微生物学实验教学改革与创新能力培养

徐 晖，魏培莲，申秀英，于林凯

(浙江科技学院 生物与化学工程学院，杭州 310023)

0 引 言

创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达源源不断的动力。随着经济全球化进程的加速，创新被摆在了国家发展全局的核心位置——只有坚持创新发展，促使科技进步，才能使国力强盛。而要把我国建成创新型国家，除了硬件条件外，更重要的是依靠创新型人才的培养及其创造活力的发挥。创新型人才的培养，归根结底主要靠教育。

微生物学实验技术是微生物学学科建立和发展的基础，也是生物技术等学科发展的基础。它已广泛渗透到现代生命科学的各个领域，并不断发挥它的独特作用。微生物学实验教学作为生命科学类高等院校教学的重要组成部分，在人才培养过程中显示着尤为重要的作用。在高教改革不断深化的趋势下，为适应生命科学迅速发展对高素质创新型生物技术方面人才的需求，本课题组近几年来围绕创新型人才培养模式对微生物学实验课的教学进行了一系列的改革与探索，目的是进一步提高微生物学实验教学效果,培养既具备扎实的理论知识且创新能力又强的大学生。

1 构建新型的教学模式

实验教学是实施创新教育的重要基础和手段，对培养学生的创新能力有着重要的作用。

1.1 教学方法改革

微生物学实验课是我校生物工程、食品工程和制药工程等专业本科生重要的基础实验课程之一，根据当今学科发展趋势和社会对人才的需求，结合我校相关专业对学生培养目标的要求,开发多样化的、有创新价值的学习内容，适时更新教学方法，打造优质高效的微生物学实验教学模式，提高教学质量。实验教师通过采用微课翻转课堂、对分课堂等教学模式，结合不同的实验、学生的特点,适时调整将知识传授与学生创新能力培养融于实验教学之中。

例如,围绕微生物学实验将原先复杂的、综合的教学分解成微型的、清晰的、可描述的、可观察的某个基本操作的知识点或重要环节展开教与学活动过程，如培养基的制备、高压蒸汽灭菌、无菌操作倒平板、菌种转接技术(包括斜面接种、穿刺接种以及液体培养基接种等)、显微镜的操作、微生物的制片染色及观察、微生物的大小测定、显微镜直接计数、样品采取、微生物的分离纯化、菌种保藏等实验内容都是微生物实验最基本的操作，将这些必需扎实掌握的内容制作微课教学视频。每个视频一般控制时间在5～10 min，学生可以依据自己的接受能力来决定视频的观看次数，通过观看这些教学技能操作视频,可以帮助学生及时进行梳理，加深对实验原理的理解，更容易掌握实验的要点和难点，为实验高质高效完成提供良好的保证。并且，教师对传统的实验教学内容进行拓展,开阔学生视野，使学生产生新奇感，吸引学生的注意力，满足学生对不同知识点的个性化、片段化学习，培养学生的自主学习能力。

1.2 教学内容改革

尝试从单纯的实验操作验证型实验向设计型、探索型实验教学模式转变,采用灵活的实验形式，以学生创新实验教学内容为重点,建立相应的创新型实验教学模式,包括自主设计实验、多元化教学模式。如将原先独立的实验内容“培养基的配制和灭菌、微生物的分离与纯化、微生物的形态观察(包括微生物细胞个体形态特征和菌落形态特征)、显微镜油镜的使用、微生物制片染色、微生物大小测定与计数、生理生化试验”等进行有机组合为一个“综合设计型”实验，先让学生自己准备实验所需物品，再进行培养基的配制和灭菌，让学生明白现在所做的培养基是研究工作的第一步，紧接着，完成分离、纯化工作，然后，让学生观察目的菌的菌落形态特征，并经微生物制片染色，用显微镜观察形态特征,采用显微测微尺进行微生物大小的测定以及利用血球计数板或平板菌落计数法进行菌体细胞计数等，这样使各个实验项目紧密有序地衔接在一起，可以使学生清楚地认识到微生物实验技术是一个连续、系统的知识体系。

教学是一个逐步积累的过程，教师注意平时对知识与资料的积累，做到厚积薄发，水到渠成，让学生真正参与到实验设计中，指导学生查阅文献资料，完成相关的实验设计并提出实验的预期结果，通过这些锻炼可大大帮助学生们对理论知识的理解和消化，促进创新能力的极大提高。

1.3 考试方法改革

建立较为科学的、有利于培养学生创新能力的微生物学实验教学考核评价体系。做到考试方式多元化，使实验效果的评价标准更加清晰，对学生在实验中的科学素质等因素进行准确有效的评价，使教学模式更具针对性和实效性，充分调动学生的学习积极性和主动性，促使学生实践能力、创新意识与创新能力逐步提高。

2 构建合理的知识结构

(1)掌握扎实的基础理论知识。要做好微生物实验，扎实的微生物学基础理论知识是必不可少的。针对每一个实验而言，学生应掌握包括实验目的、原理、方法、操作步骤等方面的内容。教师通过教学使学生在头脑中形成具有高度准确、着眼于联系的概念，逐步构筑较深厚的专业知识。比如，让学生根据老师的要求以3人为小组录制单元操作视频，通过视频制作，学生会对正确的操作更加明晰，加深对实验原理的理解。再比如学生做思考题：如果要分离得到极端嗜盐细菌，在什么地方取样品为宜？说明理由。学生的答案通常是晒盐场或盐湖，可以考虑进一步设问让学生了解得更为深入：区分嗜盐菌、极端嗜盐菌和耐盐菌的不同。创造离不开概念组合，学生对概念越明确，相互联系越紧密，新观念越容易形成，创造性思维就越容易展开。教师在实验教学中做到及时更新、不断补充完善教学内容，在对学生进行实验知识和实验技术传授的同时，引导学生养成“自我依靠的能力和终身学习的习惯”,激发学生的积极性和主动性，目的是培养高素质的创新型人才。

(2)强化全面的生物安全知识。微生物实验室因其操作过程中经常会接触到微生物(包括一些条件致病菌)，在实验过程中为了保证实验人员的安全，避免对实验环境造成污染，学生需要具备全面丰富的与微生物实验室相关的生物安全知识，这也是保障得到实验预期结果的重要条件。首先，应使学生熟练掌握规范的专业操作技能，如严格的无菌操作技术，掌握相关仪器设备如显微镜、超净工作台、培养箱、高压蒸汽灭菌锅等的使用和维护；另外，还应了解酒精灯及电炉等高温实验物品的安全操作要求、实验室废物包括有毒危险品的处置办法、紫外线的防护等。例如，微生物染色实验中有水洗的步骤，洗下的废水就不能直接倒入水槽，而应每次收集起来集中交给环保公司统一做废液回收处置；显微镜的光源在关闭电源前应调至最暗，如果在高亮度时关闭电源，在下次开启电源的瞬间，光源灯泡很可能坏掉；超净工作台应该每周进行清洁，以除去可能影响其杀菌效果的灰尘和污垢；泄露的培养基可使微生物生长繁殖，一定要及时清理；做真菌实验时必须十分小心，做好防护，因为真菌菌落暴露于很小的气流时，都会释放出孢子，打开含真菌的培养皿时，足以产生含孢子的气流，人很容易吸入真菌孢子而致严重的肺部感染等等。只有具备较为丰富的与微生物实验室相关的生物安全知识，熟练掌握基本操作技能，才能确保目的菌不被污染，表现典型的生物学特性，并保证实验环境不被污染，保障整个实验教学和科研的稳定和可持续发展。一切以人为本，引导学生在实验过程中养成良好的实验习惯，规范操作。

(3)引导学生关注本学科领域内技术发展动态。学生掌握更多的知识，才能在实验过程中得心应手，才能使出现的问题得到合理的解决。实验教师重视了解国内外本领域相关行业的发展,并融入微生物学实验中进行教学指导，可以帮助学生构建合理的知识结构，因为合理的知识结构有利于同化原有知识、概念，而形成新观点、新概念。拉近微生物学实验教学内容与实际应用之间的距离，使学生深刻体会科学技术的迅速发展和创新的重要性，激发学生创新意识。

如“从土壤中分离纯化微生物”实验，让学生对经分离纯化获得的单菌落进行分类鉴定，通过比对显微镜下菌体细胞的个体形态特征和经培养所获得的菌落特征，初步识别4大常见微生物类群：细菌、酵母菌、放线菌和霉菌。并且，引导学生针对分离到的不同类型的菌落，分组继续探究。举个例子，可以引导学生通过查询文献，了解放线菌是一类极其重要的微生物资源，尤其是在新药研制中的贡献，了解我国放线菌系统学术研究的现状，对不同的放线菌菌落进行识别分类，认识放线菌的多样性，关注其在本学科领域内最新的研究内容或科研成果等。事实证明，知识结构越合理，知识的质量越高，创造力也就越高。

(4)与社会生活紧密联系。在实验课上结合具体的实验适时地将巴斯德、科赫、汤飞凡等微生物学家发现微生物、研究微生物、利用微生物的内容灵活地穿插其中，引导学生热爱生命，关注社会生活；时常将生活教育渗透在微生物学实验教学中，引导学生从课堂和书本中走出来，了解生活中与微生物有关的问题，如了解酵母在发酵工业的应用，生物固氮、生物能源以及利用微生物治理污水等。

3 培养创新能力的多种措施

3.1 开展与科研实验室共享的实践

鼓励学生抓住机会尽早进入科研实验室，提前体验科研学习氛围，促进研究性学习。了解更多的实验技术和仪器应用，了解国内外生命科学领域的最新成果，熟悉当今微生物新技术的广泛应用。通过介入科研实验丰富学生的想象力，促使学生逐步提升创造性思维、敏锐的观察力和较为深刻的分析力等诸多综合能力。在拓展知识面的同时，努力营造具有创新氛围的实验环境，引导学生更多关注科技发明，把握前沿，培养他们的创新意识，鼓励学生积极参与各类科技竞赛，如大学生创业知识竞赛、大学生生命科学竞赛等，使学生在分析问题、探究问题的过程中，自身的能动性、自主性和创造性能得到充分训练和培养。

3.2 增设开放性实验

增设开放性实验，训练学生的观察能力、逻辑思维能力、分析问题以及解决问题的能力，注重对学生发散性思维的培养、完成力的培养。在巩固学生原有知识的基础上，启发学生结合所学专业对企业生产、生活实际进行思考，使学生在学习技能知识的同时锻炼多向思维，引导学生跳出原有知识经验的圈子，以俯视、审视的态度来看待已有的知识经验，这样才会使学生头脑之中产生似断实连的内在联系，从而培养学生的创新、发散思维。

3.3 鼓励和支持学生个性化发展

不断总结以往教学方式，逐渐形成自主、创新、综合提高的教学特色,在实验教学过程中激发学生自身的好奇和兴趣,引导学生灵活地变换对问题的思维角度，不被常识束缚住，不固执于一种成见之中,实验过程中允许学生出错，但不允许学生不认真，鼓励学生大胆尝试新方法。比如，获取纯培养物的方法，可以用稀释涂布法和划线分离法，也可以用倾注法等，分离的方法有很多，可以让学生采用不同的方法，可以是书上没有的，甚至可以是自己设想的，并且，引导学生对采用不同方法其平板上长出的菌落各自有何不同进行比对。如此一来，学生会对实验结果进行更加仔细的观察、并加以分析和评判所采用方法的优劣。

在微生物学实验教学中实验教师所起的作用是引导而非束缚，不仅仅传授书面知识，更要成为学生学习的引导者和促进者，让学生跳出习惯性思维的怪圈，不做“坐井观天”式的学生。

例如革兰氏染色实验，细菌对革兰氏染色的不同反应，是由于它们细胞壁的成分和结构不同而造成的。革兰氏染色法是细菌学中最重要的鉴别染色法。那么，如果引导学生结合药学知识去理解有关常用抗生素的用药知识，会发现一般皮肤、耳鼻喉、口腔、呼吸道感染以革兰氏阳性球菌为主；胃肠道、胆道、泌尿生殖系统感染以革兰氏阴性杆菌为主等，通过诸如此类“有意识”的引领，既可以引发学生的浓厚兴趣，获得广泛的邻近学科知识，而且，有助于学生不自觉地参与于那些看来已经相当完善的知识、领域的创新，交叉、复合、边缘学科或领域的联系，这一点具有很重要的意义。研究证明，有重大独创性贡献的科学家除了专业知识非常雄厚外，多半是兴趣广泛或者研究过其领域之外知识的人。

只有提出与众不同的新奇想法，才有可能进行创造，鼓励和支持学生的个性化发展,促使他们形成独具特色的思维方式包括视角与维度，能够自觉地借鉴相关、甚至不相关的方法，应用于实验，强化学生的创新意识,培养学生的实践能力,鼓励学生在创新实验中勇于探索,不断丰富想象力，为培养大学生的实践能力和创新能力提供有力的保障。

3.4 培养学生乐观的心理品质

培养学生乐观自信的个性品质，这一点非常重要。因为乐观自信的人，具有高度的灵活程度、自信心、坚持力和自尊感，不怕失败、不会墨守成规、兴趣广泛、好奇心强、富有想象、独立自主……学生一旦拥有这些优良的个性品质，才能促使其投入极大兴趣，以坚强的毅力和不屈的精神去探索；才能进行创造性的想象，产生创造性的思维；才能诱发灵感，达到成功。

4 结 语

总之，对微生物学实验这门独立设置的实验课，授课的总体指导思想是：通过对微生物学实验教学模式的一系列改革，构建适合于创新型人才培养的实验教学体系，培养学生具有合理的专业知识结构、独立思考的能力、丰富的想象力和创造性思维等，激发学生内在的成才意识，使学生拥有良好的自主学习能力和乐观上进的个性品质，保持终身学习的兴趣，倡导自主合作学习，不断探究创新，不断提升学生的科学研究水平，增强社会服务能力，全面提高微生物学实验教学质量。经过多年的教学实践，微生物学实验教学效果显著提高，师生双双收获颇丰、硕果累累。