醫學微生物學設計性實驗教學改革的探索

摘 要 設計性實驗是指學生自行設計實驗方案，在教師指導下加以實施的一種實驗教學模式。它能充分調動學生的積極性、主動性和創造性，極大地提高學生發現、分析并解決問題的能力。為此，我們以近些年新發生的新型傳染性疾病相關病原微生物作為研究對象，將其關鍵分子的原核表達實驗引入醫學微生物學實驗課的設計性實驗教學中，通過闡述實驗的組織、實施、教學成果及存在的問題，探討適用于該課程設計性實驗的教學方法和教學組織形式。

關鍵詞 醫學微生物學 教學 實驗課 設計性實驗

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

實驗課可以進一步加深學生對理論課的知識的理解和記憶，也是提升學生觀察能力、操作能力、思維能力、運用能力等智力因素的一個重要途徑，也是培養學生創新能力和創新精神的一個重要手段。①因此，實驗教學在知識、能力、素質的培養方面具有其它教學方式不可取代的重要地位和作用。然而，目前包括我校在內的大部分高校的醫學微生物學實驗教學大多為驗證性實驗，其基本模式是教師為學生準備好所有的實驗材料，并按照預先制定好的實驗程序安排學生機械地完成規定的實驗內容。②這嚴重制約了學生的主動性和積極性，不利于學生創新能力和獨立工作能力的培養，不利于學生個性的發展。因此，迫切需要在實驗教學中引入能啟發學生創造力的設計性綜合實驗。

設計性實驗是指由學生自行設計實驗方案，并在教師指導下加以實施的一種實驗課教學模式。它將學生在已有的理論知識基礎上，進一步有目的地獲取新的知識，可調動學生的學習積極性、主動性，最終提高學生發現分析和解決問題的能力。③為提高實驗課的教學質量，《普通高等學校本科教學工作水平評估方案（試行）》中明確了設計性實驗的重要性和在整個課程中所占的比例。④本文分析本教研室今年來采用的設計性實驗教學的實踐活動，探討了微生物設計性實驗的教學模式、教學方法和教學組織形式。

1 本文的設計性實驗教學的思想

近年來，在世界范圍內發生了一些新型傳染性疾病，如禽流感和豬流感病毒導致的人的感染、NDM-1超級耐藥細菌的感染等，引發高度關注。為了激發學生的學習興趣，我們將相關病原微生物的關鍵分子，如流感病毒血凝素和NDM-1金屬- -內酰胺酶等的原核表達引入實驗課中，并開展設計性實驗教學研究探索。在學生完成基礎實驗的前提下，我們指導學生設計實驗，表達上述關鍵分子；最后指導學生撰寫論文，并模仿研究生答辯的方式進行總結匯報。我們希望在實驗中引入受到廣泛關注的新型病原微生物，并且采用臨床醫學生向往的分子生物學技術，以激發學生對醫學微生物學的學習興趣，提高學生的科研能力。在這一過程中，我們也嘗試建立一套適合于培養我校臨床醫學專業的醫學微生物學和實驗課的教學體系。

2 設計性實驗教學的實施方案

2.1 實驗前的準備

我校的醫學本科生課程中，生物化學、分子生物學和醫學微生物學分別依次在第三個連續的學期開課。因此，在生物化學開課的學期，我們從32個實驗班中選取所有課程總平均成績相差在5分以內的6個班，隨機將這6個班分成兩組，每組三個班。其中一組為實驗組，采用上述實驗教學方法，另一組采用常規教學方法。通過年級的學習部向實驗組學生發放相關資料，讓學生初步了解實驗課教學改革的思想，并建議學生在完成正常的課程學習后，重點學習分子生物學相關技術原理，如PCR及DNA瓊脂糖凝膠電泳、質粒提取、DNA酶切及連接、感受態細胞制備、蛋白誘導表達、SDS-PAGE等，為下學期實驗課中所需的分子生物學知識扎實的基礎。

在開課前四周，利用課余時間，進一步向學生講授上述技術原理，操作步驟及注意事項。并采用閉卷考的形式，檢查學生對相關知識的掌握情況。最后，教師親自操作，向學生演示上述實驗技術的操作要領。

2.2 設計實驗方案

在設計性實驗開始的前8周里，我們規定學生在兩周內，以《分子克隆實驗指南》（第三版）為主要參考書目，并在CNKI或highwire等數據庫中查閱一定量的文獻，然后采用小組討論的方式，完成具體實驗方案的制定。然后由指導教師對實驗方案提出修改意見，進行修改，在第8周末確定最終實驗方案。

2.3 實驗操作

從第9周開始，學生根據自己設計的實驗方案，利用課余時間進入實驗室開展實驗。在此后的四周時間里，實驗室全天對學生開放，為學生配備所需的實驗材料、試劑、培養基和儀器等。在學生實驗期間，安排教師全時段值班并陪同學生實驗，解決學生在實驗過程中遇到的問題，并確保實驗室安全，以防出現事故。學生在實驗過程中做實驗記錄，寫實驗報告。

2.4 實驗論文的撰寫及實驗匯報

在實驗前和實驗中，分多次系統地向學生講解論文寫作的相關知識，首先講解論文寫作的意義、一般要求，然后用舉例的方式，重點講解摘要、前言、材料和方法、結果和討論的格式和具體要求。在實驗完成后，指導每個小組的學生完成論文寫作，并幫助學生修改論文，在反復修改后，以小班為單位，要求各組將自己的論文以PPT報告的形式，按照研究生畢業答辯的要求進行交流，并擇優在全班范圍內進行交流。

3 教學方法的成果分析及問題總結

在多年的教學實踐中，我們發現，雖然每個實驗班在實驗的過程中會遇到一些問題，但是經過四～五周的實驗，每個實驗小組最終都能完成實驗方案的全部內容，并能獨立完成論文寫作和實驗總結報告。通過認真分析學生的學術論文和總結匯報，并且最后比較實驗班和非實驗班的醫學微生物學這門課程的期末考試成績，我們認為，本教研室采用的設計性、創新實驗取得了滿意的效果，完全達到預期的目的。這種教學模式的成果主要表現在以下幾個方面：

3.1 設計實驗課對醫學微生物學學習的促進作用

我們采用的是綜合性實驗，實驗過程中需要用到多種分子生物學和基本的微生物學技術和操作，通過系統的訓練，學生的實驗操作能力明顯得到提升。從實驗考核（表1）來看（以2010級本科生為例），實驗班高分段（>90分和80分～90分）人數和平均成績明顯高于非實驗班。這表明與傳統的實驗教學模式相比，新實驗教學模式在培養和提高學生的動手能力方面有較大的優勢。在學生準備及實驗過程中，針對實驗方案所涉及的領域查閱一些相關資料，對相關病原微生物學的基本特性、致病機制等方面的內容有了進一步的熟悉和理解，從而豐富了微生物學知識體系。因此，值得一提的是，在實驗班的期末考試的成績（表2）也顯著高于非實驗班（以2010級本科生為例），這表明設計實驗可以提高學生對醫學微生物學課程學習的興趣，增強了學生對微生物學知識的學習、理解和記憶的能力。

3.2 學生的科研能力得到提高

3.2.1 文獻調研、論文寫作能力得到了提高

由于在實驗方案的準備及論文寫作的過程中需要參考資料，每個實驗小組都在網絡數據庫查閱了相關的文獻，并查閱了相關的圖書資料，因此，學生查閱文獻的能力在這一過程中得到了有效的鍛煉和提高。由于要求學生按照公開發表的學術論文的格式進行論文寫作，而在這一過程中，學生必須認真總結自己的實驗過程和實驗數據，并對實驗數據進行適當的分析和討論，而且在論文寫作過程中，需要反復按照老師的意見和建議進行修改，因此，在這一過程中不僅有效鍛煉了學生的文字功夫，還使他們系統分析問題的能力得到了較大的提高。最后由于我們要求每個實驗小組安排一名同學進行實驗總結報告，在這一過程中，學生需要自己組織PPT多媒體文件，并進行匯報。

3.2.2 科研思維和實驗技能得到了有效的訓練

本實驗需要用到較多的分子生物學技術，此外，還需要用到培養基配制、細菌分離培養及鑒定（蛋白表達宿主菌）、無菌操作技術、感受態細胞制備及發酵技術等微生物學技術。在開展實驗前，學生必須首先理解相關的技術原理，然后將實驗所需的多項實驗技術組成一個有序、連貫的有機整體。這一過程的深度和廣度是傳統實驗課的內容無法達到的。在規定內容實驗課上，學生每次學到的是一項或幾項實驗技術，而在自主設計實驗過程中，學生自主地組合并綜合應用這些技術。在實驗過程中，學生組成團隊分工合作，密切配合，共同完成了實驗，這培養了他們的團結合作精神。學生往往需要要進行1～2次的復復實踐才能掌握這些技術，尤其是當出現問題時，實驗重復的次數會增加。學生在老師的指點下，分析并解決問題，不僅掌握了技術本身，而且學會了分析并解決問題的科研思維能力。

3.3 教師的素質獲得提高

首先，我們所采用的自主設計實驗難度接近科研課題，教師必須具備較強的科研能力才能順利完成該實驗，因此對施教老師的素質和能力也提出了更高的要求。其次，教師需要自己開展預實驗，并向學生講述實驗技術的原理、示范相關操作要領；再次，在制定實驗方案的過程中，教師要在查閱相關文獻資料的基礎上，才能發現學生擬定的實驗方案中存在的問題，這對促進教師的教學起到了積極作用。教師在于學生交流的過程中，自身的科研水平也得到了提高，更有利于實驗教學工作，從而達到以教促學，以學促教，教學相長，共同發展的良性循環。

4 存在的問題及對策

為了完成自主設計實驗，本教研室的教師付出了比傳統教學實驗更多的時間和精力，做出了更多的犧牲。首先，需要我們在上學期就要開始為該學期的實驗設計進行提前宣傳，做好準備。在自主設計實驗的過程中，教師要利用業余時間為學生講解相關病原微生物的各種知識、各個實驗技術的原理和操作注意事項。在指導學生修改實驗方案的過程中，需要對學生的實驗方案進行修改。在實驗過程中，即使是在晚上和周末，只要學生做實驗，教師就要全時段值班，指導實驗。因此，教師需要花大量的時間。這就要求我們的教師必須有無私奉獻的精神，要對工作負責，從工作的角度出發，不計較個人得失。

5 總結

與傳統的驗證性實驗相比，我們所采用的設計性實驗首先通過具有轟動效應的病原微生物激發學生的實驗興趣和熱情。其次，我們的設計性實驗使學生由被動學習轉變為主動學習，由“授之以魚”轉變成“授之以漁”。這種實驗課的教學模式首先直接提高了醫學微生物學的實驗技能，并間接增強了醫學微生物學的學習效果。它在培養學生解決問題能力和創新能力方面的作用遠遠超過傳統的驗證性實驗。在完成自主設計實驗的過程中，學生對科研工作有了初步的認識，對查閱資料、設計方案、開展實驗、進行報告和總結等方面進行了初步嘗試，積累了一定的經驗，這為今后繼續學習，積累了一定經驗，奠定了基礎。雖然我們在醫學微生物學實驗教學中進行了上述的嘗試，也取得了一定的成績，但是當然還存在一定的問題，這需要我們堅持在教學改革的道路上繼續探索。

注釋

① 陳瓊華，錢黎明.微生物學實驗教學改革中培養學生創新能力的探索.中山大學學報論叢[J].2006.26（6）：22-26.

② 易力，汪洋，陳萬光等.推進微生物學實驗教學改革培養學生的綜合能力[J].實驗室科學，2010.13（1）：10-11.

③ 王秋華，魯秀國，吳彩斌，等.開展“環境微生物學”課外實踐小組的探索[J].實驗室研究與探索，2010.29（2）：99-102.

④ 周宜君，韋善君，高飛，等.設計性實驗和學生綜合素質培養的有效對接[J].實驗室科學，2011.14（2）：1-4.