高等农业院校微生物学实验课程教学改革探讨

刘灵芝， 钮旭光， 宋立超, 肖亦农， 孙军德， 李炳学

(沈阳农业大学，辽宁 沈阳 110161)

“微生物学”课程是高等农业院校中农学、生命科学、农业资源与环境和园艺学等领域相关本科专业的专业基础课程之一[1]。作为一门实践性很强的课程，微生物学实验教学环节是巩固和完善理论教学的重要保障。随着新技术、新仪器及网络资源的不断更新与推进，多学科融合下的微生物学科迅速发展，对高等学校微生物学实验教学提出了更高的要求。因此，重组实验教学内容，改进教学方法，提高学生的参与度，加大学生动手能力和专业技能的培养力度等，已逐步成为以“改”促“教”教学过程中的重要措施[2-3]。自2010年起，沈阳农业大学微生物学教研室每年面向全校近20个专业开设“微生物学”课程，作为专业骨干课程之一，其实验教学占总学时的1/2。近年来，教研室全体教师积极参与各类实验教学改革，深入分析影响实验教学质量的相关因素，从教与学两方面找原因，探索提高实验教学质量的可行途径[4]。通过修订实验教学大纲，重组教学内容，增加实验教学的管理环节，改革、创新实验教学模式，达到调动学生积极性，提高学生参与度的目的。同时，通过加大学生动手能力和专业技能的培养力度，进而不断推进该课程教学质量的全面提升。在微生物学实验教学与科学兴趣相互融合的高校本科人才培养过程中，深入推进微生物学实验课程的改革进程。

1 精心准备，集中检查，确保实验课程的教学效果

在多年微生物学实验教学中，在秋季选课人数较多，每周约600人，近20次实验课程安排的情况下，为确保实验课程开设质量，教研室坚持实验课程的预备实验工作，即在实验课程正式开课之前，全体教师针对本学期开课内容进行分工准备，共同完成仪器、菌株等检查工作。主要内容为显微镜性能的检查，实验菌种的选用、活化、镜检与制片观察以及相关试剂的配制与使用。

显微镜使用是微生物学实验课程中的基本技能。油浸物镜(油镜)作为光学显微镜中观察微生物形态的常用工具之一，其良好的性能是实验课程顺利进行的重要保障[5]。在实验开课前1～2周，教研室全体教师进行实验室显微镜的集中检查与维护，主要包括光学系统(目镜、物镜、聚光器、光圈和光源)的检查，如目镜中指针是否存在、不同物镜能否正常工作、聚光器是否自动下滑，以及粗、细准焦螺旋的使用情况等。其中，重点检查油镜(100×)的观察效果，对于视物模糊的油镜镜头，通过擦拭、清洗或更换镜头的方式，确保油镜的工作性能。

依据每周实验内容，教研室采用“传、帮、带”的方式，由教学经验丰富的教师牵头，带领新入职教师共同完成课前菌株活化、染色、镜检与制片等相关预备实验工作。在实验准备工作中，要求所有教师在授课前明确实验原理、步骤和注意事项，特别关注不同菌株的形态、生长和生理特征对实验结果产生的可能影响。如细菌革兰染色中，因菌龄和菌种的差异，其最佳的脱色时间；放线菌形态观察时，不同菌属的制片方法，以及插片培养的制作流程；青霉与假丝酵母的形态观察时，如何依据其生长特征制作载片培养；培养基制备时，调节pH使用的酸、碱浓度和添加量，等等。课前实验准备工作让授课教师对实验环节的掌握更加详细化和清晰化，在指导学生实验时，能做到有条不紊、游刃有余。

通过在开课前完成实验室显微镜的擦拭、检测与维护以及实验室保存菌株的检查与分析工作，减少学生实验过程中相关实验环节的故障率，保证实验的有效性和正确性，有效提高了实验的成功率，无效实验现象极少发生。在全体教师的集体备课过程中，把影响学生实验课中的各种因素逐一排除，确保学生实验课，特别是前期验证性实验课程的顺畅进行，获得满意的实验结果。验证性实验的顺利完成，可有效增强学生的自信心，进而推动并激发学生积极参与后续创新性实验研究的兴趣。

2 小班授课，分组管理，强化教师的课堂指导

小班教学起源于20世纪后期的欧美发达国家，在美国田纳西州等地区相继推行，因其在实践中逐步展示出的教学优势，使得该教学模式备受世界各国关注，并在德国、日韩等地的教育改革中被广泛应用[6]。通常认为，课堂教学中教师的视野覆盖上限为25人，小班教学中学生人数限制在25或20人以内较为合适。在小班教学过程中，较少的学生人数和更为宽松的教学环境下，学生更容易与教师直接交流学习心得，在教师的及时督促与鼓励下，学生主动参与教学活动，从而强化学生的课堂参与感，真正做到“教学相长”，提高教学质量[7]。

微生物学实验课程构成因素较多，涉及仪器、试材、药品、用具、试剂等多种因素，实验过程也因选课学生专业不同而各有差异。大量实践表明，在一定范围内，教师指导实验的效果随学生数量的增加而下降。为了保证实验教学效果，教研室克服困难，挖掘教师资源，最大程度地满足实验教学指导需要。坚持采用小班授课，严格控制实验课学生的人数。将各专业按自然班(30人)进行分配，每个自然班分至2个不同实验室独立进行实验操作，实验室限制学生15人以内，配备1名指导教师和2名研究生助教，原则上尽可能缩小师生比例。每个实验室中，学生以小组为单位，每组1～2人，仪器、菌种、试剂等配套齐全，充分保证每名学生的独立实验操作条件，培养其实践能力。由于师生比配备合理，教师能够充分掌控实验的进展情况，关注所有学生的实验进度和各小组的分工与合作动态，进而对学生的实验做到准确、有针对性的指导。这样的实验安排从制度上保证了教学质量，也有利于教师之间、师生之间相互学习，相互促进，相互交流经验，共同提高教与学水平。近年来的运行情况表明，学生对微生物学实验课程满意度较高，课程内容印象深刻，在实验操作中，学生之间、师生之间互动较多，实验效果良好。这与我国许多高等院校实施小班授课评价相一致，小班教学具有针对性强，师生感情融洽，学习效率明显提升等优点。教师在授课中通过依据不同层次学生需求，调整知识点的梳理与讲解，培养学生认真思考、提高其分析和解决问题的能力，最终达到以“学”为中心的教学目的[8]。

3 夯实基础，鼓励创新，提高学生的实验参与度与创新能力

微生物学实验教学通常分为验证性实验和综合性实验两部分，验证性实验能够更加直观地辅助学生印证和理解所学的理论知识[9]；而综合性实验则是侧重培养学生的观察、分析和创新思维等综合实践能力。尽管培养学生创新能力的综合实验非常重要，微生物学实验课程中验证型实验作为最基础的实验教学部分，它是学生能否具备扎实的显微观察、微生物制片、染色和无菌操作等技能的关键环节，更是综合实践能力培养的重要保障[10]。

为了更好地学习并掌握微生物学的知识与基本技能，合理组织教学，根据教学内容的相互关系和性质，将实验教学归纳为两个教学模块：一个是以“学”为主的基础实验技能学习，侧重于验证理论教学内容。主要为微生物学的基本技术，包括形态、分类、显微观察、制片和染色技术等。在该模块中，将仪器、试材等配套齐全，要求学生均需在掌握相关实验原理的基础上，独立完成实验操作。为考查学生对微生物学基础技能的认识与熟练程度，依据所学内容设置了相应的期中考核。通过期中考核，考察学生对菌体制片、染色、无菌操作与显微镜使用的掌握情况。在考核过程中，将细菌、放线菌、霉菌和酵母菌菌株随机分配给不同考生，考生依据菌苔或菌落特征，分别采用不同制片方法(涂片法、印片法、浸片法)和染色方法，结合显微镜(低倍镜、高倍镜、油镜)的使用，观察微生物个体形态特征。要求学生在15～20 min内独立完成测试菌株个体形态的观察并绘图，考核结束时提交实验结果。最后，教师根据每位学生在实验操作中的表现及观察结果，对其前期实验学习情况评价打分，并记入期末总成绩。这种考核不再是单一的验证型的实验，而是融多项实验内容为一体，涵盖了多种实验技术，具有一定的难度。通过考核可以比较客观地检验学生对实验技能的掌握程度以及教学中存在的不足，为督促学生实验和改进教学方法提供依据，从而促进教学水平不断提高[11-12]。在推进期中考核过程中，由于教师在实验开课初期已经明确告知全体学生具体的实验教学计划，学生在基础实验原理与技能学习过程中表现出更为积极和认真的态度，在期末试卷分析中可以看出，85%以上修读该课程的学生能够较准确地完成这部分知识点的考查。

在培养学生良好的基础实验技能前提下，实验教学中的另一个模块则是以“做”为主的综合实验学习，即侧重应用，突出创新[13-14]。主要实验内容为土壤微生物的分离、培养与初步鉴定。实验过程中，要求学生以小组为单位，相互合作，共同完成实验内容。同时通过增加期末考核和创新报告的方式，再次巩固和检验学生基本实验技能，并进一步开发学生的创新思维以及创新能力等综合素质的培养[15]。期末考核主要考察学生对微生物分离、培养与初步鉴定技能的掌握情况。要求学生以小组为单位，在学习并掌握分离、培养与菌落形态特征识别的基础上，从土壤等生境中分离并纯化1～2株微生物菌株，并对所纯化的菌株完成个体形态与菌落形态的初步鉴定。学生将实验结果作为期末考核内容提交给教师后，结合已有的理论知识，利用网络学习资源，线上查阅相关资料，并以小组合作的方式完成实验过程中关键环节和实验结果的分析总结。以创新报告的方式进行分析、讨论后，采用PPT的模式汇报。鼓励学生以方法创新、理念创新及创新思维做为核心内容，最终达到实验教学创新的目的。在融合理论知识与实验结果的PPT汇报中，全体师生针对研究结果共同探讨微生物分离技术，总结实验失败的原因和解决的办法等。例如，在讨论如何解决实验室微生物污染时，由于学生刚刚完成了相关实验操作，这个问题对其触动很深，多数学生反应强烈，争相发言，提出了近20条的可能方法，如设计机器人在无菌工厂进行菌种纯化与培养，升级版无菌操作流程以及综合各种无菌操作的整合模式等。通过创新报告不仅提高了学生参与课堂的兴趣，更多地推动了学生自主学习，并培养其创新思维的能力。

总之，在实验教学改革中，改变以往“实验+报告”的教学模式，新增期中考核、期末考核和创新报告三个主要环节，并相应增加考核与创新报告的成绩占比。通过实施这些教学环节，在巩固学生基础知识的同时，锻炼了学生归纳、整理材料和制作课件的能力，促进了学生创新思维等综合素质的提高。特别是创新报告，不仅为学生搭建展现自我的舞台，更激发了学习兴趣，在增强学生自主学习积极性的同时，拓展了学生的知识体系。

4 结 语

在微生物学实验教学中，全体教师共同参与的课前集中检查，可有效降低实验运行中的故障率；结合小班教学的授课方式，可达到提升学生主体地位、强化教师课堂指导的目的。同时，采取“期中考核”的方式可以强化学生对基础实验原理的理解与技能的提高；通过“期末考核”考察学生的综合实验能力；通过“创新报告”拓展学生知识体系并培养其创新思维的形成。通过以上教学改革，学生的课程参与度明显增加，学习效果良好。

微生物学实验课程改革尝试初见成效，说明课程改革势在必行，虽然不够完善，但已起步前行。通过课程建设和改革的不断探索与改进，教学质量意识在教师中已形成共识，学生在微生物学实验课程中的参与度明显提高，更有许多学生在完成实验的基础上，通过科研、竞赛等方式将所学内容再次跟进和完善。随着“互联网+”模式的普及[16-18]，如何结合慕课、微课以及虚拟仿真课堂等形式，提升微生物学实验课程教学质量，值得进一步探索和尝试。