“微生物學(xué)綜合研究性實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐

張 琇，屈 歡，李 敏，馬海軍，趙會(huì)君

（北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院 寧夏特殊生境微生物資源開發(fā)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750021）

教育部等部門在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見》中指出，各高校要把加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)方法改革作為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容，重點(diǎn)推行基于問題、基于項(xiàng)目、基于案例的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法，加強(qiáng)綜合性實(shí)踐科目設(shè)計(jì)和應(yīng)用［1］。提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，關(guān)鍵是要深化實(shí)踐教學(xué)課程改革。

北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案從2008年至今共修訂了三次，分別為2008版、2014版和2019版，在每一版培養(yǎng)方案修訂中均體現(xiàn)出了實(shí)踐教學(xué)學(xué)分比例不少于專業(yè)總學(xué)分的三分之一。微生物學(xué)是生命科學(xué)中實(shí)踐性最強(qiáng)的學(xué)科之一，實(shí)驗(yàn)課程又是微生物學(xué)教學(xué)中較為重要的組成部分［2］。學(xué)院微生物學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程一直處于改革前列，積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。微生物學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)由最初以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主，逐步發(fā)展至以基礎(chǔ)性和綜合性實(shí)驗(yàn)并重，再延伸至構(gòu)建和優(yōu)化以綜合性研究性實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系［3］。在每一個(gè)階段的探索和實(shí)踐中均取得了較為顯著的教學(xué)效果［4］。

按照教育部《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》的精神，因課制宜選擇課堂教學(xué)方式方法，積極引導(dǎo)學(xué)生自我管理、主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)求知欲望，提高學(xué)習(xí)效率，提升自主學(xué)習(xí)能力。課程組積極探索以微生物類實(shí)驗(yàn)課程群中的“微生物學(xué)綜合研究性實(shí)驗(yàn)”課程為研究對(duì)象，持續(xù)開展教學(xué)改革研究，該門課程總學(xué)時(shí)為72學(xué)時(shí)，設(shè)立4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，均為綜合研究性實(shí)驗(yàn)［5］，其中包括：蛋白酶產(chǎn)生菌的分離、篩選及其鑒定；固氮微生物分離篩選及其功能測(cè)定；釀酒酵母菌的分離篩選及其性能測(cè)定；耐鹽堿微生物的分離篩選及其促進(jìn)玉米抗鹽堿能力的測(cè)定。對(duì)上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整，并依據(jù)課程組承擔(dān)的科研項(xiàng)目和學(xué)科方向進(jìn)行更新，旨在不斷探索以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐和自主創(chuàng)新的教學(xué)模式。

一、課前動(dòng)員

根據(jù)培養(yǎng)方案執(zhí)行進(jìn)度和專業(yè)培養(yǎng)要求，對(duì)綜合研究性實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容進(jìn)行適時(shí)調(diào)整和更新。在大學(xué)一年級(jí)、二年級(jí)期間，生物工程專業(yè)學(xué)生完成了“工業(yè)微生物學(xué)”“細(xì)胞生物學(xué)”“生物化學(xué)”“分子生物學(xué)”“化學(xué)”等基礎(chǔ)性課程的實(shí)驗(yàn)課程，已掌握了基本專業(yè)實(shí)踐操作技能。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合能力，以及思考問題、解決問題的能力，在綜合研究性實(shí)驗(yàn)課程中設(shè)置一些具有探索性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［6-7］。如何讓學(xué)生有興趣并能順利完成該門實(shí)驗(yàn)課程成為關(guān)鍵。通過結(jié)合科研項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容，選取其部分內(nèi)容如耐鹽堿微生物菌種的篩選及其促進(jìn)植物在鹽堿脅迫下的生長(zhǎng)研究［8-9］。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)該內(nèi)容的學(xué)習(xí)積極性，在開展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之前，讓學(xué)生了解我國(guó)可耕地面積的人均水平仍低于全世界平均水平，且我國(guó)鹽堿地分布很廣，如果得不到合理開發(fā)，糧食危機(jī)凸顯，而通過微生物技術(shù)利用和改良鹽堿地，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，通過該門實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，篩選獲得一批促進(jìn)植物耐鹽堿的微生物，有望解決上述現(xiàn)實(shí)問題。同時(shí)，展示課題組近期的研究成果，分析該研究途徑的可行性。通過上述講解和介紹能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后期該門課程的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。

二、實(shí)驗(yàn)方案制定與論證

為了使學(xué)生具備自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和獨(dú)立開展綜合研究性實(shí)驗(yàn)的能力，在該環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)，制定實(shí)驗(yàn)方案。將學(xué)生分成若干小組［10-11］。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，通過查詢資料，學(xué)生自行開展方案設(shè)計(jì)、計(jì)劃安排等。以耐鹽堿微生物篩選為例，可以設(shè)定耐鹽、耐堿、耐鹽堿微生物的篩選及其功能驗(yàn)證。篩菌樣品可以取自水樣、土樣、水果樣等。雖然實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)相同，但實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟略有區(qū)別，實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常亦不一樣，這樣會(huì)使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容變得多樣化，結(jié)果也會(huì)隨之呈現(xiàn)多樣性。

為了確保實(shí)驗(yàn)方案的可行性，實(shí)驗(yàn)方案制定完成后，要開展實(shí)驗(yàn)方案的論證會(huì)。每組學(xué)生通過板書或PPT的形式展示各組實(shí)驗(yàn)方案和分工情況等，隨后授課教師進(jìn)行指導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)。以一個(gè)自然班40人為例，共分10組，學(xué)生可以了解10個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)方案和設(shè)計(jì)思路，結(jié)合教師對(duì)每一組實(shí)驗(yàn)方案的指正，學(xué)生將會(huì)聽到不少于10遍的講解，且能夠參與各組實(shí)驗(yàn)方案的修改和討論，充分理解和掌握每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的作用和意義。這樣，在正式實(shí)驗(yàn)開展之前，學(xué)生就已對(duì)實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵問題等熟記于心，為后期實(shí)驗(yàn)開展奠定良好的基礎(chǔ)。

三、實(shí)驗(yàn)實(shí)施和過程管理

在正式開展實(shí)驗(yàn)期間，教師對(duì)于大多數(shù)學(xué)生操作不太熟練的細(xì)節(jié)或者普遍存在的問題進(jìn)行重點(diǎn)講解和演示操作。通過利用某些實(shí)驗(yàn)過程中的空檔期如高壓滅菌階段（一般需要等待1個(gè)小時(shí)左右），召集學(xué)生進(jìn)行集中講解和討論，從而確保遇到的操作問題能夠得到及時(shí)糾正和解決，保障實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。由于綜合研究性實(shí)驗(yàn)周期普遍較長(zhǎng)，例如，培養(yǎng)微生物通常需要連續(xù)2～3天，種植玉米苗并觀察其生長(zhǎng)過程需要1～2周，因此小組成員分工協(xié)作顯得尤為重要，要求每天均有小組成員到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行必要的操作（如接菌于玉米苗根部、澆水等），并做好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)記錄，做好實(shí)驗(yàn)工作銜接。實(shí)驗(yàn)記錄是后期分析和討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要依據(jù)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)期間所觀察到的數(shù)據(jù)和結(jié)果圖片應(yīng)及時(shí)發(fā)至授課教師的微信、QQ或郵箱。授課教師組織學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上進(jìn)行交流和討論，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后開展討論分析，每個(gè)小組向全班同學(xué)進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師針對(duì)共性問題和個(gè)性問題與學(xué)生一起討論和交流，全班學(xué)生分享各實(shí)驗(yàn)小組的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)匯報(bào)過程中，從方案、步驟、過程、結(jié)果等環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真分析和討論。以耐鹽堿微生物篩選為例，有的小組篩選獲得了耐鹽堿微生物，而有的小組卻沒有，學(xué)生分析原因可能有：一是所選擇的樣品不一樣，有土樣、水樣、水果樣，這樣因樣品之間的差異會(huì)造成所分離獲得的微生物在數(shù)量、種類等方面有所不同；二是操作問題，接種環(huán)灼燒后，未等冷卻立即涂布，造成微生物被直接消滅；三是稀釋倍數(shù)過高，使得微生物數(shù)量極少；四是培養(yǎng)基的配制有誤等。學(xué)生從各個(gè)角度和方面進(jìn)行假設(shè)和分析，為重復(fù)實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)，也進(jìn)一步促使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)有了新的認(rèn)識(shí)和理解，明顯提高了學(xué)生分析和解決問題能力。此外，有的菌可促進(jìn)玉米耐鹽堿功能，而有的菌則無此功能，學(xué)生分析問題原因有：一是所篩選獲得的菌的種類不同，作用不同；二是由于玉米種子的個(gè)體差異造成，對(duì)菌的作用不敏感；三是菌接觸玉米根系方式和位置不同等。類似這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很多種，促使學(xué)生主動(dòng)查詢資料，互相討論，或與指導(dǎo)教師交流，甚至課下詢問其他專業(yè)相關(guān)教師，使學(xué)生由“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變［12］。

五、撰寫實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中不僅要詳細(xì)寫出實(shí)驗(yàn)過程和操作步驟，還要有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和照片等，同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。在實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析和關(guān)聯(lián)分析，并提出實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)一步優(yōu)化的意見和建議。雖然實(shí)驗(yàn)以小組形式進(jìn)行，但是實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求每人一份。小組成員可以在報(bào)告中有不同于其他成員的感受、認(rèn)識(shí)及思考等。根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，教師進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法。學(xué)生在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)記錄和總結(jié)，還要進(jìn)行分析和討論，避免了學(xué)生之間抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象。

六、改進(jìn)考核方式

目前，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)課程的考核方式以平時(shí)考勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主要依據(jù)，不能客觀考查學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握和理解程度。為了全面、客觀反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和掌握情況，從方案制定、過程管理、實(shí)驗(yàn)總結(jié)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面進(jìn)行考核，并結(jié)合期末考核。實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)由實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)際操作、實(shí)驗(yàn)總結(jié)匯報(bào)、期末考核等成績(jī)組成［13］。

七、教學(xué)效果

“微生物學(xué)綜合研究性實(shí)驗(yàn)”課程中融入科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容，選取對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐具有重要應(yīng)用價(jià)值的科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容融入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生不僅對(duì)該門課程產(chǎn)生濃厚興趣和探索欲望，也對(duì)專業(yè)定位和培養(yǎng)目標(biāo)有了更為清晰的認(rèn)識(shí)。

通過查閱文獻(xiàn)，制定實(shí)驗(yàn)方案，可鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀能力、分析和設(shè)計(jì)能力及獨(dú)立思考問題的能力。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以小組形式實(shí)施，明顯提升和加強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和協(xié)作意識(shí)。通過在實(shí)驗(yàn)方案論證和實(shí)驗(yàn)總結(jié)過程中的發(fā)言交流，鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力和思辨能力，交流機(jī)會(huì)明顯增多。學(xué)生不僅能清楚地了解和掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，并且能夠?qū)τ趯?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，并加以改進(jìn)，能夠?qū)⒗碚撝R(shí)和實(shí)驗(yàn)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，融會(huì)貫通。通過考核形式的改變，學(xué)生更加專注于實(shí)驗(yàn)過程的操作和能力提升，而不再因忙于撰寫報(bào)告而忽略實(shí)驗(yàn)操作。

綜合研究性教學(xué)模式的構(gòu)建，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、科研能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，根據(jù)學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和課程體系進(jìn)行優(yōu)化整合，做到實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)的相互協(xié)調(diào)促進(jìn)，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使綜合研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)更系統(tǒng)、更完整。課程考核方式的改進(jìn)，不僅能對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)和實(shí)際學(xué)習(xí)效果進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，而且還能充分提高和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性。