优化设计 整合资源 提高实验教学质量

吴根福, 吴科杰， 高海春

(1.浙江大学 生命科学学院，浙江 杭州 310058;2.北京师范大学 教育学部，北京 100875)



优化设计 整合资源 提高实验教学质量

吴根福1, 吴科杰2， 高海春1

(1.浙江大学 生命科学学院，浙江 杭州 310058;2.北京师范大学 教育学部，北京 100875)

实验教学是高等教学体系的重要组成部分，不仅有利于理论知识的巩固，而且有助于动手能力的锻炼和发现问题、解决问题能力的培养。在信息化时代背景下，实验教学应当在传承传统模式的基础上有所创新。通过深化实验内容，将验证性实验教学模式与探究性实验教学模式有机融合；利用网络视频，对实验中的基本操作技能加以规范；通过创新教学设计，将实验设置成必做、选做和示范三个模块，对不同基础的学生实施因材施教。通过改革，学生的学习兴趣和创造力得到了培养，教学效果得以提升。

实验教学; 微生物学; 基本技能; 网络视频; 教学设计

0 引 言

实验教学和理论教学是高等院校自然科学人才培养的两个重要方面。自然科学大都是一些实验性很强的学科，其成果必须通过大量实验而获得[1]。因此，大力提倡实验教育，强调“从做中学”，提高课程的灵活性、情景性、生活性和个性化水平，真正体现出教育的人本主义思想[2]，不仅是拓展学生整体素质的要求，也是创建高水平创新型大学的必由之路[3]。在21世纪信息化时代背景下，在设计型、探究型、开放型实验样式逐渐走向流行的今天，高等实验教学到底该怎么开，该设置哪些实验内容，采用哪种教学方式，选用哪些教学方法，各院校也仁者见仁，智者见智[4]。本文以基础微生物学实验为例，总结了浙江大学在微生物学实验教学改革中的一些做法。作为一门理工农医类院系生物学相关专业的专业基础课，微生物实验教学应当注重传统模式的传承，并在传承的基础上有所创新，因此，课程设计除了应遵循丰富性、回归性、关联性和严密性原则[5]外，还应特别注重课程的趣味性和探究性。

1 优化课程体系，理顺学科脉络

微生物学课程主要包括微生物的形态与分类，营养与代谢，生长与遗传，生态与免疫等内容[6]。传统上，微生物学实验多以形态与分类学内容为主，即使一些生理生化实验牵涉到代谢方面的知识，其实验目的主要也是为了鉴定菌株[7]。随着生命科学的发展，微生物学逐渐与遗传学、生态学，特别是与分子生物学相结合，发展出一系列新的实验技术，创建出一大批新的实验手段。即便是菌株鉴定这样的老实验，也发展出了以16S rDNA (真核生物为18S rDNA)序列为表征的分子鉴定手段[6-7]。因此，微生物学实验内容也应与时俱进，进行必要的更新和补充。但是，对综合性大学来说，这些交叉学科的实验究竟放在哪个实验室中进行就成了管理者头疼的问题。从实验室的设备配置来看，分子鉴定实验应归到分子生物学实验室中进行，但从实验的内容和性质来看，应在微生物学实验室中进行。所以，相关课程负责人应协商一致，通过优化课程体系，理顺学科脉络，明确各课程的授业范围，使课程既反映时代特点，突出交叉融合之势，又避免内容的重复和设备的浪费。

为此，我们将实验课程设计成基础性实验和综合创新性实验两大类型。基础性实验是相关专业的必修内容，要求用较少的学时完成最基本的学科技能训练任务，每一实验室按40人规模配备相关设备。如我们把基础微生物学实验课程设定为32个学时，要求学生通过11周的训练掌握微生物的形态与测量、分离与接种、培养与保藏、分类与鉴定、消毒与灭菌等常规实验技能，而把感受态诱导与制备、质粒提取与转化、DNA扩增与纯化、序列测定及分析等与微生物分子鉴定相关的实验技能安排在分子生物学基础实验中。综合创新性实验是专业课，供微生物专业(专门化)的同学选修，让他们在学习了基础微生物实验和分子生物学实验后，进行相关交叉学科的探究，如进行微生物的分子鉴定、不依赖培养的微生物区系结构分析、致突变物及内毒素的检测等实验。综合创新实验室的设备较齐全，但设备数量只按小班(10人)规模配置。

2 深化课程内容，融合实验模式

课程内容是根据课程目标，将选择的一系列直接经验和间接经验，按照一定的逻辑序列组织编排而成的知识体系[8]。在微生物实验的课程内容选取上，我们在重视传统验证性实验的基础上，在配合课堂理论教学，循序渐进的前提下，进行了教学内容的深化，增加了探究性、综合性实验内容，并将验证性实验作为探究性实验的对照，从而使验证性实验模式与探究性实验模式得到完美融合。这种模式不仅激发了学生的学习兴趣，培养了动手能力，而且养成了学生良好的科研习惯，激发了创新意识。

细菌的染色和形态观察是微生物学实验中的基础内容，传统的实验模式是由教师提供细菌标准菌株，让同学们染色后进行形态观察，是一种典型的验证性实验模式[9]；我们对实验进行了改革，引入了探究性实验内容，要求学生在认识标准菌株形态的基础上，自己寻找实验材料，观察牙垢、指甲垢或头皮泥等环境样品中的细菌形态。由于样品中既含有各种细菌，也含有纤维、尘埃等杂质，用环境样品来观察，不但可巩固球菌、杆菌和螺旋菌等细菌形态学知识，还可让同学们学会区分微生物与颗粒性杂质的方法，即具有一定形态并被染上颜色的是细菌，无定型的或染不上颜色的是杂质。同样，在霉菌形态观察时，除了提供青霉和曲霉等标准菌株外，我们还提供一些发霉的桔子或馒头作为实验材料，让同学们观察这些自然环境中生长的霉菌，判别这些污染微生物的大致种类，不但增加了对霉菌形态的感性认识，而且体会到生活中食品防霉的必要性和微生物接种时无菌操作的重要性。另外，在细菌运动性观察时，除了要求学生观察经典的枯草杆菌运动外，我们还引导同学们进行酸奶制品中乳酸杆菌和乳酸链球菌的运动性观察，让他们初步熟悉微生态制剂这一概念。

培养基的配制、微生物的分离纯化、菌种保藏和细菌生理生化实验是基础微生物学中必须学习的内容[9]。将这些实验整合在一起，开设了为期5周的大实验，目的就是探究环境样品中细菌、霉菌和放线菌的数量(活菌计数)，并选取其中的一个细菌分离株进行初步鉴定。在实验(鉴定)过程中，以大组(10人)为单位，利用标准菌株的验证性实验作为阳性或阴性对照，要求同学们根据形态和生理生化实验结果，尽可能将分离株归类到较小的分类单元。这样，既对经典的验证性实验进行了传承，又对未知菌的形态和生理生化特性进行了探究。由于实验材料是学生自己采集的，细菌分离株是自己纯化的，不但减少了实验准备人员的工作量，也增加了学生对实验的兴趣。因为前一次实验结果会影响到后一次实验的顺利进行，同学们都格外认真细心。

3 改进教学方法，拓展教学手段

现代教育不再是以教师为中心的知识灌输，而是围绕学生需要，对学生的思维能力、实验能力、自学能力和团队合作能力进行综合培养[5,10]。所以在实验教学中应突出学生为主，鼓励学生质疑“经典”，允许他们“设计”实验，发展他们的创新心理。但对根据前人实践经验总结出来的基本操作规范，如无菌操作规范、灭菌规范等，仍必须严格遵守，并反复练习。

行是知之始，知是行之成。实验的基本技能和技巧，不可能简单地从教材中的几幅图片得以理解和掌握，只能通过不断的实践来提高，在这一过程中做到知行结合尤为重要。传统上，这些技能主要靠教师的示范操作来传授，由于示范的时间和次数有限，学生的数量又比较多，教师不太可能一对一，手把手地对全部学生进行纠错，教学效果受到一定影响。随着信息和网络技术的发展，通过规范的视频来实现网络教学已成为可能，同学们不但可通过视频进行预习，尽早熟悉基本技能操作，提升课堂教学质量，而且可及时改正操作错误，规范操作步骤，提高实验能力。

对于网络视频，我们并不倡导课程的全程录像，因为观看全程视频不仅花费时间，学生也会觉得乏味，不能自始至终集中注意力；我们也不推崇从头至尾录制整个实验过程，虽然这样确实能大幅提高实验效率，但也容易使学生过分倚重于视频，机械地重复操作过程，成为视频的奴隶，失去许多动脑的机会。我们主张把最基本的实验技能和技巧做成微视频，这样既可使教师根据临场状况合理发挥，又能使学生对相关操作活学活用。根据多年的微生物学教学和科研实践，我们认为微生物学中比较重要的基础技能主要包括以下10项(见表1)，一些大型实验实际上就是这些基本实验技能的综合和拓展。

4 创新教学设计，提高教学效率

教育不是注满一桶水，而是点燃一把火，我们要点燃的，正是学生心中对知识的渴求。教学设计是对一门课程的组织形式和组织结构进行拟定，其中心问题是确立课程的范围、顺序[11-12]。因此，在进行教学设计时，以提高学生的学习兴趣为出发点，以提高课堂教学效率为目标，以实施因材施教为努力方向。除了前面已经介绍的自主选择实验材料，融合验证性实验和探究性实验等设计外，还拓展了课程范围，选择许多贴近生活的实验作为课程内容，如牙垢细菌的形态观察，活性乳中细菌的运动性观察，常用消毒剂对微生物生长的抑制作用，甜酒酿发酵，泡菜制作等。这些实验的开设，不但增加了学生对该课程的兴趣，而且通过“发现性”学习，让学生将观察到的现象重新组织，从而获得新的领悟[13]。

此外，根据学生实验能力有差异这一特点，把实验内容分成必做、选做和示范三块。对那些基础好，能力强、速度快的同学，除了必做内容外，还要求他们完成选做内容；而对实验技能一般的同学，选做内容只要求观察一下结果就可以(相当于示范)。为此，在实验内容安排上进行了改革，将相关性较高的实验安排在一起，尽量减少等候时间，充分利用课内学时，使学到的知识最大化。如对细菌的染色实验，我们把单染色、革兰氏染色、芽孢染色、荚膜染色和鞭毛染色等整合在一起，将单染色和革兰氏染色设置成必做实验，将芽孢染色和荚膜染色设置成选做实验，将鞭毛染色设置成示范实验，这样，可以在最短的单位课时内获得最好的教学效果。

表1 微生物学实验中一些重要的基础技能

基础微生物实验教学的主要目的是使学生掌握实验的基本技能。因此，实验教学的内容选择应以操作技能的训练为出发点。如微生物的生理生化实验种类繁多，但作为实验技能，无非是配培养基、灭菌、接种和观察[9]，所以在选择生理生化实验内容时以各种接种技能(如划线、穿刺等)的练习为导向，同时考虑培养基类别(如斜面、平板、液体试管等)，选择了淀粉水解试验(斜面—平板点种)，硫化氢产生实验(斜面—液体试管接种，加醋酸铅滤纸条)，石蕊牛奶实验(斜面—液体试管接种)，明胶液化试验(斜面—半固体穿刺接种)和柠檬酸盐利用试验(斜面—斜面划线接种)5个实验内容。另外，考虑到目前新建的校园普遍较大，同学们所选课程不一，统一来实验室观察结果既不方便，又花费赶路的时间，我们在微生物培养时采用较低温度，较长时间的培养方式，统一安排在第二周的固定课程时间内观察，必要时培养后由实验员统一冷藏保存。

5 精编课程教材，丰富教学资源

教材除了纸质课本外，还应包括课程的政策性文件和其他辅助性教学资料，教材应具有灵活性和变通性，以便各校根据学习情境自行选择[14]。鉴于目前“宽口径”培养条件下各课程课时有限这一特征，实验教材应内容精炼，安排合理而紧凑，可将相关性较强的操作安排在同一单位时间内进行。这样，既有利于拓展知识结构，又可使不同基础的同学在单位课时内最大限度地获得相关知识。教材还应具备较强的可操作性，对实验的准备和分组安排等给出合理化建议，以便于实验教师和教辅人员参考[15]。为了提高教学效率，教材还应包括丰富的辅助教学资料，如把实验中的基本操作技巧和技能拍成视频，把实验过程以ppt等形式给以展示，作为电子教材挂于配套的相关网站上，以有利于预习和复习，使同学们在实验时做到心中有数，从而最大限度地利用课内时间。

6 结 语

实践证明，这些改革措施对学生学习兴趣的提高和实践能力、创新能力的培养很有帮助。通过5年实施，近2 000学生在改革中受益，同学们普遍反映改革使课程安排更紧凑，效率提高，同时也提升了他们的自学和动手操作能力。特别是挂于高等教育出版社网站上的28个实验技能微视频，为他们提供了不受时间、地点约束的学习机会，有利于预习和复习，从而使实验技能得到巩固和提高。鉴于微生物学是农林医药院校和综合性大学生物相关专业的必修课程，相信这样的教学改革经验对兄弟院校也有一定的借鉴作用。

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Improving Experimental Education Quality by Optimizing Experimental Design and Integration of Resources

WUGen-fu1,WUKe-jie2,GAOHai-chun1

(1. College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China；2. Faculty of Education, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

Experimental education is an important part in the higher education system. It is beneficial to consolidate the theoretical knowledge, and aids to train manipulative abilities and cultivate problem-finding and problem-solving abilities. At the information age of nowadays, experimental education should be renovated on the basis of traditional modes. Three innovations are recommended here, those include mixing verification experiment mode with inquiry experiment mode by deepening experiment contents; standardizing the basic experimental skills by viewing web video, and carrying out individualized teaching by modifying education design and setting the experiments into major, selective and demonstration modules. These steps facilitate to cultivate interests of students and develop their creative talents, and therefore would improve the education efficiency.

experimental teaching; microbiology; basic experimental skill; web video; teaching design

2015-09-17

浙江大学国家级微生物学精品课程建设项目(20150602)；浙江大学实验教学中心探究性实验项目(2014-02)

吴根福(1965-)，男，浙江余姚人,博士，副教授，主要从事微生物学的教学和研究工作。

Tel.:13282815158;E-mail:wugenfu@zju.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)08-0203-04