生物工程专业微生物学实验教学改革的探索与实践

刘逸寒 郭 艳 王春霞 路福平

（天津科技大学，天津 300457）

生物工程专业旨在培养具备生物工程基本知识，动手能力强、创新意识强、科学素养高，能在生物工程及其相关领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的应用型高级工程技术人才，要实现以上教学目标，生物工程专业本科阶段教育的重点及难点就应该致力于学生创新能力与实践能力的培养。而作为生物工程专业本科实践教学环节中的基础一环，微生物学实验课程对于学生奠定理论知识基础，培养创新与实践能力具有非常重要的作用。通过本课程的教学，可以使学生较熟练掌握微生物学实验的基本操作技术，初步掌握研究微生物的基本方法。同时通过对具体微生物材料的观察、分析，进一步加深和巩固对微生物学理论课所学知识的理解，提高学生分析和解决实际问题的能力。

作为天津批准建设的精品课程工业微生物的实践课程部分，针对生物工程专业的特点，我们对微生物学实验课程内容改革、教学方法改进优化、考核形式变化创新等方面进行了一些探索与实践。我院微生物学实验课程主要包括以下内容：四大类微生物的接种、培养和形态观察，要求学生在已修习微生物学理论课程的前提下，掌握基本的微生物试验操作方法，以使学生通过实验方法和实验观察结果来加深对微生物学理论课的理解和掌握。通过科学实验方法和实验技能等方面的系统训练，实验课程致力于培养学生在实践中综合应用所学知识发现问题、分析问题和解决问题的能力，以促进其创新意识和创新能力的提升。

一、改革实验课的教学内容

1.加大微生物学实验原理的教学力度

在长期的教学实践中，我们发现在整个实验课程的操作过程中，大多数学生基本可以按照教学内容需要，完成各项实验操作，得出实验结果。但在随后的闭卷考试中，却反映出一部分学生对于微生物实验操作的很多实验原理认识模糊不清，学生在实验中更多的充当的是操作工的角色，而未能从掌握微生物基础知识的层次上理解所学内容，并且不能与之前在微生物学理论课上所学的知识相联系，不能将知识活学活用，融会贯通。

鉴于此种情况，我们在实验课的日常教学中，应着力加大微生物学实验原理的教学力度，增大实验原理的教学学时与教学内容，在实现实验教学效果的过程中，更加注重对实验原理的考核。比如在干热空气灭菌这一课中，在讲述操作步骤和注意事项时，对干热空气灭菌的实验原理进行详细剖析，让学生掌握干热灭菌是利用高温使微生物细胞内的蛋白质凝固变性而达到灭菌的目的，掌握细胞内的蛋白质凝固性与其本身的含水量有关，在菌体受热时，当环境和细胞内含水量越大，则蛋白质凝固就越快，反之含水量越小，凝固缓慢，以此理解为什么与湿热灭菌相比，干热灭菌所需温度高（140-160℃），时间长（2-4小时），并且干热灭菌温度不能超过180℃，以这种方式加强学生对干热灭菌的各项操作步骤和注意事项的深层次了解和掌握。

在学习配制微生物培养基课程中，为帮助学生掌握无菌操作的概念和基本操作技术，详细讲解培养基配制的基本材料以及各种材料的作用，以帮助学生更清晰的掌握各种培养基配制的方法及其操作要点。结合微生物实验课程的授课目标，重点讲解革兰氏染色中阳性菌被着色的实验原理，使学生从细胞结构层面理解革兰氏阳性菌之所以比阴性菌易于着色，是因为这两大类细菌的细胞壁的成分与组成差异极大，细胞壁中肽聚糖与类脂质含量的多少直接影响着革兰氏染色的结果。除此之外，我们还将甲基红试验及乙酰甲基甲醇试验（V-P）的反应原理及用途，甲基红试验测定细菌利用葡萄糖产酸能力强弱的原理等内容作为学生重点掌握的内容。

2.扩展微生物形态与生化特征相关教学内容

微生物的形态观察和生化特征的鉴别是微生物学实验应该重点讲授的内容，即可以使学生在前期修习完微生物学理论课的基础上，加深对微生物分类、细胞结构与微生物生理生化特性等重点知识的掌握，也可使学生在显微镜使用，各种培养基配制，无菌操作等基本实验技能方面得到提高。扩展后的微生物形态与生化特征相关教学内容包括了如下大类：细菌、酵母菌及霉菌的形态观察、真菌的接种与培养以及细菌生理生化实验等，其中细菌的生理生化实验是菌种鉴定的重要依据，通过细菌的生理生化反应可以了解细菌在不同基质中的各种代谢途径和不同代谢产物，因此是微生物形态观察与生化特征方面的重点授课内容。我院开设的微生物学实验课程在新的教学改革中对微生物形态与生化特征等教学内容进行了相应扩展。

在细菌生理生化特性相关的实验教学内容中，我们选取了相对重要的十个试验进行详细讲解，包括糖发酵试验（葡萄糖和乳糖发酵实验）、三糖铁高层斜面试验、柠檬酸盐利用试验、甲基红试验、V-P试验、吲哚试验、石蕊牛乳试验、明胶液化试验、硝酸盐还原试验和硫化氢试验。一方面我们将这些生理生化试验的实验原理向学生进行详细讲解，并在考试中加大此部分内容的考核力度，另一方面在这些试验进行的过程中，让学生重点区分因细菌生理生化特性差异所产生的不同试验结果，帮助学生完成不同菌种的鉴定。

二、优化实验课的教学方法

目前的微生物学实验课程的教学模式还是沿袭以往的教师演示，学生操作得出实验结果后，书写实验报告，任课教师对学生的实验报告进行批改后得出实验课成绩的方式。这种方式某些程度上不能全面促进学生对于实验课程的学习积极性，因此我们在微生物学实验课程的教学实践中，积极探讨教学方式方法的优化改进，努力创新符合新时期教育要求的新的教学模式。

1.加强对微生物学实验课的过程管理

自天津市精品课程建设以来，我们一直致力于加强对微生物学实验课的过程化管理，引导学生在实验进行过程中均能严格规范的完成各项操作。一方面，在日常教学中，结合以往出现的实验事故进行实验室注意事项的讲解，以引起学生的充分注意。另一方面将讲解和动手指导相结合，合理分配教师讲授和学生动手操作的时间，教师在课堂上除了做好演示外，严格规范微生物学基本实验操作，还依据实际情况随时纠正学生不正确的操作，以更加有效地帮助学生掌握正确的实验操作方法。除了对学生的实验报告有严格的书写要求外，实验报告的内容也并不像以往一样放在学生对实验原理的描述上，而把学生需完成的内容主要定为对实验结果的记录和分析，并要求学生根据自身实验操作的实际情况，对实验中存在的问题和不足进行详细分析。同时注重对实验原始结果的考核，如细菌或霉菌接种后平板的情况、细菌染色后载玻片的处理情况、细菌生理生化实验中试管内的反应情况等，以引导学生对实验过程、实验操作和实验细节更加重视。

2.加强对学生实验思维能力的训练和科学精神的培养

为培养更加符合社会需求的应用型人才，加强对学生实验思维能力的训练，培养学生的实验科学精神，近年来，我们以天津科技大学实验室开放基金和生物工程学院本科生开放研究基金的申报为契机，积极鼓励对科学研究有兴趣，学有余力的学生在微生物实验课老师的指导下，以自由组合的实验小组为单位，由老师提出建议性研究课题，在对实验基本目的和实验原理有清晰认识的基础上，在指导教师的带领下积极申报学校实验室开放基金和学院本科生开放研究基金，近年来已获批数项：如“大肠菌群检测新国标在教学实验中的试运行”、“耐酸性α-淀粉酶产生菌的筛选及培养基优化”等研究课题。整个课题由这些学生实验小组开展并完成，包括整个课题的开题报告，实验开展，以及结果分析与讨论等。项目实施过程中，由指导教师提出相关意见和建议。这些课题的开展实施不仅提升了学生的实验操作能力及团队协作能力，而且增强了学生综合思考问题的能力，分析解决问题的能力。

三、实验课考核形式的改革与创新

长久以来，微生物学实验课程作为与理论课相配套的实践环节，往往以实验报告和平时成绩的方式来确定学生的最后成绩。受此传统观念的影响，虽然绝大部分高校的微生物学实验课如今都已单独设课，但也缺少特定的考试环节，一般都是通过实验报告的优劣来判定课程成绩。但是缺少了考试环节，学生也就缺少了压力，对课程的重视程度就会下降，学习的主动性和积极性也会降低，实验课的教学效果必然会大打折扣。因此，我们对于微生物学实验课程改革的另一个重点便是考核方式的改革，改变以往主要由实验报告的批改来确定实验课成绩的作法，变为三项内容的考核方式：实验操作及实验原始结果、实验报告和实验理论考试。实验操作及实验原始结果主要是考察学生配制培养基、接种等实验操作的规范性，及各项实验结果的正确性；实验报告的考核则主要考查学生对于实验结果记录及讨论分析的科学性；实验理论考试着重于实验操作中的注意事项，以及学生对实验原理的掌握程度。这三方面内容的共同考核较好的保证了学生对微生物学实验重点教学内容的全面理解。

四、结束语

近年来，在学校对天津市精品课程工业微生物建设的大力支持下，我们对微生物学实验课程进行了上述教学改革的探索与实践，这些教学改革实践促进了本科生综合实验能力的提升。指导本科生毕业设计的老师普遍反映，经过微生物学实验课程训练后，学生对细菌和真菌的形态和特征有了非常清晰的认识，进入研究状态很快；2009年、2011年在天津市每两年举办一次的天津市大学生生命科学基本实验技能竞赛中，经过微生物学实验课程训练，微生物学实验成绩优秀的学生均取得了优异成绩，这些都在一程度上说明了微生物学实验课程教学改革的成效。

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