项目实训在微生物学课程中的应用

阎春兰, 程国军, 裴国凤, 李晓华, 何冬兰

(中南民族大学 生命科学学院，湖北 武汉 430074)

微生物学课程是本科高校生命科学专业以及农、林、医、药、师范、食品、环境等专业的必修课程，其理论性、实践性和实用性均很强，该课程的学习质量直接影响到后续其他生物课程，如分子生物学、基因工程、细胞工程、微生物工程等专业课程的学习。中南民族大学正在进行本科专业课程模块化教学改革[1-4]，设计了“三融入”(即融入创新创业教育理念、融入翻转课堂教学方法、融入科研项目研究)式的“前沿导读+专题研讨+项目实训”课程模块化教学改革模式，其中，前沿导读模块主要阐明专业课程在学科领域中的地位及其发展动态；专题研讨模块在反思传统课程实施的取向基础上，探讨专题式课程资源的呈现，促进多种教学方式的融合；项目实训模块主要探讨项目主题的选择、项目展开的过程，通过改革，力图改变目前以“知识点讲授”、以单一的教材为依托的传统课程组成形式，实现以“专业能力提升需求”、以“创新创业能力提升为目标设置模块化课程，激发学生的专业兴趣和积极性”，促进学生更好地将专业知识与实际相结合，提升专业运用能力、专业判断能力和运用专业理论分析和解决问题的能力。微生物学课程是中南民族大学第一批进行课程模块化改革的课程之一。学校曾经探讨了前沿导读模块，包括学科专业思想(家)的前沿、学科逻辑体系的前沿和学科专业发展趋势与前瞻性问题前沿在微生物学课程中的应用[5]，就项目实训模块在微生物学课程中的应用进行分析探讨，试图提供一些思路和借鉴，旨在与同行共同探讨本科专业课程模块化教学改革的方式、途径，达到交流本科教学改革经验的目的。

1 课程中引入项目实训模块的意义

1.1 有利于推进教学改革

为使立德树人的要求落到实处，就必须充分发挥课程在人才培养中的核心作用，进一步提升综合育人水平，更好地促进各级各类学校学生全面发展、健康成长。教育部2014年提出《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，将新时期课程改革提到一个相当的高度，其中，培养符合时代和社会发展需要的创新人才，是目前教学改革面临的新的挑战。近年来，在我国高校人才培养过程中，创新创业教育模式已经取得长足的发展[6]，但在不同地区的不同高校、不同专业、不同学科仍然存在差异大、实施效果参差不齐等问题。促进学生主动学习、鼓励学生动手实践和引导学生进行科学研究，作为培养大学生创新能力的三条途径，在提高高校大学生的培养质量，培养更多具有创新创业能力的大学生具有重要的现实意义[7-9]。

目前在各类高校中各种课程改革进行得如火如荼，不同形式的课程改革方式和教学方法，如模块化课程教学[10]、翻转课堂[11]、对分课堂[12]、慕课[13-14]、混合式教学[15]等层出不穷，而我校的课程模块化，则立足于课程本身，比模块化课程更具体，更具有针对性；并在兼容不同教学方法的基础上，将科研项目研究直接纳入到课程中，通过具体的研究项目使学生更好地将专业知识与实际结合，为高校教学改革提供新的思路与方向。

1.2 有利于学生对专题模块和教材内容的理解与深化

微生物学是从分子、细胞或者群体水平上研究微生物生命活动基本规律的学科，微生物的生命活动包括微生物的形态构造、营养、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等内容[16]。给学生选用周德庆主编的《微生物学教程》，该教程按照微生物的生命活动进行章节划分，每一章节可以作为一个专题供学生研讨。

学生在进行专题研讨和学习的过程中，会发现每一个专题是相对独立、零散的，而项目实训的实施可以将这些相对独立的专题有机地结合起来。项目实训往往是一个具体的课题，课题的实施必定涉及各个专题内容。以“环境中降解苯环类微生物的分离、鉴定与生理特性研究”课题为例，降解苯环类微生物可能是原核的，也可能是真核的，涉及到原核微生物或真核微生物专题；从环境中分离与纯化降解苯环类微生物，涉及微生物的营养专题；对降解苯环类微生物的鉴定，涉及微生物的分类与鉴定专题；降解苯环类微生物生长特性的研究，涉及微生物的生长专题等。如果说专题是架构微生物学课程的纬线，那么项目实训就是经线，通过项目实训这一经线，将专题和课程内容有机地结合起来，形成一个经纬相结合的立体的知识框架体系，将书本上的知识在项目实训中得以应用，既加深了学生课程内容的理解和整体把握，又锻炼了学生分析问题、解决问题的能力。

1.3 有利于学生熟悉项目研究的全过程

我国高等教育已经从精英化走向大众化、普及化，人才培养质量成为高等教育发展的重点。不同类型的高校培养不同类型的人才，如研究型人才、应用型人才、实用型人才等，无论哪一种人才培养模式，自主性、研究性、实践性的教学模式均受到重视，尤其重视在实践教学中强化学生应用能力的培养[17-18]。项目实训模块是一种很好的实践教学模式。项目实训的环节包括若干个项目选题的确立，项目的设计、实施、总结、反思和评价等，这一系列环节的实施，实际上就是一个科学研究小课题的实施过程，通过项目实训模块的训练，学生既锻炼了自己的动手实践能力，又可以充分了解科学研究的过程，为今后考研或就业提供帮助。

1.4 有利于提升学生的综合素质

通过项目实训锻炼学生多方面的能力，有效提高学生的综合素质。在对课程内容理解和总体把握的基础上，学生才有可能运用所学的知识，在老师列出的各个课题中进行选择或者针对生活中的某种现状或问题，尤其是针对后者，设计出可能的或合理的实施方案。以日益严重的微生物耐药性问题为例，微生物除可以产生抗生素外，还可以产生各种细菌素，如乳酸菌的乳杆菌素、枯草芽胞杆菌的枯草菌素、伊枯草菌素等，这些细菌素都可以作为抗生素的替代品使用；细菌的群体感应和群体淬灭现象也为抵抗微生物的耐药性和疾病治疗提供了新的思路，通过这样的思考、联想和发散思维，实际上培养了学生的科研思维创新意识和创新能力；在项目实施的过程中，学生的分析问题、解决问题的能力得到锻炼；项目完成后，及时总结并对自己的项目和周围学生项目的完成情况进行客观评价，为将其应用于同类型的其他项目提供借鉴和参考；项目实训常常以小组形式进行，在项目实施过程中，学生之间的分工、合作、团队意识等也得到有效提升。由此可见，项目实训对学生能力的培养是多方面的，通过参与项目实训，学生可以在团队项目中体验、感受、思考、分析并解决问题，从中获得全方位的训练。

2 项目实训模块的实施

项目实训模块是本科专业课程模块化教学改革中的第三大模块，在前沿导读模块完成之后，稍滞后于专题研讨模块或者与专题研讨模块同时进行。微生物学课程的项目实训模块，针对不同的专业采用了以下几种不同的方式：与微生物学实验相结合的小课题、理论课程中的小论文、创新创业课题、生物学科竞赛以及成果展示。

2.1 实验课程中的小课题

在微生物学课程中，项目实训模块的方式之一是将实验课程纳入到课程模块中。微生物学是一门实践性非常强的实验科学，具有属于自己学科、不同于其他学科的一整套独特的研究方法和研究技术，在多年以来的教学中，微生物学实验主要以小型的观察性和验证性实验为主，帮助学生了解和掌握微生物学实验的基础方法和操作技术，进而学习、理解、掌握微生物学理论知识，也为学生进一步学习生物学专业其他课程，如分子生物学、基因工程、细胞工程、微生物工程等专业课程的理论知识和实验技术奠定基础。

中南民族大学共有3个院系10个专业开设了与微生物学相关的理论课程和实验课程，每个专业的教学大纲、教学内容、教学侧重点和教学时间以及实验课程的安排不尽相同，16～64学时不等。在开设观察性和基础性实验以保证学生掌握微生物学实验的基础方法和操作技术的基础上，根据不同的专业，结合教师的研究课题和研究方向以及学生的兴趣点，设计了综合性和探索性实验，做为项目实训的课题。

本团队承担微生物学理论和实验课程的教师，多年来从事与微生物学相关的科学研究工作，如蓝藻分子遗传学、环境微生物学、根瘤菌固氮生物学、小单孢菌的研究、降解烟碱微生物的研究、微藻在环境中磷元素的循环中的作用等，课程教学与教师的研究课题和研究方向相契合，同时结合学生们兴趣点，设计了一些课题，让学生选择，见表1。

表1 小课题题目及来源

选定课题后，学生对课题进行分析和分解，确定要研究的小课题或小实验，以“环境中抗药性菌株的筛选、诱变及生理特性的研究”课题为例，经过分析和分解，该课题可以分为5个小课题，包括环境中抗药性菌株的分离与纯化、抗药性菌株的紫外诱变、鉴定、生长特性的研究和抗药性菌株的抑菌能力和耐药性的测定，从营养、遗传变异与育种、分类与鉴定、生长、生态等几个方面对抗药性菌株进行研究，让学生对日益严重的菌株耐药性问题有更直观和深刻的认识。

课题分解后，学生可以在实验课程中具体实施各个小课题。实验设2人一组，以之前在观察性和验证性实验中掌握的实验方法和实验技能受训为基础，从实验器材用具的准备、培养基的配制、实验时间的安排、实验结果的记录、分析和总结等均由学生完成，遇到问题可以自己查阅资料，或随时与老师讨论解决。

针对部分学有余力的学生，鼓励他们积极申报校级、省级、国家级等各级创新创业课题，参加各类与微生物相关的生物学科竞赛，如全国大学生生命科学竞赛、全国大学生创新创业大赛等，通过创新创业课题和生物学竞赛中的小课题的实施完成项目实训。

2.2 理论课程中的小论文

对于实验学时较少，仅能开设观察和基础性实验的专业，项目实训模块则在理论课程中以小论文的形式完成。如前所述，微生物学课程内容根据微生物的活动分为若干个专题，根据不同的专题，设计不同的项目实训选题，之后交由分组后的学生自己去查找资料，撰写论文。以微生物的生态专题为例，该专题讲授的是微生物与生物环境和非生物环境之间的关系，项目实训选题包括极端环境微生物(可根据不同的极端环境进一步划分，如嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物和嗜碱微生物等)、人体微生物、科学研究与微生物、微生物之最、环境污染监测与微生物和环境保护与微生物等。学生可选择一个自己感兴趣的项目实训选题。以嗜热微生物为例，学生需要从嗜热微生物的定义、生理特性、嗜热微生物适应极端高热环境的机制以及应用等几个方面查找资料，完成小论文的撰写。

通过参与实验课程中的小课题和理论课程中小论文的撰写，学生熟悉了项目的选题、设计和实施的全过程，在具体的项目实训过程中综合运用所学的知识，既深刻理解了课程内容，又得到了决策、认知、总结、应用、评价和合作等全方位的训练。

2.3 成果展示

实验课程中的小课题或理论课程中的小论文完成之后，各小组将自己的实验结果或论文制作成PPT，在全班进行展示。制作PPT的过程，是将项目实训课题再一次进行梳理和总结的过程；实验课题的PPT展示，有实验结果的罗列，有成功经验的总结，也有失败原因的分析；每个小组都可以从与其他小组的交流中获得启发，为今后类似课题的开展提供借鉴；小论文的PPT展示，往往是某一个专题的拓展和深化，不同小组选择不同的项目，使学生在较短的时间内获取知识，效果优于单纯的讲课。通过PPT的分享，使教学信息的传递从教师单独传授的单向信息源，转变成学生与教师交流讨论、学生与学生交流讨论的双向和多向交错流动，彻底改变了学生被动接受知识的状况，并激发了学生内在的学习动力与活力。PPT展示完成之后，进行名次评选，前三名给予一定的奖励。这样的成果展示，充分调动了大家学习的积极性与主动性，学生既学得开心，又非常有成效，同时锻炼了学生走上讲台的胆量。

3 项目实训模块的实施效果

自2015年以来，先后有4个年级 (2015级、2016级、2017级、2018级)3个专业 (生物工程、药学、药剂专业)参与实施项目实训模块教学改革，其中生物工程专业以“实验课程中的小课题”的形式实施，药学药剂专业实施以“理论课程中的小论文”的形式实施，鼓励正在修习或者已经修完微生物学课程的学生积极申报校级、省级、国家级等各级创新创业课题，参加各类与微生物相关的生物学科竞赛，就目前看来，实施效果不错，具体说明如下。

3.1 问卷调查结果

由于中南民族大学生命科学学院的生物工程专业实验学时较多，为64学时，在完成40学时观察性和基础性实验的基础上，设计了24学时的综合性和探索性实验。每一年度的综合性和探索性实验完成之后，均对该项目实训实施形式进行问卷调查，该问卷包括12个选择题和1个主观题，在4个年级共220人的调查问卷中，88.24%的学生认为有必要加入综合性实验这一教学内容，3.92%认为没有必要，7.84%的学生不确定，超过半数的学生(52.94%)认为通过综合性实验，动手能力得到了提高，41.18%的学生认为效果一般，7.84%的学生认为没有提高或者不确定。

综合性和探索性实验涉及到理论课程的多个知识点，如原核微生物、营养、生长、生态、生理代谢、分类与鉴定、诱变与育种等，45.10%的学生认为自己掌握了这些知识点中的3～4个，39.22%的学生认为掌握了5～6个，5.88%的学生认为掌握了7个，只有不到10%的同学意识到0～2个知识点穿插于综合性实验中。而在众多知识点中，70.59%的学生认为营养和生长的知识点对自己实施综合性实验最有帮助，其次是分类与鉴定(占64.71%)、诱变育种(占45.09%)、原核生物章节(占43.14%)和生理代谢(占43.14%)，而生态章节的知识点对自己的帮助不大，占到27.45%。

所有学生都认为综合性实验的开展对理论课程中知识点的理解是有帮助的，其中2/3的学生(66.67%)认为是很有帮助的，1/3的学生认为作用一般。对于综合性实验内容的设计与安排，70.59%的学生认为内容是合适的，无需增减，11.76%的学生认为内容偏多，有些内容是多余的，也有15.69%的学生认为内容偏少，不能涵盖所有主要知识点。

对于综合性实验的设计，70.59%的学生希望该过程应该以教师为主导，由教师和学生一起完成，也有25.49%的学生希望教师和学生一起完成，但以学生为主导，3.92%的学生希望全部由教师设计，说明学生们有意愿对实验课程的小课题进行设计，这一点在综合性实验的建议中也有体现，很多学生希望能够设计更贴近于生活的课题进行实验。在具体完成实验的过程中，2/3的学生认为教师的引导作用多一些好，27.45%的学生希望教师的引导作用少一些好，也有5.88%的学生认为无需教师的引导，老师只需要帮助学生解决实验中的问题即可。

本次综合性实验所采集的样品来源于土壤或者南湖水样，对于是否扩展样品范围，比如食品或者其他环境样品，70.59%的学生认为需要扩展，3.58%的学生认为不需要，23.53%的学生持不确定态度。

对于实验的分组，50.98%的学生赞同目前的分组方式——1～2人一组，39.22%的学生赞同2～4人一组，3.92%的学生希望5～6人一组，5.88%的学生赞同6人以上为一组。

60.78%的学生认为经过综合性实验的训练增强了独自完成实验的信心，35.39%的学生感觉增强了很多；49.02%的学生认为自己对于微生物学课程的兴趣增加了一些，35.29%认为增加很多，15.69%认为没有作用。

从学生的问卷中可以看出，多数学生认为开展综合性实验教学很有必要，该教学形式有助于提高学生的动手能力，有助于对理论知识的理解和课程知识点的掌握，认为实验内容适合，希望在老师的指导下更多地参与实验设计，实验分组以1～2人最好。综合性实验的开展不仅增加了学生对本课程的兴趣，也增强了学生独立实验的信心。

3.2 学生竞赛成果

鼓励并指导正在学习或者已经修完微生物学课程的学生积极申报校级、省级、国家级等各级创新创业课题，参加各类与微生物相关的生物学科竞赛，通过实施创新创业课题和生物学竞赛中的小课题完成项目实训。自2015年以来，学生们先后获得各级创新课题13项 (表2)、国家、省校级大学生生物学科竞赛奖项15项(见表3)，通过参与创新创业课题和生物学科竞赛完成项目实训，使学生加深理解了专题模块和教材内容，熟悉了项目及课题研究的全过程，锻炼了多方面的能力，提高了综合素质。

表2 各级创新创业课题情况

续表2

表3 生物学科竞赛获奖情况

4 小 结

微生物学作为生物学中最活跃的学科之一，其研究领域不断延伸，新技术和新方法的应用以及与其他学科的交叉融合，会不断孕育和形成新的学科。微生物学课程是中南民族大学第一批实施课程模块化设计与改革的理科课程，项目实训的应用被列为本课程改革的重点之一。针对不同专业开设的微生物学课程采用不同的项目实训方式，包括实验课程纳入的课题模式、论文呈现方式、参加创新创业课题、生物学科竞赛模式和成果展示方式等，无论采用何种形式，其目的旨在促进学生将专业知识更好地与实际结合，提升专业运用能力、专业判断能力和运用专业理论分析和解决问题的能力。

项目实训模块是模块化教学改革中的第三大模块。首先，凝炼项目实训模块的选题，使之更贴近实际激发学生的兴趣以及实施项目实训模块的效果评价等是今后改革中需要解决的问题。其次，在项目实训中融入前沿导读中涉及学科的科技前沿信息、边缘学科知识和最新的微生物学技术等，使三大模块有机结合起来，这些措施的实施必将进一步深化课程模块化改革，提高微生物学课程的教学质量，只有这样，才能有效提高教学效果，促进学生更好地将专业知识与实际结合，提升学生的专业运用能力、专业判断能力和运用专业理论分析和解决问题的能力，实现创新型、综合型人才的培养目标。