设计性实验教学在环境微生物学中的应用

梅双双 戎伟

摘 要：本文以本科农产品质量与安全专业的6个年级，共348名学生为实施对象，在环境微生物实验教学中进行了设计性实验教学的应用。在教学过程中，让学生自己根据研究兴趣自行组建研究团队，并自主选题、主动查阅文献资料、独立设计实验实施方案，在老师的指导下完成试验，随后进行研究报告的书写，并针对试验结果提出意见和建议。通过设计性实验教学，大大提高了学生的学习兴趣，刺激了学生的学习主动性，取得了良好的教学效果。

关键词：环境微生物学；实验教学；设计性实验

环境微生物学是在普通微生物学基础上，开展的一门专业性和实用性更强的一门学科[1]，如果只使用常规的教学方法很难使学生产生对该门课程的兴趣。为了区别于普通微生物的实验教学，并让学生在环境微生物学实验教学中，学到更实用的实验技术，在学生已掌握了微生物学基础知识和很好的微生物实验操作技能的情况下，我们对09级至14级农产品质量与安全专业的本科生的环境微生物学实验教学，进行了设计性实验的应用，得到了学生和同行老师的一致认同，并取得了良好的教学效果。

一、实施对象和方法

（一）实施对象

选择农产品质量与安全专业的09级至14级共348名本科学生作为设计性实验教学的实施对象，将环境微生物学课程共16学时的实验课全部设置为设计性实验。因学习该课程的学生已基本掌握了微生物学的相关实验技术，对实验仪器设备的使用有了较为深入的了解，并初步建立了无菌操作观，这为设计性实验的顺利完成提供了保证。

（二）方法

1.选题与分组。实验前2周，该课程主讲教师已经提前给学生讲授了与环境微生物学相关的基础知识，以及在本实验室可以完成的具体的实验操作方法和相关注意事项，并详细讲解一些科研实例，使学生们初步了解如何进行设计性实验。学生根据已有的知识和研究兴趣自行分组，并提出大致的研究方向。

2.查阅文献资料。确定了大致的实验方向后，各个小组自行在网上或到图书馆利用检索工具进行检索和查阅文献资料和工具书，对该研究方向相关的国内外研究现状和发展动态进行了初步了解，并在此基础上，根据选题要求和实验室条件，书写具体的书面实施方案，主要包括：①实验题目；②实验合作者；③实验实施的目的；④实验试剂与器材；⑤实验主要方法与操作步骤；⑥观察指标；⑦注意事项；⑧参考文献：；⑨实验计划进度等[2]。

3.讨论并确定实施方案。带课教师首先要认真审查学生初步拟定的实验方案，再针对实验方案的可行性开展讨论，讨论的范围不仅在组内，同时小组间也可以相互提出意见和建议。例如：有一组学生拟定的方案是检测饮用瓶装水开封后放置几天细菌总数会超过国家饮用水标准。考虑到瓶装水中因本身含菌量较少且不是细菌生长繁殖的适宜环境，连续采取水样的周期过长，而所有实验又必需在4周之内完成，所以最后同学们一致将实验方案确定为，瓶装水开封饮用后放置几天细菌总数会超过国家饮用水标准，因加入了一个人为接菌的过程，所需时间大大减少，且更符合日常生活的实际情况。

4.试验方案的实施。因学时数的限制，所有试验方案要求必须在4周内完成，第1周是配置实验所需的培养基，第2周是根据试验方案进行实验样本的采集，第3、4周观察实验结果并记录。在实施过程中，根据试验的具体情况，学生可灵活安排时间。例如：有一组学生的实验方案是比较各种常规空气消毒灭菌方法的效果，因为熏蒸法需要一定的作用时间，所以整个实验过程需要很长时间，允许该组可在任何时间内完成实验。在实验实施的整个过程中，指导教师全程现场指导，以确保试验方法科学合理，最后得出的实验结果科学可信，并随时解答学生在实验实施中遇到的难题，启发学生深入思考，力争让所有组的实验均能按预计进度顺利完成。

5.实验报告的撰写。在所有试验完成之后，每组对各自的实验结果进行综合分析，得出实验结论，根据实验实施的情况，评价试验的效果，并提出可行性建议，书写实验报告。实验报告的书写，不要求每人一份，而是让每组学生上交一份实验报告[3]。实验报告要求按照科技论文的标准格式进行书写，主要包括：①题目；②署名；③摘要：④关键词：⑤引言；⑥试验材料和方法；⑦结果；⑧讨论；⑨参考文献，这几个常规部分。学生上交实验报告后带教讲师以审查科技论文的标准给予评分，如：选题是否合理；实施方案和方法是否科学可靠，实验数据是否详实可信，结论是否正确，讨论是否深入合理等[4]。

二、结果

（一）学生设计性实验报告情况

经过连续6年对本科农产品质量与安全专业的09级至14级共348名学生进行设计性实验教学应用后，共收到86份独立选题并有效完成的实验报告。其中检测水体环境中的微生物的实验报告有21份，其中较典型的例子是我校游泳池水细菌总数的检测。因我校的游泳池水每周置换一次水，学生担心泳池的池水细菌总数超标会影响身体健康，所以每天在游泳池关闭前采集一回水样，连续采一周。最终实验结果显示在换水初期水质较好，但在后期水质较差，根据实验结果学生对学校的后勤管理部门提出建议，泳池的水最好3-4天换一次水。当然该实验结果尚存在许多不足，其中气温、人流量和消毒剂的使用剂量等因素没有考虑进去，尚需进一步完善。涉及土壤环境微生物的检测的实验报告有18份，其中一组学生对土壤的PH值与土壤中微生物生物量的关系进行了研究，带教老师对该选题进行了检索，发现该研究方向立意新颖，证明学生的科学思维还是相当活跃的。针对空气卫生质量的实验报告共38份，说明学生对于空气卫生质量更关心一些，其中有一组学生测定了本班所有宿舍空气中的细菌总数，并结合是否经常开窗通风，宿舍人员是否长期滞留宿舍，以及是否经常打扫等情况，在讨论中提出宿舍应常经常通风换气，常打扫，并提出应多参加户外活动等。针对其他环境的实验报告共9份，其中一组学生测定了我校各个食堂餐盘的细菌总数和大肠菌群数，实验结果发现各食堂餐盘虽然采用的消毒方法相同，但餐盘上残留的细菌总数却存在很大差异，后经调查发现有的食堂对前一天未使用的餐盘不经消毒就继续放置在餐盘区，学生针对该问题向后勤部门提出餐盘应每天消毒再使用。并且所有学生在讨论中对于实验中的问题和不足都进行了深入分析，提出了很多有建设性的意见，为我们今后的设计性实验教学提供了依据。

（二）学生对设计性实验教学的评价

通过发放调查问卷的形式了解学生对于设计性实验的评价[5]，从回收问卷的情况反映出，绝大多数学生认为开设设计性实验非常必要，比验证性实验更感兴趣，做实验的积极性更高。尤其是针对实际问题提出改进意见后，更能激发学生的学习兴趣。

三、讨论

设计性实验是指在一定的实验条件和基础上，通过给定的实验目的和要求，由学生自行设计实验方案并加以实施的实验[6]。我们对农产品质量与安全专业的09级至14级共348名本科学生进行的长达六年的设计性实验教学过程中，通过学生提交的研究报告和问卷，发现设计性实验教学更能激发学生的学习兴趣，提高学生的创新能力。并且在整个实验过程全部结束之后，很多学生把学校安排的社会实践也设计成与环境微生物相关的内容，并申请希望微生物实验室能够继续对他们开放，这说明我们在环境微生物学课程实验教学中进行应用设计性实验教学是取得了良好效果的。

但设计性实验教学也存在着一些问题，如：因本科学生尚未进行过较系统的科学研究培养，对于试验中出现的问题，考虑不足，处理欠妥；个别学生自己不愿动手动脑，总是依赖同组的组员；有的学生对实验材料的节约意识比较薄弱，存在浪费实验材料的问题等。我们将在今后的实验教学中寻求这些问题的解决办法，进一步探讨更合理更有效更完善的设计性实验教学方法。

参考文献：

[1]余阳，吴小倩，杨静，朱艳彬，谢学辉.环境微生物实验教学体系改革和管理[J].实验技术与管理，2016，33（4）.

[2]易丽娟，童延斌，李姗蔓.环境工程微生物学综合设计性实验教学实践与思考[J].广州化工，2014（21）：218-219，

[3]胡超珍，张甲耀，陈兰洲.环境微生物学自主设计性实验教学探讨[J].实验技术与管理，2008，12

[4]佘晨兴，苏玉萍，邱健斌，林婉珍，兰瑞芳.环境生物学设计性实验多元学习评价体系的构建与实践[J].福建师大福清分校学报，2015（5）：18-22.

[5]姬晓娜，曹文平.关于开放环境微生物实验教学方法的探讨[J].实验科学与技术，2010，6（2）：98

[6]焦迎春，王虹，谢占玲，李德英.环境微生物开展设计性实验教学模式的初探[J].科技教育，2012，20：196.

（作者单位：梅双双/海南大学环境与植物保护学院；戎伟/海南大学农学院）