微生物實驗教學改革初探

唐文竹+李憲臻

摘要：針對之前微生物學實驗教學存在的諸多不足，以大連工業大學生物工程學院為例，進行了微生物學實驗教學改革。通過實驗教學改革實踐，激發了學生自主學習、探究科學、主動創新的熱情。

關鍵詞：微生物學實驗；實驗內容；實驗考核；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）15-0126-02

微生物學實驗是生物相關專業的一門重要的專業基礎課，是學生進一步學習基因工程、分離工程、發酵工程等其他專業實驗技術的基礎，也是培養學生動手能力、實踐能力和創新能力的關鍵一環。然而長期教學實踐發現，傳統的微生物學實驗教學存在很多不足之處。例如，所開設的實驗中基礎驗證性實驗過多，缺少綜合性實驗；實驗內容比較簡單，并且項目之間相對比較獨立；考核方式主要以實驗報告為主。因此近年來，筆者在微生物實驗教學和學生的能力培養方面，進行了改革嘗試。

一、優化課程結構，調整實驗內容

微生物學實驗是微生物學教學內容的重要組成部分，是生物工程、生物技術、葡萄與葡萄酒工程專業的重要基礎。為了培養“工程化”應用型人才，加強學生創新思維、創新能力和綜合素質的培養，我們在目前40學時必修課程的基礎上，增加12學時的選修部分，作為單獨的一門任選課，構建“必修+選修”的實驗課程模式。其中必修部分仍然是在大三上學期與微生物學理論課同時開課，主要是使學生掌握基本操作技能和實踐能力，培養學生的科研思維能力和創新能力。而任選課部分則在大四上學期進行，與各個專業開設的綜合實驗課有機結合起來，從而進一步鍛煉學生解決實際問題的能力，使學生深入了解微生物學實驗在工業生產中的應用，為學生職業生涯的可持續發展打下堅實的基礎。

對于必修部分的內容，我們首先對課程結構進行優化，構建“模塊式”課程體系，即把微生物學實驗分為三大實驗模塊，分別是驗證性實驗模塊、綜合性實驗模塊和設計性實驗模塊，設置比例為15∶16∶9。具體實驗內容和學時分配如下。

1.驗證性實驗是整個微生物學實驗的基礎，基本保留了原有驗證性實驗的內容，但將各實驗項目進行了整合并減少了課時數量。其中普通光學顯微鏡的結構及使用和細菌染色與形態觀察兩個實驗合并為顯微鏡的使用及革蘭氏染色1個實驗，而酵母水浸片的制備、酵母細胞數及死亡率的測定和顯微鏡測微技術兩個實驗合并為酵母菌大小測定、細胞數及死亡率測定1個實驗，同時保留了霉菌培養與形態觀察、細菌的生理生化實驗以及理化因素對微生物的影響3個實驗。5個實驗每個實驗3學時，共計15學時。

2.為了提高學生的積極性，培養他們對知識的綜合應用能力，增加了綜合性實驗項目。開設內容為：蛋白酶產生菌的篩選和培養，具體內容包括4個相互關聯、前后銜接、形成一體的實驗。它們是培養基的配制、分裝與滅菌；產蛋白酶細菌的分離與純化；產蛋白酶細菌的培養與鑒定；標準曲線繪制與酶活測定。每個實驗4學時，共計16學時。

3.設計性實驗部分主要是圍繞科研課題開設，貼近生產實際，開設的實驗為環境因素對微生物產酶的影響，具體內容為學生利用前面自己篩選得到的產蛋白酶的菌株，查閱資料設計實驗方案，實施實驗過程，分析實驗結果。學生可以利用實驗室現有的實驗條件來自主選擇研究不同的環境因素，如碳源、氮源、溫度、pH等，在提高學生學習興趣，加強實驗技能的同時，學生可以將實驗技術應用于真實的科學研究過程，科學思維得到了鍛煉。該模塊共計9學時。

任選課部分的內容是與各個專業方向的綜合大實驗有機結合在一起的，因此該部分也應該是一個綜合性實驗。其中生物工程專業分為兩個專業方向：發酵方向和啤酒方向，綜合大實驗分別為發酵工程綜合實驗和啤酒工程綜合實驗，生物技術專業綜合大實驗為生物技術綜合實驗，每個綜合實驗都是以產品生產為主線，參照真實的工業生產工藝流程開展的。為了讓學生了解微生物學的具體應用，提升學生的應用能力，我們針對各專業的綜合實驗開設了相應的微生物學實驗選修課程，內容包括工業菌種的復壯（3學時）、菌種的選育（6學時）以及菌種的保藏（3學時），一共12學時。具體使用的菌株是由綜合大實驗的內容決定的，例如對應發酵工程綜合實驗，使用的是谷氨酸棒桿菌；而對應啤酒工程綜合實驗，使用的是釀酒酵母；同樣地，對應生物技術綜合實驗，使用的則是黑曲霉。實驗前布置學生查閱資料設計實驗方案，學生進入實驗室后，運用其已經掌握的知識與實驗操作技術完成設定的題目，并在后續的綜合大實驗中進一步驗證選育菌株的生產能力。

二、改革考核方式，完善測評體系

對于必修部分，我們建立了與模塊化微生物學實驗課教學體系相匹配的全方位考評方法。我們將實驗成績分為平時成績和考試成績兩部分，各占50%。其中平時成績由實驗報告成績（原理歸納、實驗流程圖、結果與分析、書寫情況）和課堂表現成績（回答問題情況、動手情況、值日情況）兩部分組成，各占50%。考試部分同樣包括理論考試和操作考試兩部分，且各占50%。針對不同模塊，具體要求如下。

1.驗證性實驗的考核。驗證性實驗由多個單獨的實驗項目組成，每個學生獨立完成各實驗內容，課前要求學生的實驗預習報告中用自己的話描述實驗原理，同時用流程圖表示實驗步驟。課上教師講解及演示主要實驗過程后，學生開展實驗，教師巡回指導。本部分主要目的是使學生牢固掌握微生物學實驗技術的基本操作，所以最先開設，并以理論考試為主，實驗報告為輔。

2.綜合性實驗的考核。綜合性實驗由一個較大、較完整的實驗項目組成。每3—4人為一個小組完成實驗內容，以學習土壤微生物的分離、培養和分析為主。要求學生提前查閱文獻，根據文獻選擇土樣采集的地點和種類，并自行采集土樣。實驗進行時教師現場指導，答疑解惑。4個連續的實驗作為一個整體，最后上交一份綜合性實驗報告。這一類型的實驗在課程中期完成，以實驗報告和操作考試為主要考核方式。

3.研究性實驗的考核。研究性實驗是在完成驗證性、綜合性實驗的基礎上，教師給出學生題目后讓學生自主設計實驗內容和實驗過程。同樣是每3—4人為1個小組，教師提前給出實驗題目——環境因素對微生物產酶的影響，學生查閱文獻后，自行選擇具體的實驗內容，可以研究培養基初始pH對微生物產酶的影響，也可以研究碳源對微生物產酶的影響，諸如此類，只要實驗室條件允許均可以開展。學生自己設計好實驗的技術路線，教師加以指導后，正式開始實驗。實驗過程中教師同樣需要現場指導。本部分最后進行，主要以提交設計性實驗報告為主要考核方式。

對于任選課部分，實驗成績評定包括平時成績、論文成績和答辯成績三部分，所占比例分別為30%、30%和40%。每組按要求設計實驗方案（包括材料和方法、技術路線、可行性論證），學生在教師指導下獨立完成實驗。每個小組在統一時間上交符合科研論文要求的實驗論文（包括題目、摘要、關鍵詞、前言、材料和方法、結果和討論、參考文獻等），并利用課余時間進行答辯。答辯既是對綜合性實驗的一種考核方式，同時也有利于增進師生間的交流，增強學生間的團結合作與創新精神。

通過近年來的微生物學實驗教學改革實踐，我們構建了“必修+選修”的實驗課程模式，并建立了必修部分“模塊化”教學體系，同時設立了多層次、多方面的考評方法。在這一學習實踐過程中，學生建立了無菌操作的基本理念，掌握了微生物學實驗的基本技術，加深了對微生物學理論知識的認識，提高了動手能力和綜合運用知識的能力，為成長為“工程化”應用型人才奠定了基礎。

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