“微生物學綜合研究性實驗”課程教學模式構建與實踐

張 琇，屈 歡，李 敏，馬海軍，趙會君

（北方民族大學生物科學與工程學院 寧夏特殊生境微生物資源開發與利用重點實驗室，寧夏 銀川 750021）

教育部等部門在《關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》中指出，各高校要把加強實踐教學方法改革作為專業建設的重要內容，重點推行基于問題、基于項目、基于案例的教學方法和學習方法，加強綜合性實踐科目設計和應用［1］。提高實踐教學質量，培養學生創新能力，關鍵是要深化實踐教學課程改革。

北方民族大學生物科學與工程學院生物工程專業培養方案從2008年至今共修訂了三次，分別為2008版、2014版和2019版，在每一版培養方案修訂中均體現出了實踐教學學分比例不少于專業總學分的三分之一。微生物學是生命科學中實踐性最強的學科之一，實驗課程又是微生物學教學中較為重要的組成部分［2］。學院微生物學類實驗課程一直處于改革前列，積累了較為豐富的實踐經驗。微生物學類實驗課程內容設計由最初以基礎性實驗為主，逐步發展至以基礎性和綜合性實驗并重，再延伸至構建和優化以綜合性研究性實驗為主的實驗教學體系［3］。在每一個階段的探索和實踐中均取得了較為顯著的教學效果［4］。

按照教育部《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》的精神，因課制宜選擇課堂教學方式方法，積極引導學生自我管理、主動學習，激發求知欲望，提高學習效率，提升自主學習能力。課程組積極探索以微生物類實驗課程群中的“微生物學綜合研究性實驗”課程為研究對象，持續開展教學改革研究，該門課程總學時為72學時，設立4個實驗項目，均為綜合研究性實驗［5］，其中包括：蛋白酶產生菌的分離、篩選及其鑒定；固氮微生物分離篩選及其功能測定；釀酒酵母菌的分離篩選及其性能測定；耐鹽堿微生物的分離篩選及其促進玉米抗鹽堿能力的測定。對上述四個實驗項目實施動態調整，并依據課程組承擔的科研項目和學科方向進行更新，旨在不斷探索以學生為中心，引導學生自主學習、自主實踐和自主創新的教學模式。

一、課前動員

根據培養方案執行進度和專業培養要求，對綜合研究性實驗課程內容進行適時調整和更新。在大學一年級、二年級期間，生物工程專業學生完成了“工業微生物學”“細胞生物學”“生物化學”“分子生物學”“化學”等基礎性課程的實驗課程，已掌握了基本專業實踐操作技能。為了進一步提高學生的綜合能力，以及思考問題、解決問題的能力，在綜合研究性實驗課程中設置一些具有探索性和創新性的實驗內容［6-7］。如何讓學生有興趣并能順利完成該門實驗課程成為關鍵。通過結合科研項目研究內容，選取其部分內容如耐鹽堿微生物菌種的篩選及其促進植物在鹽堿脅迫下的生長研究［8-9］。為了充分調動學生對該內容的學習積極性，在開展實驗內容之前，讓學生了解我國可耕地面積的人均水平仍低于全世界平均水平，且我國鹽堿地分布很廣，如果得不到合理開發，糧食危機凸顯，而通過微生物技術利用和改良鹽堿地，具有獨特的優勢，通過該門實驗課程的學習和實踐，篩選獲得一批促進植物耐鹽堿的微生物，有望解決上述現實問題。同時，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學生的學習興趣，為后期該門課程的順利開展奠定良好基礎。

二、實驗方案制定與論證

為了使學生具備自主設計實驗方案和獨立開展綜合研究性實驗的能力，在該環節中，要求學生查閱文獻，制定實驗方案。將學生分成若干小組［10-11］。根據實驗項目內容，通過查詢資料，學生自行開展方案設計、計劃安排等。以耐鹽堿微生物篩選為例，可以設定耐鹽、耐堿、耐鹽堿微生物的篩選及其功能驗證。篩菌樣品可以取自水樣、土樣、水果樣等。雖然實驗目標相同，但實驗材料、實驗設計、實驗步驟略有區別，實驗結果通常亦不一樣，這樣會使實驗內容變得多樣化，結果也會隨之呈現多樣性。

為了確保實驗方案的可行性，實驗方案制定完成后，要開展實驗方案的論證會。每組學生通過板書或PPT的形式展示各組實驗方案和分工情況等，隨后授課教師進行指導和點評。以一個自然班40人為例，共分10組，學生可以了解10個小組的實驗方案和設計思路，結合教師對每一組實驗方案的指正，學生將會聽到不少于10遍的講解，且能夠參與各組實驗方案的修改和討論，充分理解和掌握每個實驗環節的作用和意義。這樣，在正式實驗開展之前，學生就已對實驗材料、實驗步驟、實驗關鍵環節和關鍵問題等熟記于心，為后期實驗開展奠定良好的基礎。

三、實驗實施和過程管理

在正式開展實驗期間，教師對于大多數學生操作不太熟練的細節或者普遍存在的問題進行重點講解和演示操作。通過利用某些實驗過程中的空檔期如高壓滅菌階段（一般需要等待1個小時左右），召集學生進行集中講解和討論，從而確保遇到的操作問題能夠得到及時糾正和解決，保障實驗順利進行。由于綜合研究性實驗周期普遍較長，例如，培養微生物通常需要連續2～3天，種植玉米苗并觀察其生長過程需要1～2周，因此小組成員分工協作顯得尤為重要，要求每天均有小組成員到實驗室進行必要的操作（如接菌于玉米苗根部、澆水等），并做好相應的實驗記錄，做好實驗工作銜接。實驗記錄是后期分析和討論實驗結果的重要依據。學生在實驗期間所觀察到的數據和結果圖片應及時發至授課教師的微信、QQ或郵箱。授課教師組織學生在實驗課堂上進行交流和討論，分析實驗現象。

四、實驗結果總結與分析

實驗結束后開展討論分析，每個小組向全班同學進行總結匯報，并分析實驗結果。教師針對共性問題和個性問題與學生一起討論和交流，全班學生分享各實驗小組的成功經驗和失敗教訓。實驗總結匯報過程中，從方案、步驟、過程、結果等環節進行認真分析和討論。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造成所分離獲得的微生物在數量、種類等方面有所不同；二是操作問題，接種環灼燒后，未等冷卻立即涂布，造成微生物被直接消滅；三是稀釋倍數過高，使得微生物數量極少；四是培養基的配制有誤等。學生從各個角度和方面進行假設和分析，為重復實驗提供依據，也進一步促使學生對實驗的每個環節有了新的認識和理解，明顯提高了學生分析和解決問題能力。此外，有的菌可促進玉米耐鹽堿功能，而有的菌則無此功能，學生分析問題原因有：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體差異造成，對菌的作用不敏感；三是菌接觸玉米根系方式和位置不同等。類似這樣的實驗結果有很多種，促使學生主動查詢資料，互相討論，或與指導教師交流，甚至課下詢問其他專業相關教師，使學生由“要我學”向“我要學”轉變［12］。

五、撰寫實驗總結報告

實驗結束后，要求學生在實驗報告中不僅要詳細寫出實驗過程和操作步驟，還要有實驗數據和照片等，同時強調學生要對實驗結果進行分析。在實驗總結報告中對實驗方案、實驗記錄和實驗結果進行系統分析和關聯分析，并提出實驗方案進一步優化的意見和建議。雖然實驗以小組形式進行，但是實驗報告要求每人一份。小組成員可以在報告中有不同于其他成員的感受、認識及思考等。根據學生的實驗總結報告，教師進一步優化實驗教學內容，改進教學方法。學生在撰寫實驗報告中，不僅對實驗過程進行詳細記錄和總結，還要進行分析和討論，避免了學生之間抄寫實驗報告的現象。

六、改進考核方式

目前，大多數實驗課程的考核方式以平時考勤、實驗報告為主要依據，不能客觀考查學生對于實驗操作和實驗內容的掌握和理解程度。為了全面、客觀反映學生對實驗課程的學習和掌握情況，從方案制定、過程管理、實驗總結、實驗報告等方面進行考核，并結合期末考核。實驗課程的成績由實驗報告、實際操作、實驗總結匯報、期末考核等成績組成［13］。

七、教學效果

“微生物學綜合研究性實驗”課程中融入科研項目內容，選取對于生產實踐具有重要應用價值的科研項目內容融入實驗項目，使學生不僅對該門課程產生濃厚興趣和探索欲望，也對專業定位和培養目標有了更為清晰的認識。

通過查閱文獻，制定實驗方案，可鍛煉學生的文獻閱讀能力、分析和設計能力及獨立思考問題的能力。實驗項目以小組形式實施，明顯提升和加強了學生的團隊意識和協作意識。通過在實驗方案論證和實驗總結過程中的發言交流，鍛煉了學生的口頭表達能力和思辨能力，交流機會明顯增多。學生不僅能清楚地了解和掌握整個實驗流程，并且能夠對于實驗結果進行分析和總結，并加以改進，能夠將理論知識和實驗知識有機結合，融會貫通。通過考核形式的改變，學生更加專注于實驗過程的操作和能力提升，而不再因忙于撰寫報告而忽略實驗操作。

綜合研究性教學模式的構建，以培養學生自主學習能力、科研能力和創新能力為目標，根據學校人才培養目標要求，對實驗教學內容和課程體系進行優化整合，做到實驗教學和理論教學的相互協調促進，豐富了實驗內容，使綜合研究性實驗教學更系統、更完整。課程考核方式的改進，不僅能對學生的實驗成績和實際學習效果進行客觀、準確的評價，而且還能充分提高和激發學生的學習主動性和創造性。