新课标视角下的高师微生物实验课程探究性教学研究

戴亦军等

[摘 要]《义务教育生物学课程标准》倡导探究性学习以及注重课程内容与现实生活的联系。培养适应探究性教学的师范生是当前师范院校生物专业本科生培养的重要课题之一。在本科生专业必修实践课程微生物学实验教学中开展探究性教学，优化实验教学内容的编排，并注重与中学生物课程标准的衔接，变验证性实验为研究性实验，使研究对象贴近“生活化”，以学生为主体，提升学生的学习兴趣，重视基本技能的掌握和科研论文写作能力的考核。上述措施有效地提升了师范生的探究能力，有助于培养高质量的适应中学生物学新课改要求的新型生物教师。

[关键词]微生物学实验 师范生 探究性学习 生物课程标准

[中图分类号] Q93-3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）04-0139-03

教育部颁布的《义务教育生物学课程标准》（2011版）注重提升学生的生物科学素养，倡导探究性学习以及注重课程内容与现实生活的联系。在实验教学方面，新课程标准力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过程。教师的主要任务是给学生提供实验条件及必要的参考资料，指导学生设计和进行实验，参加和辅导学生的讨论。[1]新课程标准的实施对中学生物教师的实验教学能力提出了更高、更新的要求。如何适应生物学新课程标准的要求，培养具有探究精神和较强实验教学能力的新课程教师，是当前师范院校生物专业师范生培养的重要课题之一。

微生物学实验的基本方法和技术是生命科学专业人才必须掌握的基本技能，也是现代生物工程和生物技术的重要基础，微生物学实验课程是当代生命科学中一门重要的专业必修实践课。[2] [3]在微生物实验教学实践中开展探究性教学，优化微生物学实验教学内容并与普通高中生物课程标准中相关微生物内容进行衔接，可以提升师范生的微生物学基本实验技能的掌握和探究能力，从而培养高质量的适应中学生物学新课改要求的新型生物教师。[4]笔者近几年一直从事生物专业师范生的微生物实验课程的指导，从实验内容设计与编排、实验教学方法、考核体系等方面入手，建立探究性微生物学实验课程的教学体系。

一、教学内容的编排以探究科学问题为主线，注重学生探究性思维的训练

传统微生物学实验教学内容通常是以微生物基本操作技能为主线进行组合和编排，内容包括细菌染色技术、显微镜观察技术和微生物形态特征观察、接种与分离纯化技术，培养基制备和灭菌除菌技术，生长繁殖测定技术和噬菌体检测技术，菌种保藏技术和分类鉴定技术。这种实验教学有利于促进学生的微生物基本操作技能的掌握，不足之处在于没有给学生创设主动思考和判断的情境，不利于培养学生的探索精神；其次是每个操作技术相对独立，学生难以理解这些实验操作技术之间的相互关联性以及每个实验操作技术在探索性研究中的作用和意义，不知道如何学以致用，因而缺乏持续学习的兴趣和积极性。一些学校通过增设综合性和研究性的提高型实验来弥补上述不足，但受教学课时和教师人力物力投入等因素的制约，这些提高型实验只是针对少数学生，大多数学生未能体验到实验的探究性。[4] [5]

我校在遵循微生物学实验教学的基本规律的基础上，结合研究性教学的特点，对微生物学实验教学进行了改革。课程内容的编排以探索科学问题为主线，将整个微生物学基础实验课程内容重新组合成“环境微生物多样性调查”、“功能微生物的筛选鉴定、培养条件优化与选育”和“水质微生物学检验”三个实验模块。第一模块围绕土壤、水和空中微生物的多样性问题开展土壤样本的采集和其中微生物的分离、培养；识别细菌、酵母、放线菌和真菌四大类微生物的菌落特征并进行计数；对分离的细菌进行革兰氏染色和油镜观察；对酵母进行血球计数片计数；对分离的放线菌和霉菌进行搭片培养并观察其孢子形态；采集水环境样本，对其中大肠杆菌噬菌体进行增殖培养和噬菌斑的观察，该模块共计为四个单元实验。第二模块侧重于特性功能微生物的获得，从土壤中分离获得产淀粉酶的菌株，然后围绕该菌株开展培养基的配制、发酵条件优化、菌种16S rRNA基因序列分析和鉴定、紫外线诱变育种等五个单元实验。第三个模块围绕校园水库的水质如何这一问题开展，学生从水库中采集水样，按照相关国标的要求测定水中的细菌总数、总大肠菌群数其及生理生化反应、分离到的大肠杆菌的血清学检验等三个单元实验。目前，以上述教学内容为主体的《微生物学模块化实验教程》一书已由高等教育出版社出版发行。将微生物操作的基本方法融入探究性实验模块中，让学生在实验过程中掌握微生物实验操作基本技能，让学生经历科学研究的全过程，从而使学生的科学素养和探究能力得到实质性提升。如在第一模块中，学生首先按照土壤样本采集的标准方法从校园内不同地点采集土样，带回实验室采用稀释分离法涂布肉汤培养基、高氏一号培养基和马铃薯葡萄糖培养基，同时学生采集口腔微生物样本，进行单染色和油镜观察；第二次实验则是观察上述涂布平板上的菌落形态，然后挑取细菌进行革兰氏染色和油镜观察，同时学生做插片培养放线菌和霉菌；第三次实验是学生观察霉菌和放线菌的形态特征以及酵母菌的血球平板计数；第四次实验则安排学生进行水体样本采集，从中分离和纯化大肠杆菌噬菌体并观察噬菌斑。[6]学生在探究土壤微生物多样性过程中依次学习了稀释涂布法、单染色法、接种环的无菌操作法、革兰氏染色方法、油镜观察方法、插片培养方法等实验操作技能，这些实验方法以土壤微生物的多样性的研究进行串联，学生更容易理解和掌握。我们的抽样调查表明，学生普遍掌握了开展探究性实验所需的各种要素以及清楚地知道如何设计和开展探究性实验，因而能很好地适应中学新课程标准开展探究性学习的要求。另外，微生物学模块化实验设置的内容基本上覆盖了高中生物课程标准涉及的“微生物的利用”实验内容，包括进行微生物的分离和培养、测定某种微生物的数量、研究培养基对微生物的选择作用、探讨微生物的利用、尝试利用微生物进行发酵来生产特定的产物，因而本专业学生能驾轻就熟地指导中学生开展微生物的利用实验。

二、变验证性实验为研究性实验

探究性实验遵循单一变量原则和对照原则，其中对照原则要求实验要设立实验组和对照组。传统微生物学实验内容、材料和方法都是由指导老师预先安排好的，甚至实验结果也是已知的，学生只要按规程操作，得出与“标准答案”相符的结果就算完成了学习任务。[7]例如革兰氏染色实验，老师准备好大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的标准菌株，学生按照革兰氏染色的基本步骤进行实验操作，在油镜下观察到深紫色的球状菌和红色的杆状菌，即表明学生掌握了革兰氏染色技术和油镜的使用方法。由于所用标准菌株染色结果是已知的，因而上述实验属于验证性实验，学生体验不到实验的探究性。我校的微生物实验将革兰氏染色技术作为实验方法列入环境微生物多样性调查模块的实验二“细菌的形态观察与鉴定”中，用于革兰氏染色的菌株则是学生在实验一“环境微生物采集与分离”中自己分离和培养的菌株。学生进行革兰氏染色时，要在同一块载玻片上将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌与自己分离的菌株按相同步骤进行染色。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在本实验中可作为标准对照组，而学生自己分离的菌株则为实验组，其染色结果事先并不知晓，因而这样的实验安排能反映出探究性实验的特征。另外，学生观察的结果会随着挑选不同的菌株而不同，而不是验证性实验的千篇一律的结果，因而学生之间可以相互观察实验结果，交流和讨论分析引起结果差异的原因并进行归纳总结，这样的训练有助于提升学生的分析问题的能力。

三、研究对象贴近“生活化”

教师从学生熟悉的生活情境和感兴趣的事物出发，创设基于生活情境的科学问题，应用“生活化”教学策略，有利于激发与培养学生学习的兴趣与动机。[8]高中生物课程标准的主要理念之一是注重与现实生活的联系，注重使学生在现实生活的背景中学习生物学，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念。我校设置的环境微生物多样性调查、功能微生物的分离和水质微生物检验三个模块的实验样品均要求学生自行采集，每个实验小组采集地可不同。如环境微生物多样性调查模块的样品可采集学生食堂附近、植物园、菜地等土壤样品；水体样品采集校园内的水库、校园周边的溪流、食堂污水、自来水和宿舍饮水机中的水样；空气样品可采集室外，食堂、宿舍、实验室和图书馆等室内空气样本。这些样品均来源于学生的生活和学习的周边环境，学生普遍有强烈的好奇心和浓厚的研究兴趣。

四、以学生为主体，提升学生的学习兴趣

我校微生物学模块化实验以学生为主体，样品的采集，样品中微生物分离和纯化，纯化的菌种用于形态观察、菌种鉴定、培养优化和育种等一系列实验，实验结果的观察、拍照和图片的标注，菌种的保藏等工作均由学生自己独立完成。教师的任务是负责指导和引导以及纠错。如发酵条件优化和紫外线诱变育种单元实验需要在实验前一天活化菌种，教师不越俎代疱，提前帮学生活化菌种，而是负责安排好时间和实验场所，由学生自己提前到实验室活化菌种。实验用菌种由学生自己分离以及围绕该菌种开展上述的一系列的连贯性实验操作能有效地增强学生的主人翁意识和责任感，每个模块实验结束后，学生将获得的数据、照片等进行整理并撰写成论文。这种以学生为主体的教学方式使学生普遍产生一种成就感，而成就感能激发学生产生更强的研究兴趣。

在第一模块实验结束后，我们组织学生以实验班级为单位开展“精彩微生物世界”优秀实验成果展示活动。每个实验小组将拍摄的平板菌落图、细菌染色图、放线菌、酵母、霉菌、噬菌斑等图片按照规定的格式进行标注，然后从全班中选出15-20张代表性图片，由学生自己设计和制作成展板，面向全院师生公开展示实验成果。经过此次活动的锻炼，学生的制图水平和图片处理能力有了明显提升，入选优秀实验成果的同学的成就感和学习积极性得到了进一步的加强。

五、考核方式兼重基本技能的掌握和科研论文的写作

实验课考核是实验教学中的重要环节，是评估学生综合素质的重要手段。目前大多数微生物学实验考核内容包括实验报告、综合评定和实验考试。评价方法重在平时实验过程的考核，包括实验态度、仪器的操作和掌握、实验结果的分析和讨论、实验原理的掌握。由于探究型教学具有开放性特征，实验结果往往没有标准答案，以往验证性实验中以学生的实验报告为依据，尤其是将学生的实验结果作为评判标准的考核方式不适用于研究性教学。[9]经过几年的探索，我校对微生物学实验考核作了较大的调整，一是微生物实验基础理论内容由任课教师在实验指导过程中，结合具体实验进行讲解，实验考核不再考实验理论，全部改为现场操作考试。考试内容主要有培养皿、移液管和三角瓶的包扎技术，细菌的单染色和油镜观察，试管斜面转接、单菌落画线分离，平板制作技术、涂布技术，酵母水浸片制作、细胞大小和数量测定等。考核内容设五组考题，在考试前一周向学生公布所有考题，这样做有利于促进学生进一步掌握所有的重要实验操作技能及其规范。学生在考试前则随机抽取一题进行现场操作，所有指导微生物学实验的教师分别打分。另外，我们摒弃了每个单元实验结束后撰写实验报告的形式，改为要求学生在每个模块实验结束后，将实验结果整理，按照科研论文的规范格式撰写研究论文，学生需要提交三篇研究论文。论文和操作考试各占50%，其目的是要求学生既要重视基本实验技能的掌握，又要重视数据和图片处理，论文写作等科研能力的训练。

随着“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的不断推进，很多师范院校将本科精英人才的培养作为本科教育的核心工作之一，重视培养专门的自然科学研究人员，以培养中学教师为目标的师范教育受到了一定程度的弱化。另外，由于我国高等教育和基础教育严重脱节，一些师范高校的生物专业课程设置和教学内容只着重于本课程的知识体系的完整性，很少关注与中学生物课程的衔接；很多实验课程仍采用验证性的教学方法，导致师范毕业生走上中学教师岗位后，难以尽快胜任探究性的教学工作。[10]近几年来，我们对生物师范专业的微生物学实验课程进行了改革，以学生为主体开展实验教学工作，注重学生探究性思维的训练，提升师范生的学习兴趣和科研能力。这些改革措施受到了学生的广泛好评，学生们没有因到实验室的次数多、实验持续时间长而抱怨，学习积极性反而提高了。这是对微生物学实验课程改革的支持，鼓励指导教师更好地做好微生物学实验的教学和课改工作。

[ 注 释 ]

[1] 教育部.义务教育生物学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2] 王素英，杨晓丽，韩克勤，等.模块式微生物实验教学体系的构建与实践[J].实验室研究与探索，2012（4）：108-110.

[3] 李明春，杨文博，刘方，等.将微生物学课程构建成创新型人才培养的平台[J].微生物学通报，2007（6）：1222-1225.

[4] 唐赟，宋波.高师院校微生物实验教学改革的实践与思考[J].微生物学通报，2010（2）：295-298.

[5] 王明兹，陈必链，周晓兰.微生物实验教学实践及改革的几点体会[J].实验室科学，2012（4）：154-157.

[6] 袁生，徐旭士，戴传超，等.微生物学实验课程的改革与实践[J].高等理科教育，2012（2）：138-140.

[7] 刘胜贵.微生物学实验教学模式的探索与实践[J].微生物学通报，2007（6）：146-149.

[8] 刘伟忠.研究性教学中的难点与实施重点[J].中国高等教育，2006（24）：36-37.

[9] 张庆芳，迟乃玉.微生物学实验教学考核评价体系的建立及实施[J].微生物学通报，2009（9）：1432-1435.

[10] 丁海燕，武燕，张国发.生物新课标背景下师范生教学实践能力培养途径探索[J].学园，2013（7）：10-11.

[责任编辑：钟 岚]