設(shè)和改革的不斷探索與改進(jìn)，教學(xué)質(zhì)量意識(shí)在教師中已形成共識(shí)，學(xué)生在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的參與度明顯提高，更有許多學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過科研、競(jìng)賽等方式將所學(xué)內(nèi)容再次跟進(jìn)和完善。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的普及[16-18]，如何結(jié)合慕課、微課以及虛擬仿真課堂等形式，提升微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量，值得進(jìn)一步探索和嘗試。