应用型本科院校微生物实验模块化教学的探索与实践

施翠娥　颜守保　张科贵　汪承润

（淮南师范学院生物工程学院，安徽淮南232001）

应用型本科院校微生物实验模块化教学的探索与实践

施翠娥颜守保张科贵汪承润

（淮南师范学院生物工程学院，安徽淮南232001）

为适应生物类学科多专业的招生，满足应用型本科高校不同专业学生目标定位的需求，以微生物学为试点，构建了“基础-综合提高-研究创新”3水平模块式实验教学体系，并采取教师引导学生探究逐渐向学生独立探究的渐进式研究性教学模式。该体系实际应用的效果表明，不仅提高了学生的学习兴趣和主动学习能力，而且为进一步深造和工作奠定了良好的基础。

微生物学；实验教学；模块式教学

微生物学是生物类专业基础课，具有很强的实验性和应用性，其实验教学不仅是后续课程学习的基础，也是培养和开发学生动手能力、观察能力、思维分析能力、创造能力及组织管理能力的重要教学环节，因此微生物实验教学质量是衡量生命科学类专业人才培养质量的重要指标之一［1］。

随着市场对人才的需求，淮南师范学院不断申请新的专业来满足市场的要求，增加学生的就业率，当前我院由2008前只有生物科学1个专业到现在新增了生物技术、生物制药、生物工程和食品质量与安全等5个专业。随着学校专业的多样化，学生的学习目标和职业取向也发生变化，以往的那种整齐划一的实验教学内容和教学方式，只能满足学生专业课程学习和从事相关工作的最低要求，而对于想继续研究生学习和从事微生物相关领域研发或生产环节工作的学生而言，实验内容相对简单，尤其缺少对学生自学能力、创新意识和探究精神的培养［2］。为提高应用型本科生物类人才的培养质量，使学生在有限的时间牢固掌握微生物学实验的基本技能，并且能够真正提高本科生实验动手能力、独立思维和分析问题、解决问题能力和创新能力，达到培养学生综合素质的目标，利用有限的教学资源满足不同学生的学习和就业需求［3］，我校微生物实验教学团队根据学校“培养创新型、应用性人才”的目标，以安徽省质量工程项目、院教学研究项目和教师的科研课题为依托，以微生物学实验教学为试点，针对学生自身学习目标定位，提出了“以课堂和课外科技活动为载体，实施3水平模块式微生物实验教学”的改革思路［4］。

1　模块式实验教学体系的构建

随着高考的扩招，地方本科院校新生素质逐渐下降，因此其模块教学模式不能完全模仿综合性大学，需要结合地方普通高校的实际［5］，同时借鉴综合性大学中可行性做法［6］，充分利用我院微生物实验室条件和微生物方向的师资力量和科研项目资源［7］，对微生物实验课程内容进行重新组织，将其整合为3个模块：基础实验模块、综合实验模块和创新实验模块，并为使这3个模块能顺利实施，达到预期的教学效果。在教学方法上，采用从引导学生探究到逐渐放手，让学生独立探究的渐进式模式［8］，并且按照最终培养学生具有动手能力，解决问题和分析问题的能力来整合原来的微生物实验项目，一步步引导他们最终成为有创新能力的人才。

1.1基础实验模块由于我校属于地方性普通本科院校，学生综合实验素质普遍较低，为帮学生能更好地适应后面的模块教学，在基础模块教学中，采用传统的教学模式与研究性教学相结合的方式进行教学；其实验的内容和顺序按照研究性课题的形式进行，以“扶”学生“上路”。在该模式下，我们以研究性课题思路安排基础实验的内容，使基础实验连贯成科学探究形式，并使微生物实验所有的基本操作技术都包含在其中。一般选题为“某某环境中四大类微生物计数、分离纯化与生理生化特性。“某某环境”一般是具有一定特色且富含四大类微生物的土壤，如药厂废弃物土壤、园林实验基地土壤、酥瓜种植基地土壤以及纳米二氧化硅处理植物的土壤等等。实验课题选定后，教师将每个实验组分成几个科研小组，每组3～4人。选一个对微生物感兴趣或准备考相关方向研究生的同学为组长，按照科学探究的方式，从各种培养基的配置、灭菌、土壤四大类微生物的选择性培养计数、分离纯化、菌种保存，到某分离菌的鉴定、大小测定、形态培养观察和生长条件研究等所有实验环环相扣，教师按照传统的“讲解，示范，学生操作，完成实验报告”的教学模式，在学校规定的统一时间进行讲解和示范。具体实验安排如表1所示。这些做法可以避免学生感觉到微生物实验就是杂乱枯燥、机械繁琐的操作，以至于全部实验教学结束后，学生还是“云里雾里”，可能知道做了哪些实验，但不知道什么时候需要用到这些实验等弊端。

第1周：向学生介绍微生物实验基础模块的整体体系（图1），指出体系中哪些是我们本学期将开设的实验项目（斜体部分），并讲述这些项目如何连贯的，这样，学生能清晰掌握每次实验所做的内容在这个体系中的位置和作用，通过这个体系图，学生对不开设的实验也会留有深刻的印象。

图1　基础微生物实验整体操作系统

第2周：几个科研小组分工协作，配制整个实验组以后要用的各种培养基（包括选择性培养基、液体和半固体培养基），准备课题要求的所有物品，灭菌后备用。

第3～4周：各科研小组分别对指定的“某某土壤”进行取土、梯度稀释，选择适当的梯度在选择性培养基上用涂布和倒注2种分离方法分别对细菌、放线菌、酵母菌及霉菌进行菌落计数，然后选取细菌、放线菌、酵母菌或霉菌各3个单菌落进行平板划线纯化，再选单菌落斜面划线保存。

第5～6周，以标准大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌为指示菌，进行对照比较各组分离的3株细菌的菌落形态和显微形态（简单染色、革兰氏染色和芽孢染色）；初步鉴定各组保留的菌种属于哪类菌。

第7～8周，以啤酒酵母为标准参照菌，进行对照比较各组分离的3株疑似酵母的菌落形态和显微形态（美蓝染色），以及酵母的大小和数量测定来掌握微生物的大小与数量测定的方法。

第9～10周，以实验室里已知的放线菌、青霉、黑曲霉和根霉为标准菌，进行对照比较各组分离的3株放线菌和霉菌的菌落形态和显微形态（菌丝、孢子囊和分生孢子头），初步鉴定各属于哪一类。

第11周，以标准大肠杆菌为参照菌，来研究生物因素对初步鉴定为大肠杆菌属的细菌生长的影响。

基础模块阶段，以研究性课题的形式安排基础模块实验，每周实验课的讲解基本上按照传统的教学模式进行，学期第一周教师把一学期的实验项目报告以打印版形式发给大家，上一次课结束后紧接着简单介绍下一周的实验要做的内容，提出问题，让学生课后预习。上课时，教师以解答提问的方式讲解有关实验知识，接着示范操作，边示范边对以前学生易出现的操作错误进行强调注意，然后科研小组成员分工协作，共同完成实验。但要确保每个同学要有独立的操作任务，例如，四大微生物的显微观察要求每个学生必须独立制片和染色，并在显微镜下观察。对一个实验来说，科研小组中每个成员做的是这个项目的一部分，一个科研小组所有成员所做的任务合起来是一个实验的全部，在实验进行中，科研小组所有成员应互相观看各自的实验结果，教师逐个进行检查，对不正确的操作及时纠正，保证学生操作规范。对好的实验结果立即展示给大家看，对结果不好的指出其错误之处，并要求重做。这样，学生不仅掌握了微生物实验的基本操作技术，还扩大了其课堂的知识容量。特别从第3周开始，由于每个科研小组分离的菌不尽相同，接下来的实验结果也不相同，通过把各科研小组实验结果传看或者电脑展示给所有学生，使学生初步熟悉了科研的过程，增强其责任感和协作意识，为接下来的综合实验模块和研究创新模块打下基础。

1.2综合实验模块基础实验模块结束后，马上进入综合实验模块阶段（一般从第12周）。综合实验模块实际是小型的研究性课题（18课时）。各专业课题的选定应符合各专业的特点，例如：生物科学和生物制药专业可选碱性蛋白酶高产菌株的筛选与初步鉴定；生物工程和生物技术专业可选环境中淀粉酶降解菌的筛选与鉴定；食品质量与安全专业可选牛奶中乳酸菌的分离纯化与鉴定。这些课题涉及到的操作基本上包含了基础实验模块中所有的操作技术。各科研小组成员组成基本上与基础实验模块阶段相同，在实验的前一周，教师给出实验的原理、步骤，要求各科研小组成员预习和撰写个人预习报告，讨论和分工并练习实验要求的各项操作技术。全体学生以科研小组为单位，在规定的时间（一般是连续时间（第13～16周）进行。学生在操作前，教师采取以问代讲的方式，检测学生实验内容的预习情况，实验的设计思路和关键步骤理解程度；学生操作期间，教师全程指导，提醒学生注意安全，纠正学生错误的操作，回答学生提问，审查学生的实验结果和原始记录（要求学生对平板培养和显微形态进行拍照），并对学生的操作表现打分（相当于操作考试，实验前已对学生说明）。综合实验操作结束后，各科研小组成员以论文的形式上交报告。综合实验模块阶段，教学的组织比基础实验模块阶段更倾向于研究性模式，除了实验的原理和步骤已给定外，实验的组织、实施、数据的整理分析，报告的撰写都由科研小组独立完成，教师只是引导者、评判者。综合实验模块，既是对微生物基本操作技术的回顾、复习和检验，也是学生正式参加科研创新模块前的一次仿真演练，从而提高了学生的动手能力，消除了学生对科学研究的畏惧感和神秘感，为创新实验模块研究打下基础［8］。

1.3研究创新模块研究创新模块实行导师制科研训练，在综合性实验模块结束后（大约第16周），对微生物感兴趣的同学或准备报考微生物方面研究生的同学按照自愿的原则（参加的同学能取得相应的创新学分），推荐一名学生为课题组长，由4～5个成员组成一个科研小组通过双向选择的方式与学院微生物实验教学团队的老师联系，教师根据现有实验条件以及自己的科研项目确定科研训练题目，例如“高温大曲中耐高温毛霉的筛选和鉴定”，“垃圾填埋场滤渗液淀粉水解菌的分离纯化”，“豆渣月饼优势腐败菌的分离鉴定”，“有机磷农药降解菌的筛选及性能研究”，“草莓腐败菌的分离纯化”，“荷叶降解物中淀粉水解菌的分离纯化”，“中国大曲中产酱香微生物的分离和鉴定”，“耐高温α-淀粉酶的分离纯化”等。科研小组根据已选定的训练题目，在科研小组长的领导下进行分工协助，查阅和整理相关文献资料，撰写项目开题报告和提出实验技术路线和实施方案，并列出实验所需耗材清单和时间安排（为期1a），然后交与各指导老师审核，并根据指导老师的建议进行修改和完善，直到审核合格，方可进入相应的实验室进行实验，在实验期间，实验室实行全方位开放，各科研小组在其组长的带领下，利用周末和寒暑假期，按照最终确定的方案和进度安排进行实验过程操作，并记录实验结果，在遇到问题时先相互商讨，实在不能解决才请教教师给予指导和帮助，而老师更多的是引导他们去查阅相关的文献资料。除此之外，教师还要负责研究实验过程各个环节的监督以及协调和维护实验室仪器设备的安全。

实验结束后，各科研小组及时集体整理、分析实验数据，讨论实验结果［9］，并以论文的格式写成研究论文，在规定的时间内上交，并将研究结果做成PPT，派代表进行答辩。所有指导教师共同作为评委，根据各自PPT汇报情况以及撰写的研究论文对各科研小组进行成绩评定，并推荐结果好的研究性项目参加淮南师范学院的大学生创新基金项目和安徽省大学生创新基金项目的申报，甚至参加省级“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛。

研究创新模块，不仅让学生学会了实验数据的分析、总结和归纳以及研究论文的写作方法，而且研究创新模块的成果——各种有益或者功能微生物能够应用于生产实践或者环境保护，甚至可以申报专利或发表，既给学生带来了极大的成就感，也为实验室积累了丰富的菌种资源，同时还可作为下一届学生和教师的科研材料［10］。

总之，通过研究创新模块的训练，让科研小组成员懂得在科学研究中严肃的态度，严谨的工作作风和团队协作能力的重要性，能够大大提高学生的自主学习能力、创新能力及解决实际问题的能力。

2　模块式教学的教学效果分析

实施模块式实验教学以来，已有3届本科生毕业，考察参加微生物实验教学3模块学生的考研数量、选考课程和录取率及录取后的学习情况，发现3模块的微生物实验教学，不仅拓宽了学生的知识面，培养了学生的综合能力和创新意识，而且调动了学生进一步在微生物学科领域深造的积极性，大大提高了考研学生选考微生物学课程的比例和选报微生物相关专业的比例。近3a，报考和考取与微生物学及相关研究方向的研究生人数都占全院报考人数的1/2以上，且所有参加了研究创新模块的学生在考研复试中都取得比较好的成绩，并且从后期的跟踪调查中发现，这些同学在读研期间，容易进入角色，得到研究生导师的肯定。

研究创新实验模块，虽然可凭自己的兴趣参加与否，但通过往届参与学生的成就及教师适当引导——可拿到创新学分（学院学士学位取得必须需要一定的创新学分），因此有50%以上的学生选择参加，并且在逐年增加，参加微生物实验研究创新模块的学生，考研几乎都选择了考微生物课程或微生物相关专业，如食品专业的学生喜欢选择食品安全方向，生物工程专业的学生喜欢选择发酵方向。同时直接去应聘工作的同学喜欢从事微生物检验、发酵生产等工作［4，11］。同时由于微生物实验研究创新模块的实施，每年院里被立项的20项校级和5项省级大学生创新基金课题中有2/3的项目属于微生物创新模块中的课题。并且每年至少有1项获省级“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛三等奖以上的成果。说明微生物实验依托课外科技活动，实施3类型的模块教学方法在应用型本科高校中收到了良好的教学效果，受到学生的普遍欢迎，值得推广。

［1］何宝燕，尹华，叶锦韶，等.创新实验教学体系促进实践能力培养——环境微生物学实验教学改革［J］.微生物学通报，2008，35（10）：1655-1658.

［2］白凤翎，马春颖.综合性、应用性微生物实验教学改革探索与实践［J］.实验技术与管理，2008，25（7）：130-132.

［3］周宜君，刘越，戴景峰，等.微生物学实验教学改革探索与实践［J］.微生物学通报，2009，36（10）：1609-1613.

［4］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，2012，31（4）：108-110.

［5］夏曦中，彭方，车婧，等.创新型实验教学项目建设的探索——土壤微生物分离实验［J］.微生物学通报，2014，41（12）：2525-2529.

［6］洪龙.北京大学微生物学实验课模块化教学的探索［J］.微生物学通报，2014，41（4）：744-747.

［7］金叶飞，尹军霞，沈国娟.微生物学实验与科研课题结合教学模式探索［J］.实验科学与技术，2011，09（3）：103-104，157.

［8］尹军霞，沈国娟.渐进式研究性教学模式在地方院校微生物实验教学中的探索与实践［J］.微生物学通报，2013，40（9）：1703-1709.

［9］肖春玲，王安萍，邹小明，等.微生物学模块式实验教学体系的构建与应用［J］.井冈山大学学报（自然科学版），2011，32（2）：127-131.

［10］张琇，刘雅琴，倪志婧.民族院校生物工程专业微生物实验教学体系的构建与实践［J］.微生物学通报，2010，37（11）：1701-1704.

［11］苏文金，周常义，蔡慧农.微生物学实验教学改革的若干实践［J］.微生物学通报，2008，35（6）：983-985.

（责编：张宏民）

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

教学改革与质量提升计划（2013zdjy136）；省级质量工程项目（No.2013sjjd022）；省级教研项目（2015jyxm302）；院级教研项目（2014hsjyxm29）；校级质量工程项目（2013hsjyxm41，2014hsjc05，2014hssjjd04，2014hsyxkc02）。

施翠娥（1974-），女，安徽桐城人，博士，副教授，从事微生物方面教学与研究工作。

2016-04-25