設(shè)計性實驗教學(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個年級，共348名學(xué)生為實施對象，在環(huán)境微生物實驗教學(xué)中進行了設(shè)計性實驗教學(xué)的應(yīng)用。在教學(xué)過程中，讓學(xué)生自己根據(jù)研究興趣自行組建研究團隊，并自主選題、主動查閱文獻資料、獨立設(shè)計實驗實施方案，在老師的指導(dǎo)下完成試驗，隨后進行研究報告的書寫，并針對試驗結(jié)果提出意見和建議。通過設(shè)計性實驗教學(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)；實驗教學(xué)；設(shè)計性實驗

環(huán)境微生物學(xué)是在普通微生物學(xué)基礎(chǔ)上，開展的一門專業(yè)性和實用性更強的一門學(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)生對該門課程的興趣。為了區(qū)別于普通微生物的實驗教學(xué)，并讓學(xué)生在環(huán)境微生物學(xué)實驗教學(xué)中，學(xué)到更實用的實驗技術(shù)，在學(xué)生已掌握了微生物學(xué)基礎(chǔ)知識和很好的微生物實驗操作技能的情況下，我們對09級至14級農(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)實驗教學(xué)，進行了設(shè)計性實驗的應(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、實施對象和方法

（一）實施對象

選擇農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的09級至14級共348名本科學(xué)生作為設(shè)計性實驗教學(xué)的實施對象，將環(huán)境微生物學(xué)課程共16學(xué)時的實驗課全部設(shè)置為設(shè)計性實驗。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)實驗技術(shù)，對實驗儀器設(shè)備的使用有了較為深入的了解，并初步建立了無菌操作觀，這為設(shè)計性實驗的順利完成提供了保證。

（二）方法

1.選題與分組。實驗前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，以及在本實驗室可以完成的具體的實驗操作方法和相關(guān)注意事項，并詳細(xì)講解一些科研實例，使學(xué)生們初步了解如何進行設(shè)計性實驗。學(xué)生根據(jù)已有的知識和研究興趣自行分組，并提出大致的研究方向。

2.查閱文獻資料。確定了大致的實驗方向后，各個小組自行在網(wǎng)上或到圖書館利用檢索工具進行檢索和查閱文獻資料和工具書，對該研究方向相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)進行了初步了解，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)選題要求和實驗室條件，書寫具體的書面實施方案，主要包括：①實驗題目；②實驗合作者；③實驗實施的目的；④實驗試劑與器材；⑤實驗主要方法與操作步驟；⑥觀察指標(biāo)；⑦注意事項；⑧參考文獻：；⑨實驗計劃進度等[2]。

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

4.試驗方案的實施。因?qū)W時數(shù)的限制，所有試驗方案要求必須在4周內(nèi)完成，第1周是配置實驗所需的培養(yǎng)基，第2周是根據(jù)試驗方案進行實驗樣本的采集，第3、4周觀察實驗結(jié)果并記錄。在實施過程中，根據(jù)試驗的具體情況，學(xué)生可靈活安排時間。例如：有一組學(xué)生的實驗方案是比較各種常規(guī)空氣消毒滅菌方法的效果，因為熏蒸法需要一定的作用時間，所以整個實驗過程需要很長時間，允許該組可在任何時間內(nèi)完成實驗。在實驗實施的整個過程中，指導(dǎo)教師全程現(xiàn)場指導(dǎo)，以確保試驗方法科學(xué)合理，最后得出的實驗結(jié)果科學(xué)可信，并隨時解答學(xué)生在實驗實施中遇到的難題，啟發(fā)學(xué)生深入思考，力爭讓所有組的實驗均能按預(yù)計進度順利完成。

5.實驗報告的撰寫。在所有試驗完成之后，每組對各自的實驗結(jié)果進行綜合分析，得出實驗結(jié)論，根據(jù)實驗實施的情況，評價試驗的效果，并提出可行性建議，書寫實驗報告。實驗報告的書寫，不要求每人一份，而是讓每組學(xué)生上交一份實驗報告[3]。實驗報告要求按照科技論文的標(biāo)準(zhǔn)格式進行書寫，主要包括：①題目；②署名；③摘要：④關(guān)鍵詞：⑤引言；⑥試驗材料和方法；⑦結(jié)果；⑧討論；⑨參考文獻，這幾個常規(guī)部分。學(xué)生上交實驗報告后帶教講師以審查科技論文的標(biāo)準(zhǔn)給予評分，如：選題是否合理；實施方案和方法是否科學(xué)可靠，實驗數(shù)據(jù)是否詳實可信，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)計性實驗報告情況

經(jīng)過連續(xù)6年對本科農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的09級至14級共348名學(xué)生進行設(shè)計性實驗教學(xué)應(yīng)用后，共收到86份獨立選題并有效完成的實驗報告。其中檢測水體環(huán)境中的微生物的實驗報告有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。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。最終實驗結(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)實驗結(jié)果學(xué)生對學(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)然該實驗結(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有考慮進去，尚需進一步完善。涉及土壤環(huán)境微生物的檢測的實驗報告有18份，其中一組學(xué)生對土壤的PH值與土壤中微生物生物量的關(guān)系進行了研究，帶教老師對該選題進行了檢索，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。針對空氣衛(wèi)生質(zhì)量的實驗報告共38份，說明學(xué)生對于空氣衛(wèi)生質(zhì)量更關(guān)心一些，其中有一組學(xué)生測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)常開窗通風(fēng)，宿舍人員是否長期滯留宿舍，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)多參加戶外活動等。針對其他環(huán)境的實驗報告共9份，其中一組學(xué)生測定了我校各個食堂餐盤的細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群數(shù)，實驗結(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)生針對該問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)生在討論中對于實驗中的問題和不足都進行了深入分析，提出了很多有建設(shè)性的意見，為我們今后的設(shè)計性實驗教學(xué)提供了依據(jù)。

（二）學(xué)生對設(shè)計性實驗教學(xué)的評價

通過發(fā)放調(diào)查問卷的形式了解學(xué)生對于設(shè)計性實驗的評價[5]，從回收問卷的情況反映出，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為開設(shè)設(shè)計性實驗非常必要，比驗證性實驗更感興趣，做實驗的積極性更高。尤其是針對實際問題提出改進意見后，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、討論

設(shè)計性實驗是指在一定的實驗條件和基礎(chǔ)上，通過給定的實驗?zāi)康暮鸵?，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實施的實驗[6]。我們對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全專業(yè)的09級至14級共348名本科學(xué)生進行的長達六年的設(shè)計性實驗教學(xué)過程中，通過學(xué)生提交的研究報告和問卷，發(fā)現(xiàn)設(shè)計性實驗教學(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。并且在整個實驗過程全部結(jié)束之后，很多學(xué)生把學(xué)校安排的社會實踐也設(shè)計成與環(huán)境微生物相關(guān)的內(nèi)容，并申請希望微生物實驗室能夠繼續(xù)對他們開放，這說明我們在環(huán)境微生物學(xué)課程實驗教學(xué)中進行應(yīng)用設(shè)計性實驗教學(xué)是取得了良好效果的。

但設(shè)計性實驗教學(xué)也存在著一些問題，如：因本科學(xué)生尚未進行過較系統(tǒng)的科學(xué)研究培養(yǎng)，對于試驗中出現(xiàn)的問題，考慮不足，處理欠妥；個別學(xué)生自己不愿動手動腦，總是依賴同組的組員；有的學(xué)生對實驗材料的節(jié)約意識比較薄弱，存在浪費實驗材料的問題等。我們將在今后的實驗教學(xué)中尋求這些問題的解決辦法，進一步探討更合理更有效更完善的設(shè)計性實驗教學(xué)方法。

參考文獻：

[1]余陽，吳小倩，楊靜，朱艷彬，謝學(xué)輝.環(huán)境微生物實驗教學(xué)體系改革和管理[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（4）.

[2]易麗娟，童延斌，李姍蔓.環(huán)境工程微生物學(xué)綜合設(shè)計性實驗教學(xué)實踐與思考[J].廣州化工，2014（21）：218-219，

[3]胡超珍，張甲耀，陳蘭洲.環(huán)境微生物學(xué)自主設(shè)計性實驗教學(xué)探討[J].實驗技術(shù)與管理，2008，12

[4]佘晨興，蘇玉萍，邱健斌，林婉珍，蘭瑞芳.環(huán)境生物學(xué)設(shè)計性實驗多元學(xué)習(xí)評價體系的構(gòu)建與實踐[J].福建師大福清分校學(xué)報，2015（5）：18-22.

[5]姬曉娜，曹文平.關(guān)于開放環(huán)境微生物實驗教學(xué)方法的探討[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010，6（2）：98

[6]焦迎春，王虹，謝占玲，李德英.環(huán)境微生物開展設(shè)計性實驗教學(xué)模式的初探[J].科技教育，2012，20：196.

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