設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)在環(huán)境微生物學(xué)中的應(yīng)用

梅雙雙 戎偉

摘 要：本文以本科農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的6個(gè)年級(jí)，共348名學(xué)生為實(shí)施對(duì)象，在環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用。在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生自己根據(jù)研究興趣自行組建研究團(tuán)隊(duì)，并自主選題、主動(dòng)查閱文獻(xiàn)資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案，在老師的指導(dǎo)下完成試驗(yàn)，隨后進(jìn)行研究報(bào)告的書寫，并針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果提出意見(jiàn)和建議。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，刺激了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：環(huán)境微生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

環(huán)境微生物學(xué)是在普通微生物學(xué)基礎(chǔ)上，開(kāi)展的一門專業(yè)性和實(shí)用性更強(qiáng)的一門學(xué)科[1]，如果只使用常規(guī)的教學(xué)方法很難使學(xué)生產(chǎn)生對(duì)該門課程的興趣。為了區(qū)別于普通微生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并讓學(xué)生在環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)到更實(shí)用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在學(xué)生已掌握了微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和很好的微生物實(shí)驗(yàn)操作技能的情況下，我們對(duì)09級(jí)至14級(jí)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的本科生的環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)行了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，得到了學(xué)生和同行老師的一致認(rèn)同，并取得了良好的教學(xué)效果。

一、實(shí)施對(duì)象和方法

（一）實(shí)施對(duì)象

選擇農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的09級(jí)至14級(jí)共348名本科學(xué)生作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施對(duì)象，將環(huán)境微生物學(xué)課程共16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課全部設(shè)置為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。因?qū)W習(xí)該課程的學(xué)生已基本掌握了微生物學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用有了較為深入的了解，并初步建立了無(wú)菌操作觀，這為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的順利完成提供了保證。

（二）方法

1.選題與分組。實(shí)驗(yàn)前2周，該課程主講教師已經(jīng)提前給學(xué)生講授了與環(huán)境微生物學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，以及在本實(shí)驗(yàn)室可以完成的具體的實(shí)驗(yàn)操作方法和相關(guān)注意事項(xiàng)，并詳細(xì)講解一些科研實(shí)例，使學(xué)生們初步了解如何進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)和研究興趣自行分組，并提出大致的研究方向。

2.查閱文獻(xiàn)資料。確定了大致的實(shí)驗(yàn)方向后，各個(gè)小組自行在網(wǎng)上或到圖書館利用檢索工具進(jìn)行檢索和查閱文獻(xiàn)資料和工具書，對(duì)該研究方向相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了初步了解，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)選題要求和實(shí)驗(yàn)室條件，書寫具體的書面實(shí)施方案，主要包括：①實(shí)驗(yàn)題目；②實(shí)驗(yàn)合作者；③實(shí)驗(yàn)實(shí)施的目的；④實(shí)驗(yàn)試劑與器材；⑤實(shí)驗(yàn)主要方法與操作步驟；⑥觀察指標(biāo)；⑦注意事項(xiàng)；⑧參考文獻(xiàn)：；⑨實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)度等[2]。

3.討論并確定實(shí)施方案。帶課教師首先要認(rèn)真審查學(xué)生初步擬定的實(shí)驗(yàn)方案，再針對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的可行性開(kāi)展討論，討論的范圍不僅在組內(nèi)，同時(shí)小組間也可以相互提出意見(jiàn)和建議。例如：有一組學(xué)生擬定的方案是檢測(cè)飲用瓶裝水開(kāi)封后放置幾天細(xì)菌總數(shù)會(huì)超過(guò)國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。考慮到瓶裝水中因本身含菌量較少且不是細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的適宜環(huán)境，連續(xù)采取水樣的周期過(guò)長(zhǎng)，而所有實(shí)驗(yàn)又必需在4周之內(nèi)完成，所以最后同學(xué)們一致將實(shí)驗(yàn)方案確定為，瓶裝水開(kāi)封飲用后放置幾天細(xì)菌總數(shù)會(huì)超過(guò)國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，因加入了一個(gè)人為接菌的過(guò)程，所需時(shí)間大大減少，且更符合日常生活的實(shí)際情況。

4.試驗(yàn)方案的實(shí)施。因?qū)W時(shí)數(shù)的限制，所有試驗(yàn)方案要求必須在4周內(nèi)完成，第1周是配置實(shí)驗(yàn)所需的培養(yǎng)基，第2周是根據(jù)試驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)樣本的采集，第3、4周觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果并記錄。在實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)試驗(yàn)的具體情況，學(xué)生可靈活安排時(shí)間。例如：有一組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案是比較各種常規(guī)空氣消毒滅菌方法的效果，因?yàn)檠舴ㄐ枰欢ǖ淖饔脮r(shí)間，所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要很長(zhǎng)時(shí)間，允許該組可在任何時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施的整個(gè)過(guò)程中，指導(dǎo)教師全程現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，以確保試驗(yàn)方法科學(xué)合理，最后得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果科學(xué)可信，并隨時(shí)解答學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)施中遇到的難題，啟發(fā)學(xué)生深入思考，力爭(zhēng)讓所有組的實(shí)驗(yàn)均能按預(yù)計(jì)進(jìn)度順利完成。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。在所有試驗(yàn)完成之后，每組對(duì)各自的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施的情況，評(píng)價(jià)試驗(yàn)的效果，并提出可行性建議，書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，不要求每人一份，而是讓每組學(xué)生上交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告[3]。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按照科技論文的標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行書寫，主要包括：①題目；②署名；③摘要：④關(guān)鍵詞：⑤引言；⑥試驗(yàn)材料和方法；⑦結(jié)果；⑧討論；⑨參考文獻(xiàn)，這幾個(gè)常規(guī)部分。學(xué)生上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后帶教講師以審查科技論文的標(biāo)準(zhǔn)給予評(píng)分，如：選題是否合理；實(shí)施方案和方法是否科學(xué)可靠，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否詳實(shí)可信，結(jié)論是否正確，討論是否深入合理等[4]。

二、結(jié)果

（一）學(xué)生設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況

經(jīng)過(guò)連續(xù)6年對(duì)本科農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的09級(jí)至14級(jí)共348名學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用后，共收到86份獨(dú)立選題并有效完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。其中檢測(cè)水體環(huán)境中的微生物的實(shí)驗(yàn)報(bào)告有21份，其中較典型的例子是我校游泳池水細(xì)菌總數(shù)的檢測(cè)。因我校的游泳池水每周置換一次水，學(xué)生擔(dān)心泳池的池水細(xì)菌總數(shù)超標(biāo)會(huì)影響身體健康，所以每天在游泳池關(guān)閉前采集一回水樣，連續(xù)采一周。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在換水初期水質(zhì)較好，但在后期水質(zhì)較差，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果學(xué)生對(duì)學(xué)校的后勤管理部門提出建議，泳池的水最好3-4天換一次水。當(dāng)然該實(shí)驗(yàn)結(jié)果尚存在許多不足，其中氣溫、人流量和消毒劑的使用劑量等因素沒(méi)有考慮進(jìn)去，尚需進(jìn)一步完善。涉及土壤環(huán)境微生物的檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告有18份，其中一組學(xué)生對(duì)土壤的PH值與土壤中微生物生物量的關(guān)系進(jìn)行了研究，帶教老師對(duì)該選題進(jìn)行了檢索，發(fā)現(xiàn)該研究方向立意新穎，證明學(xué)生的科學(xué)思維還是相當(dāng)活躍的。針對(duì)空氣衛(wèi)生質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告共38份，說(shuō)明學(xué)生對(duì)于空氣衛(wèi)生質(zhì)量更關(guān)心一些，其中有一組學(xué)生測(cè)定了本班所有宿舍空氣中的細(xì)菌總數(shù)，并結(jié)合是否經(jīng)常開(kāi)窗通風(fēng)，宿舍人員是否長(zhǎng)期滯留宿舍，以及是否經(jīng)常打掃等情況，在討論中提出宿舍應(yīng)常經(jīng)常通風(fēng)換氣，常打掃，并提出應(yīng)多參加戶外活動(dòng)等。針對(duì)其他環(huán)境的實(shí)驗(yàn)報(bào)告共9份，其中一組學(xué)生測(cè)定了我校各個(gè)食堂餐盤的細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)各食堂餐盤雖然采用的消毒方法相同，但餐盤上殘留的細(xì)菌總數(shù)卻存在很大差異，后經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)有的食堂對(duì)前一天未使用的餐盤不經(jīng)消毒就繼續(xù)放置在餐盤區(qū)，學(xué)生針對(duì)該問(wèn)題向后勤部門提出餐盤應(yīng)每天消毒再使用。并且所有學(xué)生在討論中對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題和不足都進(jìn)行了深入分析，提出了很多有建設(shè)性的意見(jiàn)，為我們今后的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了依據(jù)。

（二）學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)

通過(guò)發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷的形式了解學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)[5]，從回收問(wèn)卷的情況反映出，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)非常必要，比驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)更感興趣，做實(shí)驗(yàn)的積極性更高。尤其是針對(duì)實(shí)際問(wèn)題提出改進(jìn)意見(jiàn)后，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、討論

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指在一定的實(shí)驗(yàn)條件和基礎(chǔ)上，通過(guò)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅蓪W(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)施的實(shí)驗(yàn)[6]。我們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的09級(jí)至14級(jí)共348名本科學(xué)生進(jìn)行的長(zhǎng)達(dá)六年的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)學(xué)生提交的研究報(bào)告和問(wèn)卷，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。并且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程全部結(jié)束之后，很多學(xué)生把學(xué)校安排的社會(huì)實(shí)踐也設(shè)計(jì)成與環(huán)境微生物相關(guān)的內(nèi)容，并申請(qǐng)希望微生物實(shí)驗(yàn)室能夠繼續(xù)對(duì)他們開(kāi)放，這說(shuō)明我們?cè)诃h(huán)境微生物學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是取得了良好效果的。

但設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)也存在著一些問(wèn)題，如：因本科學(xué)生尚未進(jìn)行過(guò)較系統(tǒng)的科學(xué)研究培養(yǎng)，對(duì)于試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，考慮不足，處理欠妥；個(gè)別學(xué)生自己不愿動(dòng)手動(dòng)腦，總是依賴同組的組員；有的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的節(jié)約意識(shí)比較薄弱，存在浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)材料的問(wèn)題等。我們將在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中尋求這些問(wèn)題的解決辦法，進(jìn)一步探討更合理更有效更完善的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：梅雙雙/海南大學(xué)環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院；戎偉/海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院）