著眼于基本能力培養(yǎng)的“微生物學(xué)實驗”教學(xué)改革實踐

朱艷蕾， 古麗皮艷·托乎提， 朱曉瑩， 張 偉

(新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054)

微生物學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實驗?zāi)芰κ强疾楦咝Ｉ飳W(xué)專業(yè)學(xué)生能力的重點內(nèi)容，也是現(xiàn)代社會對生物學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)提出的客觀要求。根據(jù)這一要求，高校生物學(xué)專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的實驗?zāi)芰χ饕ɑ緦嶒災(zāi)芰脱芯繉嶒災(zāi)芰1]?；緦嶒?zāi)芰κ腔A(chǔ)，研究實驗?zāi)芰κ窃诖嘶A(chǔ)上的拓展，目的是培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新能力?；緦嶒?zāi)芰κ巧飳W(xué)專業(yè)實驗教學(xué)的主要內(nèi)容，重在強調(diào)基本理論知識的理解能力、基本實驗的操作能力、解決問題的能力及良好科學(xué)素養(yǎng)的習(xí)慣養(yǎng)成[1-2]。當(dāng)前，為適應(yīng)社會對創(chuàng)新型人才的需求，很多高校在微生物實驗教學(xué)改革中通過開發(fā)或增加綜合性、設(shè)計性和探究性實驗項目，以提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力[3-6]。與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)的開展取得了較好的效果，但也存在學(xué)生參與性不強、對實驗操作不規(guī)范或?qū)嶒炘砗鸵饬x不理解等問題[7-8]。也就是說，學(xué)生只有掌握了微生物學(xué)實驗的基礎(chǔ)知識和基本實驗技能，才能有效開展綜合性、設(shè)計性、探究性實驗，才能逐步獲得創(chuàng)新能力。因此，本文采用了分階段教學(xué)模式，立足于學(xué)生基本實驗?zāi)芰Φ腻憻?，并逐步過渡到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了使學(xué)生獲得扎實的基本實驗?zāi)芰Γ趯嶒灲虒W(xué)過程中，課前借助雨課堂平臺發(fā)送微生物學(xué)實驗操作微視頻讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課上教師講解實驗原理和注意事項、演示實驗過程，學(xué)生進行實驗操作時可借助視頻進行模仿和校正，教師同時進行指導(dǎo)，課外鼓勵學(xué)生參與實驗準(zhǔn)備。通過教學(xué)改革有效地鍛煉了學(xué)生的基本實驗?zāi)芰?，并為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)，收到了良好的教學(xué)效果。

1 開展微生物實驗教學(xué)改革的必要性

1.1 教學(xué)方法傳統(tǒng)，教學(xué)效果欠佳

目前微生物學(xué)實驗課程多采用傳統(tǒng)的講授-演示式教學(xué)模式，通過教師講授實驗的基本原理、操作步驟、注意事項，并簡單演示相關(guān)操作內(nèi)容后學(xué)生開始進行實驗，學(xué)生通過模仿掌握操作技術(shù)。這種模式最大的問題在于，學(xué)生課前不預(yù)習(xí)而僅僅在進入課堂后才開始學(xué)習(xí)，對實驗內(nèi)容理解粗淺，不能很好地將其與具體操作結(jié)合[7,9-10]。由于受到學(xué)時限制，一方面教師不能完整演示整個實驗流程，同時學(xué)生因人數(shù)多而不能觀察到每一個操作細節(jié)；另一方面教師人數(shù)少，只能對個別學(xué)生進行現(xiàn)場指導(dǎo)、糾正[11]。因此，在實際教學(xué)過程中，學(xué)生容易出現(xiàn)操作不當(dāng)甚至不會操作的現(xiàn)象，試驗失敗后也沒有額外時間進行重復(fù)[7]，最終導(dǎo)致相當(dāng)一部分學(xué)生因自信心受挫而不能獲得有效鍛煉，從而喪失了學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

1.2 背景知識和實驗技能缺失

新疆師范大學(xué)生物學(xué)專業(yè)本科生在初、高中階段對微生物學(xué)知識僅僅是基本了解，且對部分沒有選修微生物課程的學(xué)生來說沒有任何理論基礎(chǔ)。同時，學(xué)生沒有做過任何微生物學(xué)方面的實驗，不具備任何實驗操作技能。因此，剛剛步入大學(xué)階段的學(xué)生對微生物學(xué)的認(rèn)知仍然處于初級階段。在沒有任何實驗基礎(chǔ)的情況下，更應(yīng)該遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從學(xué)生基本技能的培養(yǎng)抓起。

1.3 課程定位“漸行漸遠”

微生物學(xué)實驗課的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握微生物學(xué)基本理論知識和基本技能，具有從事相關(guān)科研工作的實踐能力和創(chuàng)新能力，故基礎(chǔ)知識以及基本操作技術(shù)的訓(xùn)練仍是高校實驗教學(xué)的主要和重點內(nèi)容[12-13]。近年來很多高校對微生物學(xué)實驗課程的教學(xué)內(nèi)容進行了改革，通過減少驗證性實驗和增加綜合性設(shè)計實驗以追求學(xué)生創(chuàng)新能力的提高，但由于學(xué)生基本實驗技能掌握不夠扎實導(dǎo)致改革效果不理想[7]，最終使課程的定位漸漸偏離了基本能力培養(yǎng)目標(biāo)。同時該課程開設(shè)在第二學(xué)年的第一學(xué)期或第二學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)完成了植物學(xué)、動物學(xué)等理論課和實驗課的學(xué)習(xí)，該階段是承接宏觀內(nèi)容并為后續(xù)微觀技術(shù)學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)的過渡階段[9]，故基本實驗?zāi)芰Φ腻憻捄团囵B(yǎng)尤為重要。此外，微生物學(xué)實驗技術(shù)已廣泛滲透到現(xiàn)代生命科學(xué)的各個領(lǐng)域[14]，尤其是“無菌操作”技術(shù)和顯微技術(shù)，這些技術(shù)是微生物學(xué)實驗中非常重要的基本操作技能，也是現(xiàn)代生物學(xué)實驗操作不可或缺的要求[4,13,15]。總之，微生物學(xué)基本操作技能的鍛煉必須扎實、過硬，才能使課程目標(biāo)更好地得以實現(xiàn)。

2 微生物實驗教學(xué)改革的建立

學(xué)生的基本實驗?zāi)芰π枰ㄟ^基礎(chǔ)性實驗(如驗證性實驗)的實施來培養(yǎng)，教學(xué)過程中要求學(xué)生掌握基本的實驗技能，并增強對理論知識的感性認(rèn)識和理解[2,16]。而學(xué)生的研究實驗?zāi)芰?，是在學(xué)生掌握基本實驗?zāi)芰χ笸ㄟ^引入高水平實驗項目(如設(shè)計性、探究性及綜合性實驗)中進行鍛煉，以提升學(xué)生的創(chuàng)新水平和能力[17]。本文對實驗教學(xué)改革提出以下方案。

2.1 微生物學(xué)實驗基礎(chǔ)內(nèi)容及教學(xué)資源的準(zhǔn)備

新疆師范大學(xué)的微生物學(xué)實驗課程是一個連續(xù)、系統(tǒng)的知識體系，是由培養(yǎng)基的制備、微生物的分離純化、形態(tài)觀察、生理生化特性測定及菌種鑒定構(gòu)成的一個大綜合實驗。在教學(xué)過程中，將整體內(nèi)容分成10次實驗進行，涉及到微生物學(xué)基本操作技能的實驗內(nèi)容如表1所示。將這些實驗內(nèi)容分解成最小操作單元，而后錄制成視頻，每個視頻的時間控制在5 min左右，以方便學(xué)生利用碎片化時間進行學(xué)習(xí)。這些視頻涵蓋了微生物學(xué)的基本操作技能[4,16]，可為實現(xiàn)分階段實驗教學(xué)奠定基礎(chǔ)。實驗課前借助雨課堂平臺上傳微課操作視頻，視頻通過審核后，發(fā)布到任課班級，教師通過雨課堂后臺查看學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。同時，鼓勵學(xué)生積極參與到實驗前的準(zhǔn)備工作中，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教育方式。

表1 微生物學(xué)基礎(chǔ)實驗內(nèi)容及其基本操作技術(shù)

2.2 課內(nèi)完成實驗操作

在課堂教學(xué)中，教師簡單講解實驗原理、實驗步驟，學(xué)生便開始實驗操作，教師隨時觀察學(xué)生的操作過程并適當(dāng)給予指導(dǎo)。下課前教師對實驗過程中存在的普遍問題進行討論總結(jié)，并布置課后作業(yè)，學(xué)生在課后完成實驗報告。

2.3 課外進行創(chuàng)新式探究實驗

經(jīng)過前幾個實驗后，學(xué)生基本掌握了滅菌技術(shù)、無菌操作技術(shù)、純培養(yǎng)技術(shù)、顯微技術(shù)等主要的操作技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生利用課余時間參加生物競賽或本專業(yè)教師的科研項目，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的技能應(yīng)用到實踐中，并逐步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐應(yīng)用能力。

3 微生物實驗教學(xué)改革的實施

3.1 實施對象

以新疆師范大學(xué)2018級生物科學(xué)專業(yè)一班(42人)和二班(40人)學(xué)生作為實施對象，其中一班學(xué)生設(shè)置為實驗組，二班學(xué)生設(shè)置為對照組。對照組和實驗組的教學(xué)內(nèi)容完全一致，課程結(jié)束后通過考核體系評價教學(xué)效果。

3.2 教學(xué)過程

為了更好提升分階段教學(xué)模式的教學(xué)效果，在第一個實驗開始時，學(xué)生以自己從土壤中分離的菌株作為實驗材料，以標(biāo)準(zhǔn)菌株作為對照，進行之后所有的實驗內(nèi)容。這樣既不影響學(xué)生基本技能的鍛煉，又能使學(xué)生從開始就產(chǎn)生較強的探究未知菌株的求知欲望。上課前，教師通過雨課堂后臺的預(yù)習(xí)情況督促提醒未完成預(yù)習(xí)的學(xué)生及時完成預(yù)習(xí)任務(wù)。在教師的帶領(lǐng)下，學(xué)生參與實驗準(zhǔn)備，進行培養(yǎng)基和實驗試劑的配制、實驗用品的包扎、消毒滅菌等工作，既鍛煉和鞏固了學(xué)生的基本操作技能，又激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣，增強了積極性。在課堂中，由于學(xué)生事先觀看視頻能夠很快進入學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生可隨時回看操作細節(jié)，順利完成實驗內(nèi)容，同時避免了教師因不能全面指導(dǎo)而引起的操作失誤。下課前針對學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)的問題進行討論，由教師給予正確解釋，此時學(xué)生已完成了基本操作，再次的討論能使學(xué)生深刻理解為什么這樣做的原因，從而提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。學(xué)生掌握基本的實驗技能后，教師結(jié)合實際條件和學(xué)生的興趣確定一些題目，如滅菌溫度對培養(yǎng)基凝固性和pH的影響、不同區(qū)域飲用水細菌學(xué)檢測及質(zhì)量評價、酸奶中乳桿菌的分離及鑒定和污染土壤中功能菌株的分離與篩選等。學(xué)生根據(jù)題目自主設(shè)計實驗方案、確定培養(yǎng)基類型，學(xué)生獨立實施實驗項目，教師指導(dǎo)學(xué)生解決實驗中出現(xiàn)的實際問題，以使學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐應(yīng)用能力得到鍛煉和培養(yǎng)。

3.3 評價方法

課程結(jié)束后對學(xué)生進行考核，考查內(nèi)容分為理論知識和實驗操作技能兩個部分，以此比較對照組和實驗組的教學(xué)效果。筆試題和操作題各出10題，學(xué)生隨機抽取1題進行考核。理論知識測試主要考查實驗的基本原理、實驗操作過程、注意事項等。對微生物學(xué)實驗操作技能的考核設(shè)置了詳細的考核要點，如表2所示。考核時采用“一對一”方式進行，省略操作過程中的等待時間，主要考查操作要點是否正確，操作細節(jié)是否到位和熟練?？己私Y(jié)果采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，顯著性水平為P<0.05。此外，通過問卷調(diào)查了解和評價實驗組學(xué)生對微課的認(rèn)可度及學(xué)習(xí)情況。

表2 部分實驗操作考核內(nèi)容及考核要點

4 微生物實驗教學(xué)改革的實施結(jié)果

4.1 實驗考核結(jié)果

實驗課程結(jié)束后，將實驗組和對照組學(xué)生各分成兩個小組，一個小組進行實驗操作考核，另一個小組進行理論測試?？己碎_始前半個小時，以抽簽方式確定每小組學(xué)生的考試方式?？己藭r，理論測試的學(xué)生同時進行考試，通過隨機抽取試題卷子進行答題，答題時間為30 min，成績由基本原理(占40分)、實驗操作過程(占40分)、注意事項(占20分)組成。而操作考核的學(xué)生按學(xué)號順序“一對一”進行考試，考前10 min抽題并做準(zhǔn)備，操作時間為10～20 min，具體時間視操作內(nèi)容而定，考試成績由操作規(guī)范性(占70分)、操作熟練度(占20分)、實驗臺整理情況(占10分)構(gòu)成。兩種考核方式實驗組和對照組學(xué)生的考試成績結(jié)果見表3和表4。從考試成績看，實驗組學(xué)生的操作技能和理論測試成績顯著高于對照組。由此可見，在此教學(xué)模式下，實驗組學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識和基本操作技能掌握得更加牢固、扎實，也體現(xiàn)了微課在實驗教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。

表3 微生物學(xué)實驗操作考核成績比較

表4 微生物學(xué)實驗理論測試成績比較

4.2 問卷調(diào)查結(jié)果

關(guān)于學(xué)生對教學(xué)改革的反饋情況，通過雨課堂平臺對實驗組學(xué)生發(fā)布了調(diào)查問卷。本次教學(xué)改革參與人數(shù)42人，提交問卷40份，問卷回收率為95.2%。通過調(diào)查結(jié)果(表5)，100%學(xué)生認(rèn)為有必要在微生物學(xué)實驗課中引入微課操作視頻，而且對學(xué)習(xí)幫助很大；90%以上學(xué)生在課前進行預(yù)習(xí)、課上反復(fù)觀看視頻完成操作內(nèi)容。問卷調(diào)查結(jié)果說明學(xué)生對微課的引入非常認(rèn)可，且微課的引入充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

表5 實驗組學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果

5 結(jié) 語

夯實基礎(chǔ)、注重基本能力培養(yǎng)的教學(xué)策略在微生物實驗中的應(yīng)用，提升了學(xué)生的動手能力和實踐能力，增強了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和專業(yè)自信心，并能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。本次教學(xué)改革通過課前微課和參與實驗準(zhǔn)備，課中再借助微課完成操作，課外參與創(chuàng)新式探究實驗，實現(xiàn)了從基本技能的鍛煉到創(chuàng)新應(yīng)用能力的培養(yǎng)。實驗考核和調(diào)查問卷結(jié)果表明，此次教學(xué)改革切實鞏固和提高了學(xué)生的基本實驗技能，促進了學(xué)生基礎(chǔ)知識的積累，說明這種教學(xué)模式的優(yōu)越性和可操作性。但也存在一些不足，由于教師和實驗室條件的限制，不能保證每一位學(xué)生參與到創(chuàng)新實踐中。希望能夠在此教學(xué)內(nèi)容完成之后適當(dāng)將創(chuàng)新型探究實驗引入到課堂中，以進一步鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。實驗教學(xué)改革是一個系統(tǒng)綜合工程，不僅要注重實驗技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還要考慮是否具有可操作性和普遍適用性[7，15]。在未來的教學(xué)實踐中，要立足課程自身特點和培養(yǎng)目標(biāo)，努力探索和革新符合自身實際情況的教學(xué)模式和教學(xué)方法。