應用型本科院校微生物實驗模塊化教學的探索與實踐

施翠娥　顏守?！埧瀑F　汪承潤

（淮南師范學院生物工程學院，安徽淮南232001）

應用型本科院校微生物實驗模塊化教學的探索與實踐

施翠娥顏守保張科貴汪承潤

（淮南師范學院生物工程學院，安徽淮南232001）

為適應生物類學科多專業的招生，滿足應用型本科高校不同專業學生目標定位的需求，以微生物學為試點，構建了“基礎-綜合提高-研究創新”3水平模塊式實驗教學體系，并采取教師引導學生探究逐漸向學生獨立探究的漸進式研究性教學模式。該體系實際應用的效果表明，不僅提高了學生的學習興趣和主動學習能力，而且為進一步深造和工作奠定了良好的基礎。

微生物學；實驗教學；模塊式教學

微生物學是生物類專業基礎課，具有很強的實驗性和應用性，其實驗教學不僅是后續課程學習的基礎，也是培養和開發學生動手能力、觀察能力、思維分析能力、創造能力及組織管理能力的重要教學環節，因此微生物實驗教學質量是衡量生命科學類專業人才培養質量的重要指標之一［1］。

隨著市場對人才的需求，淮南師范學院不斷申請新的專業來滿足市場的要求，增加學生的就業率，當前我院由2008前只有生物科學1個專業到現在新增了生物技術、生物制藥、生物工程和食品質量與安全等5個專業。隨著學校專業的多樣化，學生的學習目標和職業取向也發生變化，以往的那種整齊劃一的實驗教學內容和教學方式，只能滿足學生專業課程學習和從事相關工作的最低要求，而對于想繼續研究生學習和從事微生物相關領域研發或生產環節工作的學生而言，實驗內容相對簡單，尤其缺少對學生自學能力、創新意識和探究精神的培養［2］。為提高應用型本科生物類人才的培養質量，使學生在有限的時間牢固掌握微生物學實驗的基本技能，并且能夠真正提高本科生實驗動手能力、獨立思維和分析問題、解決問題能力和創新能力，達到培養學生綜合素質的目標，利用有限的教學資源滿足不同學生的學習和就業需求［3］，我校微生物實驗教學團隊根據學?！芭囵B創新型、應用性人才”的目標，以安徽省質量工程項目、院教學研究項目和教師的科研課題為依托，以微生物學實驗教學為試點，針對學生自身學習目標定位，提出了“以課堂和課外科技活動為載體，實施3水平模塊式微生物實驗教學”的改革思路［4］。

1　模塊式實驗教學體系的構建

隨著高考的擴招，地方本科院校新生素質逐漸下降，因此其模塊教學模式不能完全模仿綜合性大學，需要結合地方普通高校的實際［5］，同時借鑒綜合性大學中可行性做法［6］，充分利用我院微生物實驗室條件和微生物方向的師資力量和科研項目資源［7］，對微生物實驗課程內容進行重新組織，將其整合為3個模塊：基礎實驗模塊、綜合實驗模塊和創新實驗模塊，并為使這3個模塊能順利實施，達到預期的教學效果。在教學方法上，采用從引導學生探究到逐漸放手，讓學生獨立探究的漸進式模式［8］，并且按照最終培養學生具有動手能力，解決問題和分析問題的能力來整合原來的微生物實驗項目，一步步引導他們最終成為有創新能力的人才。

1.1基礎實驗模塊由于我校屬于地方性普通本科院校，學生綜合實驗素質普遍較低，為幫學生能更好地適應后面的模塊教學，在基礎模塊教學中，采用傳統的教學模式與研究性教學相結合的方式進行教學；其實驗的內容和順序按照研究性課題的形式進行，以“扶”學生“上路”。在該模式下，我們以研究性課題思路安排基礎實驗的內容，使基礎實驗連貫成科學探究形式，并使微生物實驗所有的基本操作技術都包含在其中。一般選題為“某某環境中四大類微生物計數、分離純化與生理生化特性?！澳衬抄h境”一般是具有一定特色且富含四大類微生物的土壤，如藥廠廢棄物土壤、園林實驗基地土壤、酥瓜種植基地土壤以及納米二氧化硅處理植物的土壤等等。實驗課題選定后，教師將每個實驗組分成幾個科研小組，每組3～4人。選一個對微生物感興趣或準備考相關方向研究生的同學為組長，按照科學探究的方式，從各種培養基的配置、滅菌、土壤四大類微生物的選擇性培養計數、分離純化、菌種保存，到某分離菌的鑒定、大小測定、形態培養觀察和生長條件研究等所有實驗環環相扣，教師按照傳統的“講解，示范，學生操作，完成實驗報告”的教學模式，在學校規定的統一時間進行講解和示范。具體實驗安排如表1所示。這些做法可以避免學生感覺到微生物實驗就是雜亂枯燥、機械繁瑣的操作，以至于全部實驗教學結束后，學生還是“云里霧里”，可能知道做了哪些實驗，但不知道什么時候需要用到這些實驗等弊端。

第1周：向學生介紹微生物實驗基礎模塊的整體體系（圖1），指出體系中哪些是我們本學期將開設的實驗項目（斜體部分），并講述這些項目如何連貫的，這樣，學生能清晰掌握每次實驗所做的內容在這個體系中的位置和作用，通過這個體系圖，學生對不開設的實驗也會留有深刻的印象。

圖1　基礎微生物實驗整體操作系統

第2周：幾個科研小組分工協作，配制整個實驗組以后要用的各種培養基（包括選擇性培養基、液體和半固體培養基），準備課題要求的所有物品，滅菌后備用。

第3～4周：各科研小組分別對指定的“某某土壤”進行取土、梯度稀釋，選擇適當的梯度在選擇性培養基上用涂布和倒注2種分離方法分別對細菌、放線菌、酵母菌及霉菌進行菌落計數，然后選取細菌、放線菌、酵母菌或霉菌各3個單菌落進行平板劃線純化，再選單菌落斜面劃線保存。

第5～6周，以標準大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草桿菌為指示菌，進行對照比較各組分離的3株細菌的菌落形態和顯微形態（簡單染色、革蘭氏染色和芽孢染色）；初步鑒定各組保留的菌種屬于哪類菌。

第7～8周，以啤酒酵母為標準參照菌，進行對照比較各組分離的3株疑似酵母的菌落形態和顯微形態（美藍染色），以及酵母的大小和數量測定來掌握微生物的大小與數量測定的方法。

第9～10周，以實驗室里已知的放線菌、青霉、黑曲霉和根霉為標準菌，進行對照比較各組分離的3株放線菌和霉菌的菌落形態和顯微形態（菌絲、孢子囊和分生孢子頭），初步鑒定各屬于哪一類。

第11周，以標準大腸桿菌為參照菌，來研究生物因素對初步鑒定為大腸桿菌屬的細菌生長的影響。

基礎模塊階段，以研究性課題的形式安排基礎模塊實驗，每周實驗課的講解基本上按照傳統的教學模式進行，學期第一周教師把一學期的實驗項目報告以打印版形式發給大家，上一次課結束后緊接著簡單介紹下一周的實驗要做的內容，提出問題，讓學生課后預習。上課時，教師以解答提問的方式講解有關實驗知識，接著示范操作，邊示范邊對以前學生易出現的操作錯誤進行強調注意，然后科研小組成員分工協作，共同完成實驗。但要確保每個同學要有獨立的操作任務，例如，四大微生物的顯微觀察要求每個學生必須獨立制片和染色，并在顯微鏡下觀察。對一個實驗來說，科研小組中每個成員做的是這個項目的一部分，一個科研小組所有成員所做的任務合起來是一個實驗的全部，在實驗進行中，科研小組所有成員應互相觀看各自的實驗結果，教師逐個進行檢查，對不正確的操作及時糾正，保證學生操作規范。對好的實驗結果立即展示給大家看，對結果不好的指出其錯誤之處，并要求重做。這樣，學生不僅掌握了微生物實驗的基本操作技術，還擴大了其課堂的知識容量。特別從第3周開始，由于每個科研小組分離的菌不盡相同，接下來的實驗結果也不相同，通過把各科研小組實驗結果傳看或者電腦展示給所有學生，使學生初步熟悉了科研的過程，增強其責任感和協作意識，為接下來的綜合實驗模塊和研究創新模塊打下基礎。

1.2綜合實驗模塊基礎實驗模塊結束后，馬上進入綜合實驗模塊階段（一般從第12周）。綜合實驗模塊實際是小型的研究性課題（18課時）。各專業課題的選定應符合各專業的特點，例如：生物科學和生物制藥專業可選堿性蛋白酶高產菌株的篩選與初步鑒定；生物工程和生物技術專業可選環境中淀粉酶降解菌的篩選與鑒定；食品質量與安全專業可選牛奶中乳酸菌的分離純化與鑒定。這些課題涉及到的操作基本上包含了基礎實驗模塊中所有的操作技術。各科研小組成員組成基本上與基礎實驗模塊階段相同，在實驗的前一周，教師給出實驗的原理、步驟，要求各科研小組成員預習和撰寫個人預習報告，討論和分工并練習實驗要求的各項操作技術。全體學生以科研小組為單位，在規定的時間（一般是連續時間（第13～16周）進行。學生在操作前，教師采取以問代講的方式，檢測學生實驗內容的預習情況，實驗的設計思路和關鍵步驟理解程度；學生操作期間，教師全程指導，提醒學生注意安全，糾正學生錯誤的操作，回答學生提問，審查學生的實驗結果和原始記錄（要求學生對平板培養和顯微形態進行拍照），并對學生的操作表現打分（相當于操作考試，實驗前已對學生說明）。綜合實驗操作結束后，各科研小組成員以論文的形式上交報告。綜合實驗模塊階段，教學的組織比基礎實驗模塊階段更傾向于研究性模式，除了實驗的原理和步驟已給定外，實驗的組織、實施、數據的整理分析，報告的撰寫都由科研小組獨立完成，教師只是引導者、評判者。綜合實驗模塊，既是對微生物基本操作技術的回顧、復習和檢驗，也是學生正式參加科研創新模塊前的一次仿真演練，從而提高了學生的動手能力，消除了學生對科學研究的畏懼感和神秘感，為創新實驗模塊研究打下基礎［8］。

1.3研究創新模塊研究創新模塊實行導師制科研訓練，在綜合性實驗模塊結束后（大約第16周），對微生物感興趣的同學或準備報考微生物方面研究生的同學按照自愿的原則（參加的同學能取得相應的創新學分），推薦一名學生為課題組長，由4～5個成員組成一個科研小組通過雙向選擇的方式與學院微生物實驗教學團隊的老師聯系，教師根據現有實驗條件以及自己的科研項目確定科研訓練題目，例如“高溫大曲中耐高溫毛霉的篩選和鑒定”，“垃圾填埋場濾滲液淀粉水解菌的分離純化”，“豆渣月餅優勢腐敗菌的分離鑒定”，“有機磷農藥降解菌的篩選及性能研究”，“草莓腐敗菌的分離純化”，“荷葉降解物中淀粉水解菌的分離純化”，“中國大曲中產醬香微生物的分離和鑒定”，“耐高溫α-淀粉酶的分離純化”等?？蒲行〗M根據已選定的訓練題目，在科研小組長的領導下進行分工協助，查閱和整理相關文獻資料，撰寫項目開題報告和提出實驗技術路線和實施方案，并列出實驗所需耗材清單和時間安排（為期1a），然后交與各指導老師審核，并根據指導老師的建議進行修改和完善，直到審核合格，方可進入相應的實驗室進行實驗，在實驗期間，實驗室實行全方位開放，各科研小組在其組長的帶領下，利用周末和寒暑假期，按照最終確定的方案和進度安排進行實驗過程操作，并記錄實驗結果，在遇到問題時先相互商討，實在不能解決才請教教師給予指導和幫助，而老師更多的是引導他們去查閱相關的文獻資料。除此之外，教師還要負責研究實驗過程各個環節的監督以及協調和維護實驗室儀器設備的安全。

實驗結束后，各科研小組及時集體整理、分析實驗數據，討論實驗結果［9］，并以論文的格式寫成研究論文，在規定的時間內上交，并將研究結果做成PPT，派代表進行答辯。所有指導教師共同作為評委，根據各自PPT匯報情況以及撰寫的研究論文對各科研小組進行成績評定，并推薦結果好的研究性項目參加淮南師范學院的大學生創新基金項目和安徽省大學生創新基金項目的申報，甚至參加省級“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽。

研究創新模塊，不僅讓學生學會了實驗數據的分析、總結和歸納以及研究論文的寫作方法，而且研究創新模塊的成果——各種有益或者功能微生物能夠應用于生產實踐或者環境保護，甚至可以申報專利或發表，既給學生帶來了極大的成就感，也為實驗室積累了豐富的菌種資源，同時還可作為下一屆學生和教師的科研材料［10］。

總之，通過研究創新模塊的訓練，讓科研小組成員懂得在科學研究中嚴肅的態度，嚴謹的工作作風和團隊協作能力的重要性，能夠大大提高學生的自主學習能力、創新能力及解決實際問題的能力。

2　模塊式教學的教學效果分析

實施模塊式實驗教學以來，已有3屆本科生畢業，考察參加微生物實驗教學3模塊學生的考研數量、選考課程和錄取率及錄取后的學習情況，發現3模塊的微生物實驗教學，不僅拓寬了學生的知識面，培養了學生的綜合能力和創新意識，而且調動了學生進一步在微生物學科領域深造的積極性，大大提高了考研學生選考微生物學課程的比例和選報微生物相關專業的比例。近3a，報考和考取與微生物學及相關研究方向的研究生人數都占全院報考人數的1/2以上，且所有參加了研究創新模塊的學生在考研復試中都取得比較好的成績，并且從后期的跟蹤調查中發現，這些同學在讀研期間，容易進入角色，得到研究生導師的肯定。

研究創新實驗模塊，雖然可憑自己的興趣參加與否，但通過往屆參與學生的成就及教師適當引導——可拿到創新學分（學院學士學位取得必須需要一定的創新學分），因此有50%以上的學生選擇參加，并且在逐年增加，參加微生物實驗研究創新模塊的學生，考研幾乎都選擇了考微生物課程或微生物相關專業，如食品專業的學生喜歡選擇食品安全方向，生物工程專業的學生喜歡選擇發酵方向。同時直接去應聘工作的同學喜歡從事微生物檢驗、發酵生產等工作［4，11］。同時由于微生物實驗研究創新模塊的實施，每年院里被立項的20項校級和5項省級大學生創新基金課題中有2/3的項目屬于微生物創新模塊中的課題。并且每年至少有1項獲省級“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽三等獎以上的成果。說明微生物實驗依托課外科技活動，實施3類型的模塊教學方法在應用型本科高校中收到了良好的教學效果，受到學生的普遍歡迎，值得推廣。

［1］何寶燕，尹華，葉錦韶，等.創新實驗教學體系促進實踐能力培養——環境微生物學實驗教學改革［J］.微生物學通報，2008，35（10）：1655-1658.

［2］白鳳翎，馬春穎.綜合性、應用性微生物實驗教學改革探索與實踐［J］.實驗技術與管理，2008，25（7）：130-132.

［3］周宜君，劉越，戴景峰，等.微生物學實驗教學改革探索與實踐［J］.微生物學通報，2009，36（10）：1609-1613.

［4］王素英，楊曉麗，韓克勤，等.模塊式微生物實驗教學體系的構建與實踐［J］.實驗室研究與探索，2012，31（4）：108-110.

［5］夏曦中，彭方，車婧，等.創新型實驗教學項目建設的探索——土壤微生物分離實驗［J］.微生物學通報，2014，41（12）：2525-2529.

［6］洪龍.北京大學微生物學實驗課模塊化教學的探索［J］.微生物學通報，2014，41（4）：744-747.

［7］金葉飛，尹軍霞，沈國娟.微生物學實驗與科研課題結合教學模式探索［J］.實驗科學與技術，2011，09（3）：103-104，157.

［8］尹軍霞，沈國娟.漸進式研究性教學模式在地方院校微生物實驗教學中的探索與實踐［J］.微生物學通報，2013，40（9）：1703-1709.

［9］肖春玲，王安萍，鄒小明，等.微生物學模塊式實驗教學體系的構建與應用［J］.井岡山大學學報（自然科學版），2011，32（2）：127-131.

［10］張琇，劉雅琴，倪志婧.民族院校生物工程專業微生物實驗教學體系的構建與實踐［J］.微生物學通報，2010，37（11）：1701-1704.

［11］蘇文金，周常義，蔡慧農.微生物學實驗教學改革的若干實踐［J］.微生物學通報，2008，35（6）：983-985.

（責編：張宏民）

Exploration and Practice of Microbiological Laboratory Modular Teaching for Applied Undergraduate Universities

Shi Cui'e et al.
（School of Life Science，Huainan Normal University，Huainan 232001，China）

In order to recruit students of biology class multi-specialty and meet the requirements of different major students with different objectives for applied undergraduate universities，taking the experiments of microbiology as an example，and the module of experiment system was established in three levels for basis，synthetical advancing and research innovation.Gradual research-oriented teaching pattern was conducted by transition from students'exploring guided by teacher to students'exploring independently.It is proved that this system arouses the interest and enhances autonomous learning of students，laying a good foundation for work and further study in the future.

Microbiology；Experiment teaching；Module-based education

Q93-3；G642.423

A

1007-7731（2016）09-162-04

教學改革與質量提升計劃（2013zdjy136）；省級質量工程項目（No.2013sjjd022）；省級教研項目（2015jyxm302）；院級教研項目（2014hsjyxm29）；校級質量工程項目（2013hsjyxm41，2014hsjc05，2014hssjjd04，2014hsyxkc02）。

施翠娥（1974-），女，安徽桐城人，博士，副教授，從事微生物方面教學與研究工作。

2016-04-25