生物科學專業“微生物學實驗”創新教學改革體系初探

謝鑫 余俊杰 任莉萍 吳風瑞 唐俊 陸娟

摘 ?要：為培養具有實踐能力、創新能力以及人文素養的生物科學人才，阜陽師范大學對生物科學專業的微生物學實驗進行優化，引入以學生為主導的自主探究實驗，通過學生自主選題，以小組形式設計和完成實驗，進行實驗匯報。該教學改革的初探表明，開放式的自主探究實驗一方面可以提高學生的實驗操作能力，能夠較好地提高學生對微生物學研究的興趣。另一方面，以科技論文形式撰寫實驗報告，有助于提升學生畢業論文寫作能力。

關鍵詞：微生物學實驗；生物科學；自主設計實驗

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2024）11-0061-04

隨著時代的發展，生物學在農業、工業、醫藥等領域的覆蓋面越來越廣，日益成為當今國家優先發展的主要支柱產業。［1］生物科學專業是我國為社會培養大量生物學相關技能人才的主要專業。但是，隨著社會的需求變化，對生物學專業人才的需求也發生變化，當今社會需要的生物學人才不僅要具有較強的生物學理論基礎，也需掌握較強的實踐動手能力。［2］

微生物學是生命科學領域中較為重要的一門基礎課程，其課程涉及范圍廣，也具有較強的實踐應用性，備受當今生物學專業學生喜愛。［3-4］

微生物學課程中，最重要的一個模塊是實驗技術。作為生物科學、生物制藥以及食品安全與質量等專業的核心課程，微生物學實驗在培養具有實踐能力、創新能力以及人文素養的人才中具有重要的地位。［5］主要訓練學生了解和掌握微生物學的主要實驗技能和方法，從而具有相關學科的基礎理論研究與實驗技能。［6］傳統的微生物實驗課程以驗證性實驗為主，綜合探究實驗為輔，這樣的實驗課程設計體系，學生更注重按照實驗指導教材中的實驗流程進行結果重現，但缺乏分析和解決問題的能力。［7-8］根據生物科學類教學質量國家標準，微生物學實驗課程的基本教學體系包括基礎性、綜合性和研究性多層次實驗教學，其中的綜合和研究性實驗的比例占總實驗教學的比例不能低于50%，通過實驗課程使學生具有創新精神、創業意識和創新創業能力。［9-10］

創新型人才的培養是現代本科專業建設至關重要的環節。一流專業的建設發力點主要凸顯在精品課程的建設中。因此，革新課程建設理念，推進課程改革勢在必行。阜陽師范大學于1988年設立生物科學專業，該專業于2022年入選國家一流本科專業建設點。專業以學生為主體、以產出為導向是當前國家一流本科專業建設的主要潮流和基本要求。為達到生物科學本科專業教學質量國家標準，更好地培養高素質的創新型人才，阜陽師范大學微生物學實驗課程團隊針對“微生物學實驗”課程中存在的典型問題，對教學內容和考核體系進行了改革。在2019年的實驗基礎上調整課程體系，增加以學生為主導的自選多命題方向的自主探究性實驗項目，以小組的方式進行匯報，并將其作為期末綜合考核內容之一，取得了階段性的良好教學效果。

一、微生物學實驗課程原定體系及考核方案的問題

（一）微生物學實驗課程比例失調

阜陽師范大學生物科學本科專業2019版培養方案中微生物學實驗為專業核心課程，共30學時，共10個實驗。學校生物科學專業微生物學實驗課在第二學年的第二學期開設，在理論課開始后的第5周開展實驗課。在微生物學實驗課開展的10個實驗中，實驗性質主要為驗證性實驗和小型綜合實驗，其中驗證性實驗7個（主要包含顯微鏡油浸系物鏡的使用、細胞大小數量的測定、微生物的革蘭氏染色、培養基的配置與滅菌、微生物的分離純化、微生物的生理生化鑒定等），小型綜合實驗3個（主要包括土壤微生物的分離純化及菌落觀察、藥物的體外抗菌實驗、枯草桿菌原生質體的制備等），綜合研究性實驗的占比較少，與生物科學類教學質量國家標準要求還有一定距離。

（二）考核方案較為片面化

阜陽師范大學原定的微生物學實驗考核方式為：平時成績+期末成績，其中平時成績占40%（課堂考勤占10%+實驗報告書寫20%+課堂表現10%），期末成績主要是從顯微鏡油鏡系物鏡的使用、細菌的革蘭氏染色以及微生物的平板劃線無菌操作三個項目中選取一個進行操作考查，成績占60%。盡管這種考核方式能夠有效地考查學生對微生物學實驗操作掌握的程度，但是過于單一和片面，不能充分考查學生分析和解決問題的能力，進而學生并未系統完整地構建微生物學實驗理論知識體系。

二、微生物學自主探究性實驗的實施路徑

（一）自主探究性實驗項目的實施

按照阜陽師范大學2021版新大綱的要求，課程修改優化了整體課程框架，優化自主設計探究性實驗。為更好地激發學生對微生物學知識的興趣，提高學生在實驗過程中的動手能力、創新能力和分析解決問題的能力。在學生學習完相關微生物學實驗操作技能之后，根據自身興趣并結合實驗室條件，進行自主選題、設計實驗方案并以小組的形式完成。自主探究性實驗于2—3周完成，微生物學實驗室全天開放，學生自行根據實驗內容合理安排。

為了讓學生體會到微生物學與農業、工業、醫藥等領域密不可分的關系，并激發學生對生命和生活的熱愛，在開展自主探究實驗時，引導學生從校園和生活中尋找選題并設計。如校園植物提取物的抗菌活性研究、小麥赤霉病病原菌的分離純化和鑒定、土壤中產淀粉酶芽孢桿菌的分離純化和鑒定等。整個實驗過程中的樣品采集、樣品處理以及后期實驗數據的分析等，均由學生小組成員獨立完成。整個實驗過程鼓勵學生積極與教師一起分析和討論，使自主探究實驗能夠較為順利的進行。對于具有進一步研究意義的實驗項目，積極鼓勵學生申報大學生創新實驗項目，培養學生的創新探究能力。

本課程自主探究實驗的實施主要包括三個過程：實驗方案的設計和修訂、實驗項目實施和實驗項目的匯報總結（如圖1所示）。在實驗方案設計及修訂階段，學生可結合所學知識和興趣，8—9人一組，擬定題目，并通過查閱相關文獻，設計實驗的內容和方案。實驗設計方案主要包括實驗目的、實驗研究背景、實驗所用試劑和耗材、試驗主要研究方法和技術路線、實驗的時間和人員分配等。初步擬定好實驗方案后，每個小組再與教師進行面對面的討論修改，確定最終方案。該過程一方面可以拓寬學生在微生物領域的知識視野，也能夠培養學生的團隊協作和溝通交流能力，為第八學期的畢業設計打好基礎。在進行實驗的前兩周，將自己所需的實驗試劑和耗材上報給實驗教輔教師，由教師根據實驗室庫存情況，統一購買保管。在實驗項目的實施階段，學生根據實驗方案合理安排實驗進展。鼓勵學生對實驗中所發現的疑惑及時與教師進行溝通和解決，培養學生思考和解決問題的能力。實驗結束后，由小組負責人進行數據收集與處理、小組分工撰寫實驗報告，并制作PPT進行匯報。

（二）微生物學自主探究性實驗考核體系

阜陽師范大學微生物學實驗根據自主探究實驗的運行情況，將前期微生物學實驗的期末考核方案進行優化，制訂綜合成績評定方法：期末總成績=40%平時成績+60%期末成績，平時成績=實驗報告書寫（占20%）+實驗課課堂表現（占20%）+微生物學設計性試驗考核（實驗方案設計+實驗操作過程+實驗報告+PPT匯報，占60%），期末成績=微生物學實驗理論知識（占50%）+實驗操作（占50%）。針對微生物學自主探究實驗，從規范性、創新性、語言表達與寫作、團隊協作等方面制訂了一套考核標準（如表1所示）。

（三）微生物學自主探究實驗實施效果

微生物學自主探究實驗的初探主要以2020級和2021級生物科學本科專業學生作為研究對象開展，共311人。共3位教師參與實驗教學、監督和指導。在實驗進展結束后，邀請微生物學相關任課教師作為評委參與學生的實驗成果答辯，并對其實驗過程及結果進行講評。

通過對傳統微生物學實驗進行改革，以自主探究實驗作為手段扭轉了傳統教學中以教師為主，學生為輔的局面，學生不僅在實驗過程中能夠較好地掌握微生物學相關知識，還能夠在該過程中綜合運用相關技術，通過反復的練習熟練掌握無菌操作技術、革蘭氏染色等常規微生物學實踐技能。在前期實驗設計階段，學生通過自主查閱相關文獻，并進行調研，以小組形式將實驗方案進行整理，這個過程能較好地鍛煉學生閱讀和書寫能力，也能提高學生分析和解決問題的能力，并無形中增強學生的團隊協作意識。

通過開展自主探究實驗，可以將前期驗證性實驗和小型綜合實驗進行整合，將“片段化”和“階段化”的操作進行融會貫通。整個過程中，教師進行監督和考核打分，這有利于增強學生在實驗操作過程中的規范性。在科研素養方面，學生通過獨立進行自主探究實驗，具備了獨立完成微生物學相關研究的能力，比如目的菌株的獲取和純化、培養基的選擇配置和優化、抗生素的選擇等。

三、微生物學自主探究實驗實施評價

在微生物學實驗進行改革后，隨機對往屆151名學生進行匿名在線問卷調查，調查內容主要包括對微生物學實驗課的興趣度、學習效果滿意度、自主探究實驗是否有助于加強知識點的理解、是否有助于提升實驗操作技能、是否能夠提升解決問題的能力等。

（一）學生對微生物學實驗課興趣度和學習效果滿意度的調查

經過對在線問卷調查的分析，大多數學生對微生物學實驗課都感興趣，并認為可以通過該課程學到相應的知識。調查結果還顯示通過微生物學實驗的改革可以較好地增強學生對理論知識理解，提高實驗操作技能，培養分析和解決問題的能力（如圖2所示）。

（二）學生對自主探究實驗的綜合評價

通過對151份問卷調查的統計分析，97%以上的學生認為在微生物學實驗課中加入自主探究實驗，有助于對理論知識的理解，可以提高實驗操作技能；通過引入自主探究實驗，可以提升學生對微生物學相關實驗問題的解決能力。該自主探究實驗以科技論文的形式呈現對學生以后的論文書寫也具有較好的幫助（如圖3所示）。

四、結語

通過教學實驗改革，增加微生物學自主探究實驗能較好地提高學生對于微生物學的學習興趣，也能提高學生的實驗動手能力和團隊協作能力。一方面，微生物學實驗課程開設于第二學年，大多數學生的實驗基礎普遍較差。師生配比不當大大增加了教師的工作量，導致教師難以對每組學生進行較好的監督和指導。另一方面，微生物學實驗室針對本實驗全天開放，但在實際操作過程中，開放實驗室的數量以及儀器稍顯不足，大大影響實驗的進展和效率。

結合當前高等教育教學的新模式體系可以借助線上精品課程，通過中國大學生慕課或“學習通”等平臺，讓學生提前預習通過觀看視頻演示規范技能操作，提高學生的實驗能力。今后，將繼續針對微生物學實驗課程中存在的問題進行更深層次的改革探索，將成果導向教育理念運用到該課程的教學實驗中，明確課程的目標，創新教學模式，更好地培養卓越人才。

參考文獻：

［1］ 王浩綺，高豪，信豐學. “十四五”背景下合成生物學產業發展趨勢分析［J］. 生物學雜志，2023，40（03）：1-5.

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［3］ 徐穎，王永龍. “以學生為中心”教育理念下微生物學實驗教學中的問題與探索［J］. 科技視界，2022（26）：157-159.

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［6］ 王智文，馮遠航，朱勇. “三位一體”育人理念在微生物學實驗教學中的探索與實踐［J］. 微生物學通報，2022，49（06）：2378-2387.

［7］ 沈萍， 陳向東. 微生物學實驗：第5版［M］. 北京：高等教育出版社，2018：1-2.

［8］ 徐德強，王英明，周德慶. 微生物學實驗教程：第4版［M］. 北京：高等教育出版社，2019：1-10.

［9］ 教育部高等學校教學指導委員會. 普通高等學校本科專業類教學質量國家標準［M］. 北京：高等教育出版社，2018：222-229.

［10］ 李小霞，肖仲久，錢正敏，等. 設計性實驗和考核體系在微生物學實驗課程教學中的初探——以遵義師范學院本科相關專業為例［J］. 科技視界，2022（27）：149-152.

（責任編輯：黃文波）

基金項目：2023年阜陽師范大學校級本科教學工程項目“課程思政融入‘細胞生物學教學改革與實踐”（項目編號：2023 JY XMSZ08）；2021年安徽省高等學校省級質量工程重點教研項目“新師范背景下高師生物科學專業‘五育融合實踐路徑探索”（項目編號：2021jyxm1086）；2022年安徽省研究生教育教學資源項目“研究生名師工作室”（項目編號：20 22msgzs038）。

作者簡介：謝鑫（1993—），男，博士，阜陽師范大學生物與食品工程學院講師，研究方向為細胞與分子免疫學；余俊杰（1990—），女，碩士，阜陽師范大學生物與食品工程學院助理實驗師，研究方向為環境微生物學；任莉萍（1978—），女，博士，阜陽師范大學生物與食品工程學院教授，研究方向為植物分子生物學；吳風瑞（1981—），男，博士，阜陽師范大學生物與食品工程學院教授，研究方向為分子生物學；唐俊（1975—），男，博士，阜陽師范大學生物與食品工程學院教授，研究方向為環境微生物學；陸娟（1979—），女，碩士，阜陽師范大學生物與食品工程學院高級實驗師，研究方向為環境微生物學。