實驗教學管理信息化及其在微生物學實驗教學中的應用

摘要: 本文闡述了實驗教學信息管理化的優(yōu)點，介紹了實驗教學信息化管理系統(tǒng)的結構與功能，并結合微生物實驗教學實踐，論述了實驗教學信息化管理在實驗教學中的具體應用。

關鍵詞: 實驗教學信息化管理微生物學實驗教學應用

實驗教學改革是以培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力為宗旨，以實驗資源開放共享為基礎，全面提高實驗教學水平和實驗室使用效益為目的的創(chuàng)新型實驗室管理機制[1]-[3]。目前，普通高校的實驗教學改革都不同程度地實踐著實驗室信息化教學管理。這種教學管理方式一方面有利于整合現(xiàn)有的實驗資源，提高實驗室的管理水平，另一方面有利于激發(fā)學生的學習熱情，調動學生的積極性、主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，使學生具有獨立思維，是一種體現(xiàn)能力培養(yǎng)、提高素質教育的有效方式[4]-[6]。應用信息化實驗教學管理打破了院、系、班級的局限，由學生提前預約實驗內容、時間，根據(jù)預約登記情況，實驗指導老師做好充分準備，保證實驗課有序地進行。

1.實驗教學信息化管理的優(yōu)點與一般流程

實驗教學信息化管理旨在搞活實驗課堂，通過實驗樹立學生創(chuàng)新意識，提高學生的實際動手能力，獨立分析問題的，以能力及合理安排時間的能力[7]。

傳統(tǒng)的實驗課程都是教務處以院、系、班為單位統(tǒng)一安排實驗課表，實驗指導老師選定實驗內容，學生只能在規(guī)定的實驗室、規(guī)定的時間內做規(guī)定的實驗[8]。隨著教學內容和方式的改變，學校實行學分制，每個學生所選修的課程都不盡相同，上課時間不統(tǒng)一。實行信息化實驗教學管理后，學生可以在實驗室開放的時間內隨機預約做實驗，實驗指導老師可以根據(jù)管理系統(tǒng)提供的信息確定每天的實驗人數(shù)，合理有效地準備實驗儀器的臺套數(shù)。實驗選課操作時，實驗指導老師應要求學生提交預習報告，做到基本掌握實驗內容。對預習較差、準備不夠充分的學生暫緩其實驗資格[9]。在實驗過程中，指導老師對進行實驗操作的學生從旁觀察，基本上由學生自行處理實驗過程中遇到的問題，解決不了時，再給予指導解決。實驗操作完成后，保存原始記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)實驗指導老師簽字后，實驗成績生效。

實驗指導老師在整個實驗過程中進行巡回指導、答疑，并及時監(jiān)督實驗者能否獨立完成實驗，嚴把學生實驗質量關。基礎必做實驗要求必須單人操作，選作實驗和綜合創(chuàng)新實驗可由2—3人合作完成。

2.實驗教學信息化管理系統(tǒng)的結構與功能

實行信息化教學管理的實驗課程，可將實驗項目劃分為基礎必做實驗、選做實驗及綜合創(chuàng)新實驗等三個模塊，在模塊下建立各個實驗的名稱、實驗時數(shù)。其中基礎必做實驗下設2-3個項目(每個實驗2-3學時)，為每個學生都必須獨立完成的實驗。選做實驗和綜合創(chuàng)新實驗下各設5-10個實驗(每個實驗3-6學時)，由學生自行選擇感興趣的實驗，選滿30學時為止。系統(tǒng)可記錄每個學生的學號、密碼、姓名、班級、院系、聯(lián)系方式等信息，并對每次實驗人數(shù)作出上限定額(20人)。當實驗室滿員時，可提示學生另選實驗項目及時間，以預防同時登錄的學生超過實驗室最大容納量。

為了確保信息化管理的時效性和有效性，學校需要借助實驗教學信息化管理系統(tǒng)，其結構組成如圖1所示。

(1)實驗項目查詢

該模塊的工作過程如下:當學生輸入學號、密碼后，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中調出學生姓名、所在班級、院系和聯(lián)系方式等。激活“查詢”按鈕后顯示“實驗項目庫”欄，下設“基礎必做實驗”、“選做實驗”、“綜合創(chuàng)新實驗”。其中“基礎必做實驗”為每個學生必須首先完成的實驗，只有完成該欄目下設的實驗后，學生才能自由選擇后兩欄下設的實驗。選定實驗項目后，系統(tǒng)提供預約“實驗時間”，包括實驗周數(shù)、日期、節(jié)次，通常基礎必做實驗在1-2周內結束。考慮到學生可能由于突發(fā)事件需要調整已預選的實驗項目，系統(tǒng)提供退選功能。整個預約過程中信息的輸入需確保其準確性，對于登錄中出現(xiàn)的錯誤進行提示并及時修改。實驗內容制作成課件掛于網(wǎng)上，便于學生預習并熟記操作過程。根據(jù)漸進式的教學模式，限定學生一周內不能預約超過兩個實驗。

(2)查詢?yōu)g覽

該模塊下設教師端及學生端，教師端包括成績錄入及查詢?yōu)g覽兩項，允許教師錄入學生單項實驗成績及查詢全部相關信息，包括實驗項目、各實驗室學生數(shù)、學生成績等;學生端允許學生查詢預約實驗項目時間、所在實驗室和本人實驗成績。

(3)統(tǒng)計報表打印

該模塊可對每日預約的實驗學生人數(shù)進行統(tǒng)計，實驗學時全部完成后，統(tǒng)計實驗成績;該模塊下設儀器設備庫，可根據(jù)需要匯總相關儀器使用情況和儀器設備維修情況。

(4)考核系統(tǒng)

該模塊下設理論考試及交流區(qū)。理論考核主要是考核學生掌握實驗的情況。學生完成所有實驗項目后，需登陸該模塊，系統(tǒng)隨機給定20道題目，多為單選或多選題，學生需在10分鐘內答完，完成后系統(tǒng)打分。這一部分的成績將記入學生的總成績。交流區(qū)可實現(xiàn)教師與學生的互動交流，學生在預習過程中或實驗過程中遇到的問題可在線上與教師進行探討，以達到更好地掌握實驗的目的。

3.信息化教學管理在微生物學實驗教學中的應用

(1)傳統(tǒng)微生物學實驗教學中存在的問題

微生物學實驗是生物、食品專業(yè)學生必修的一門重要基礎實驗課程[6]。我校微生物學基礎實驗室有兩間，微生物學實驗課最多一學期平行有5個班，每個班分兩批進行，傳統(tǒng)的教務處統(tǒng)一排課通常只能排出一個班一批學生的時間，另一批學生只能由教師與學生商定后另選時間，而微生物學實驗通常開在第五學期，這一學期學生的課程較多，因此，多數(shù)時候第二批只能選在晚上或是周末上課，這在無形中就加重了教師和學生的負擔;同時，這種排課方式往往導致實驗課程集中在一定時間內，造成短時期內實驗室超負荷運作，從而影響實驗設備的正常維護管理。傳統(tǒng)的實驗教學準備過程均由教師完成，或是由教師帶領個別學生完成，這就使得絕大部分的學生不能參與實驗的整個過程，違背培養(yǎng)學生獨立完成實驗的初衷。運用信息化教學管理系統(tǒng)可以有效地解決這些問題，并大大提高實驗室的使用率。

(2)信息化教學管理在微生物學實驗中的應用

微生物學實驗總學時30學時，通常安排8-10個實驗。在信息化教學管理系統(tǒng)中，學生在開學一周內，首先需登陸實驗室信息化教學管理系統(tǒng)，進入實驗項目查詢模塊，該模塊中將實驗項目分為三個階段，即基礎必做實驗、選做實驗和綜合創(chuàng)新實驗。學生首先進入基礎必做實驗階段，該階段通常安排2-3個實驗，如培養(yǎng)基的配制、分裝及滅菌、微生物純種分離法、光學顯微鏡的使用等。學生必須在2周內完成這一階段的實驗。在兩周內第一階段的實驗項目將滾動開設。學生在選擇了實驗項目后，可查詢實驗時間，同時根據(jù)自己的需要，預約合適的時間，如預約的時間段內人數(shù)已滿，系統(tǒng)提示另選時段。預約好時間后，如學生臨時有事，可登陸系統(tǒng)進行退選，另選時間。學生每完成一個實驗，教師需登陸該系統(tǒng)，給出實驗成績系統(tǒng)將根據(jù)教師所給的成績，判斷學生是否完成該階段的學習，以防止學生在選課后不去上課的情況發(fā)生。

在完成第一階段的學習后，學生對微生物學實驗有了初步的認識，可以進入選做實驗階段。這一階段安排10個實驗供選擇，如微生物直接計數(shù)法、微生物間接計數(shù)法、細菌簡單染色法、革蘭氏染色法、莢膜染色法、芽孢染色法、環(huán)境微生物的檢測和菌落識別、放線菌的培養(yǎng)及形態(tài)觀察、霉菌的培養(yǎng)及形態(tài)觀察、細菌的生理生化實驗等。這10個實驗項目將在8-10周以內滾動開設，學生可根據(jù)自己的實際情況，選擇5-6個實驗項目，選擇方法同上。為了避免學生在幾周內集中選課，每人每周都只能預約一個時段，這種方式可有效地減輕因學生集中選課而產(chǎn)生的實驗室的日常管理壓力。這一階段的實驗相比第一階段難度要大，實驗時間長，能夠培養(yǎng)學生主動學習能力、獨立思考能力，以及分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學生潛在的創(chuàng)新意識。

在完成第二階段的學習以后，進入第三階段綜合創(chuàng)新實驗階段，該階段設有2-3個實驗項目，如微生物量的測定和生長曲線的繪制、物理、化學因素對微生物生長的影響、環(huán)境中細菌的分離鑒定等，選課方法同上。由于該階段的實驗項目為綜合性實驗，需要2-4人協(xié)助完成，因此，在選課時，需把小組其他成員名字在備注中說明，方便教師查詢。學生根據(jù)前兩階段選課的實際情況，選擇1-2個實驗，以保證實驗總學時不少于30學時。這一階段的實驗是對學生實驗技能和實驗方法的綜合訓練，能夠進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。同時，由于這一階段實驗的特殊性，在選課后，學生不能直接預約實驗時間，而需以小組(2-4人)為單位，在給定的范圍內，先自行查閱資料，設計出具有創(chuàng)新性的實驗內容和方案，再在線上與教師交流探討實驗可行性，只有在確定后才能預約實驗藥品、設備及實驗時間等，最后完整記錄實驗結果、總結分析并撰寫報告上交。通過這個階段的訓練，學生的實踐能力得到全面提高，創(chuàng)新能力和綜合素質也得到長足的發(fā)展。

在學生完成所有階段的學習后，教師可統(tǒng)一安排考試時間，讓學生登陸考試模塊進行實驗理論考試。在該模塊中系統(tǒng)將從試題庫中隨機給定20道題目，多為單選或多選題，學生需在10分鐘內答完，完成后系統(tǒng)打分。考試結束后，教師可登陸系統(tǒng)查詢結果，同時可查詢實際選課情況及實驗設備使用情況，根據(jù)學生對課程的學習情況及實驗設備使用率，適當調整下次開設的實驗內容。

實驗教學信息化管理系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的實驗教學過程，在這種教學模式下，教師不再充當“保姆”的角色，學生也不再是等待喂食的“填鴨”。通過實驗預約選時操作，教師可以宏觀地調控實驗室、實驗設備及實驗學生;學生改變了被動接受式的學習方式，主動地選擇感興趣的學習內容，從而充分調動學習積極性、主動性和創(chuàng)造性。在實際運行過程中，這一系統(tǒng)將不斷地得到完善，使得實驗教學達到現(xiàn)代化、科學化管理水平。

參考文獻:

[1]柯行，吳育廉.淺談實驗室開放的模式和管理[J].內江科技，2008，(1):83，128.

[2]馮雪梅.加強實驗室管理，提高實驗課質量[J].遼寧中醫(yī)學院學報，2005.3，7，(2):188.

[3]張云峰，羅玉明.生物實驗教學改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].淮陰師范學院教育科學論壇，2006，(4):90-91.

[4]虞洪強.實驗室信息管理系統(tǒng)的研究和開發(fā)[D].浙江大學材料與化工學院，2002.

[5]戚常林，韓玉坤.實驗室管理系統(tǒng)的構建與信息規(guī)范化[J].佳木斯大學學報(自然科學版)，2003.3，21，(1):103-107.

[6]王曉蘭，冀宏，姚璐曄等.淺議《微生物學》實驗教學改革的思路和方法[J].科學教育家，2008.10.

[7]江珩，陳守文，喻子牛.以微生物學為特色的生物工程專業(yè)實驗教學改革[J].微生物學通報，2006.3，(2):172-175.

[8]鄒曉葵，陸兆新，沈昌.微生物及其生物技術教學改革與實踐[J].教學改革與課程研究.2007，(3):35-37.

[9]張云峰，羅玉明.生物實驗教學改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].淮陰師范學院教育科學論壇，2006，(4):90-91.