微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探

唐文竹+李憲臻

摘要：針對(duì)之前微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的諸多不足，以大連工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院為例，進(jìn)行了微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究科學(xué)、主動(dòng)創(chuàng)新的熱情。

關(guān)鍵詞：微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)考核；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）15-0126-02

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)基因工程、分離工程、發(fā)酵工程等其他專業(yè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵一環(huán)。然而長期教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多不足之處。例如，所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)中基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，缺少綜合性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較簡單，并且項(xiàng)目之間相對(duì)比較獨(dú)立；考核方式主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主。因此近年來，筆者在微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生的能力培養(yǎng)方面，進(jìn)行了改革嘗試。

一、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是微生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是生物工程、生物技術(shù)、葡萄與葡萄酒工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)。為了培養(yǎng)“工程化”應(yīng)用型人才，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，我們?cè)谀壳?0學(xué)時(shí)必修課程的基礎(chǔ)上，增加12學(xué)時(shí)的選修部分，作為單獨(dú)的一門任選課，構(gòu)建“必修+選修”的實(shí)驗(yàn)課程模式。其中必修部分仍然是在大三上學(xué)期與微生物學(xué)理論課同時(shí)開課，主要是使學(xué)生掌握基本操作技能和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維能力和創(chuàng)新能力。而任選課部分則在大四上學(xué)期進(jìn)行，與各個(gè)專業(yè)開設(shè)的綜合實(shí)驗(yàn)課有機(jī)結(jié)合起來，從而進(jìn)一步鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生深入了解微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，為學(xué)生職業(yè)生涯的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

對(duì)于必修部分的內(nèi)容，我們首先對(duì)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建“模塊式”課程體系，即把微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)分為三大實(shí)驗(yàn)?zāi)K，分別是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)K、綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K，設(shè)置比例為15∶16∶9。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配如下。

1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是整個(gè)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，基本保留了原有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，但將各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了整合并減少了課時(shí)數(shù)量。其中普通光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)及使用和細(xì)菌染色與形態(tài)觀察兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合并為顯微鏡的使用及革蘭氏染色1個(gè)實(shí)驗(yàn)，而酵母水浸片的制備、酵母細(xì)胞數(shù)及死亡率的測(cè)定和顯微鏡測(cè)微技術(shù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合并為酵母菌大小測(cè)定、細(xì)胞數(shù)及死亡率測(cè)定1個(gè)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)保留了霉菌培養(yǎng)與形態(tài)觀察、細(xì)菌的生理生化實(shí)驗(yàn)以及理化因素對(duì)微生物的影響3個(gè)實(shí)驗(yàn)。5個(gè)實(shí)驗(yàn)每個(gè)實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)，共計(jì)15學(xué)時(shí)。

2.為了提高學(xué)生的積極性，培養(yǎng)他們對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，增加了綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。開設(shè)內(nèi)容為：蛋白酶產(chǎn)生菌的篩選和培養(yǎng)，具體內(nèi)容包括4個(gè)相互關(guān)聯(lián)、前后銜接、形成一體的實(shí)驗(yàn)。它們是培養(yǎng)基的配制、分裝與滅菌；產(chǎn)蛋白酶細(xì)菌的分離與純化；產(chǎn)蛋白酶細(xì)菌的培養(yǎng)與鑒定；標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制與酶活測(cè)定。每個(gè)實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)，共計(jì)16學(xué)時(shí)。

3.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)部分主要是圍繞科研課題開設(shè)，貼近生產(chǎn)實(shí)際，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)為環(huán)境因素對(duì)微生物產(chǎn)酶的影響，具體內(nèi)容為學(xué)生利用前面自己篩選得到的產(chǎn)蛋白酶的菌株，查閱資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生可以利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件來自主選擇研究不同的環(huán)境因素，如碳源、氮源、溫度、pH等，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于真實(shí)的科學(xué)研究過程，科學(xué)思維得到了鍛煉。該模塊共計(jì)9學(xué)時(shí)。

任選課部分的內(nèi)容是與各個(gè)專業(yè)方向的綜合大實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合在一起的，因此該部分也應(yīng)該是一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。其中生物工程專業(yè)分為兩個(gè)專業(yè)方向：發(fā)酵方向和啤酒方向，綜合大實(shí)驗(yàn)分別為發(fā)酵工程綜合實(shí)驗(yàn)和啤酒工程綜合實(shí)驗(yàn)，生物技術(shù)專業(yè)綜合大實(shí)驗(yàn)為生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)，每個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)都是以產(chǎn)品生產(chǎn)為主線，參照真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)工藝流程開展的。為了讓學(xué)生了解微生物學(xué)的具體應(yīng)用，提升學(xué)生的應(yīng)用能力，我們針對(duì)各專業(yè)的綜合實(shí)驗(yàn)開設(shè)了相應(yīng)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課程，內(nèi)容包括工業(yè)菌種的復(fù)壯（3學(xué)時(shí)）、菌種的選育（6學(xué)時(shí)）以及菌種的保藏（3學(xué)時(shí)），一共12學(xué)時(shí)。具體使用的菌株是由綜合大實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容決定的，例如對(duì)應(yīng)發(fā)酵工程綜合實(shí)驗(yàn)，使用的是谷氨酸棒桿菌；而對(duì)應(yīng)啤酒工程綜合實(shí)驗(yàn)，使用的是釀酒酵母；同樣地，對(duì)應(yīng)生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)，使用的則是黑曲霉。實(shí)驗(yàn)前布置學(xué)生查閱資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，運(yùn)用其已經(jīng)掌握的知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)完成設(shè)定的題目，并在后續(xù)的綜合大實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證選育菌株的生產(chǎn)能力。

二、改革考核方式，完善測(cè)評(píng)體系

對(duì)于必修部分，我們建立了與模塊化微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系相匹配的全方位考評(píng)方法。我們將實(shí)驗(yàn)成績分為平時(shí)成績和考試成績兩部分，各占50%。其中平時(shí)成績由實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績（原理歸納、實(shí)驗(yàn)流程圖、結(jié)果與分析、書寫情況）和課堂表現(xiàn)成績（回答問題情況、動(dòng)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(duì)不同模塊，具體要求如下。

1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的考核。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)由多個(gè)單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組成，每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課前要求學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告中用自己的話描述實(shí)驗(yàn)原理，同時(shí)用流程圖表示實(shí)驗(yàn)步驟。課上教師講解及演示主要實(shí)驗(yàn)過程后，學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo)。本部分主要目的是使學(xué)生牢固掌握微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本操作，所以最先開設(shè)，并以理論考試為主，實(shí)驗(yàn)報(bào)告為輔。

2.綜合性實(shí)驗(yàn)的考核。綜合性實(shí)驗(yàn)由一個(gè)較大、較完整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組成。每3—4人為一個(gè)小組完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以學(xué)習(xí)土壤微生物的分離、培養(yǎng)和分析為主。要求學(xué)生提前查閱文獻(xiàn)，根據(jù)文獻(xiàn)選擇土樣采集的地點(diǎn)和種類，并自行采集土樣。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，答疑解惑。4個(gè)連續(xù)的實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)整體，最后上交一份綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這一類型的實(shí)驗(yàn)在課程中期完成，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和操作考試為主要考核方式。

3.研究性實(shí)驗(yàn)的考核。研究性實(shí)驗(yàn)是在完成驗(yàn)證性、綜合性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教師給出學(xué)生題目后讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)過程。同樣是每3—4人為1個(gè)小組，教師提前給出實(shí)驗(yàn)題目——環(huán)境因素對(duì)微生物產(chǎn)酶的影響，學(xué)生查閱文獻(xiàn)后，自行選擇具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以研究培養(yǎng)基初始pH對(duì)微生物產(chǎn)酶的影響，也可以研究碳源對(duì)微生物產(chǎn)酶的影響，諸如此類，只要實(shí)驗(yàn)室條件允許均可以開展。學(xué)生自己設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線，教師加以指導(dǎo)后，正式開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中教師同樣需要現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。本部分最后進(jìn)行，主要以提交設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主要考核方式。

對(duì)于任選課部分，實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定包括平時(shí)成績、論文成績和答辯成績?nèi)糠?，所占比例分別為30%、30%和40%。每組按要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（包括材料和方法、技術(shù)路線、可行性論證），學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。每個(gè)小組在統(tǒng)一時(shí)間上交符合科研論文要求的實(shí)驗(yàn)論文（包括題目、摘要、關(guān)鍵詞、前言、材料和方法、結(jié)果和討論、參考文獻(xiàn)等），并利用課余時(shí)間進(jìn)行答辯。答辯既是對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)的一種考核方式，同時(shí)也有利于增進(jìn)師生間的交流，增強(qiáng)學(xué)生間的團(tuán)結(jié)合作與創(chuàng)新精神。

通過近年來的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，我們構(gòu)建了“必修+選修”的實(shí)驗(yàn)課程模式，并建立了必修部分“模塊化”教學(xué)體系，同時(shí)設(shè)立了多層次、多方面的考評(píng)方法。在這一學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，學(xué)生建立了無菌操作的基本理念，掌握了微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技術(shù)，加深了對(duì)微生物學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高了動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，為成長為“工程化”應(yīng)用型人才奠定了基礎(chǔ)。

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