着眼于基本能力培养的“微生物学实验”教学改革实践

朱艳蕾， 古丽皮艳·托乎提， 朱晓莹， 张 伟

(新疆师范大学 生命科学学院，新疆 乌鲁木齐 830054)

微生物学是以实验为基础的自然学科，实验能力是考查高校生物学专业学生能力的重点内容，也是现代社会对生物学专业人才培养提出的客观要求。根据这一要求，高校生物学专业学生应具备的实验能力主要包括基本实验能力和研究实验能力[1]。基本实验能力是基础，研究实验能力是在此基础上的拓展，目的是培养学生的探索和创新能力。基本实验能力是生物学专业实验教学的主要内容，重在强调基本理论知识的理解能力、基本实验的操作能力、解决问题的能力及良好科学素养的习惯养成[1-2]。当前，为适应社会对创新型人才的需求，很多高校在微生物实验教学改革中通过开发或增加综合性、设计性和探究性实验项目，以提升学生的综合素质，培养学生的实践和创新能力[3-6]。与传统实验教学相比，综合性、设计性实验教学的开展取得了较好的效果，但也存在学生参与性不强、对实验操作不规范或对实验原理和意义不理解等问题[7-8]。也就是说，学生只有掌握了微生物学实验的基础知识和基本实验技能，才能有效开展综合性、设计性、探究性实验，才能逐步获得创新能力。因此，本文采用了分阶段教学模式，立足于学生基本实验能力的锻炼，并逐步过渡到创新能力的培养。为了使学生获得扎实的基本实验能力，在实验教学过程中，课前借助雨课堂平台发送微生物学实验操作微视频让学生自主学习，课上教师讲解实验原理和注意事项、演示实验过程，学生进行实验操作时可借助视频进行模仿和校正，教师同时进行指导，课外鼓励学生参与实验准备。通过教学改革有效地锻炼了学生的基本实验能力，并为学生创新能力的培养奠定了基础，收到了良好的教学效果。

1 开展微生物实验教学改革的必要性

1.1 教学方法传统，教学效果欠佳

目前微生物学实验课程多采用传统的讲授-演示式教学模式，通过教师讲授实验的基本原理、操作步骤、注意事项，并简单演示相关操作内容后学生开始进行实验，学生通过模仿掌握操作技术。这种模式最大的问题在于，学生课前不预习而仅仅在进入课堂后才开始学习，对实验内容理解粗浅，不能很好地将其与具体操作结合[7,9-10]。由于受到学时限制，一方面教师不能完整演示整个实验流程，同时学生因人数多而不能观察到每一个操作细节；另一方面教师人数少，只能对个别学生进行现场指导、纠正[11]。因此，在实际教学过程中，学生容易出现操作不当甚至不会操作的现象，试验失败后也没有额外时间进行重复[7]，最终导致相当一部分学生因自信心受挫而不能获得有效锻炼，从而丧失了学习的积极性和主动性。

1.2 背景知识和实验技能缺失

新疆师范大学生物学专业本科生在初、高中阶段对微生物学知识仅仅是基本了解，且对部分没有选修微生物课程的学生来说没有任何理论基础。同时，学生没有做过任何微生物学方面的实验，不具备任何实验操作技能。因此，刚刚步入大学阶段的学生对微生物学的认知仍然处于初级阶段。在没有任何实验基础的情况下，更应该遵循学生的认知规律，从学生基本技能的培养抓起。

1.3 课程定位“渐行渐远”

微生物学实验课的教学目的是使学生掌握微生物学基本理论知识和基本技能，具有从事相关科研工作的实践能力和创新能力，故基础知识以及基本操作技术的训练仍是高校实验教学的主要和重点内容[12-13]。近年来很多高校对微生物学实验课程的教学内容进行了改革，通过减少验证性实验和增加综合性设计实验以追求学生创新能力的提高，但由于学生基本实验技能掌握不够扎实导致改革效果不理想[7]，最终使课程的定位渐渐偏离了基本能力培养目标。同时该课程开设在第二学年的第一学期或第二学期，学生已经完成了植物学、动物学等理论课和实验课的学习，该阶段是承接宏观内容并为后续微观技术学习提供基础的过渡阶段[9]，故基本实验能力的锻炼和培养尤为重要。此外，微生物学实验技术已广泛渗透到现代生命科学的各个领域[14]，尤其是“无菌操作”技术和显微技术，这些技术是微生物学实验中非常重要的基本操作技能，也是现代生物学实验操作不可或缺的要求[4,13,15]。总之，微生物学基本操作技能的锻炼必须扎实、过硬，才能使课程目标更好地得以实现。

2 微生物实验教学改革的建立

学生的基本实验能力需要通过基础性实验(如验证性实验)的实施来培养，教学过程中要求学生掌握基本的实验技能，并增强对理论知识的感性认识和理解[2,16]。而学生的研究实验能力，是在学生掌握基本实验能力之后通过引入高水平实验项目(如设计性、探究性及综合性实验)中进行锻炼，以提升学生的创新水平和能力[17]。本文对实验教学改革提出以下方案。

2.1 微生物学实验基础内容及教学资源的准备

新疆师范大学的微生物学实验课程是一个连续、系统的知识体系，是由培养基的制备、微生物的分离纯化、形态观察、生理生化特性测定及菌种鉴定构成的一个大综合实验。在教学过程中，将整体内容分成10次实验进行，涉及到微生物学基本操作技能的实验内容如表1所示。将这些实验内容分解成最小操作单元，而后录制成视频，每个视频的时间控制在5 min左右，以方便学生利用碎片化时间进行学习。这些视频涵盖了微生物学的基本操作技能[4,16]，可为实现分阶段实验教学奠定基础。实验课前借助雨课堂平台上传微课操作视频，视频通过审核后，发布到任课班级，教师通过雨课堂后台查看学生的预习情况。同时，鼓励学生积极参与到实验前的准备工作中，充分体现以学生为主体的教育方式。

表1 微生物学基础实验内容及其基本操作技术

2.2 课内完成实验操作

在课堂教学中，教师简单讲解实验原理、实验步骤，学生便开始实验操作，教师随时观察学生的操作过程并适当给予指导。下课前教师对实验过程中存在的普遍问题进行讨论总结，并布置课后作业，学生在课后完成实验报告。

2.3 课外进行创新式探究实验

经过前几个实验后，学生基本掌握了灭菌技术、无菌操作技术、纯培养技术、显微技术等主要的操作技术。在此基础上，鼓励学生利用课余时间参加生物竞赛或本专业教师的科研项目，使学生能够将所学的技能应用到实践中，并逐步提高学生的创新能力和实践应用能力。

3 微生物实验教学改革的实施

3.1 实施对象

以新疆师范大学2018级生物科学专业一班(42人)和二班(40人)学生作为实施对象，其中一班学生设置为实验组，二班学生设置为对照组。对照组和实验组的教学内容完全一致，课程结束后通过考核体系评价教学效果。

3.2 教学过程

为了更好提升分阶段教学模式的教学效果，在第一个实验开始时，学生以自己从土壤中分离的菌株作为实验材料，以标准菌株作为对照，进行之后所有的实验内容。这样既不影响学生基本技能的锻炼，又能使学生从开始就产生较强的探究未知菌株的求知欲望。上课前，教师通过雨课堂后台的预习情况督促提醒未完成预习的学生及时完成预习任务。在教师的带领下，学生参与实验准备，进行培养基和实验试剂的配制、实验用品的包扎、消毒灭菌等工作，既锻炼和巩固了学生的基本操作技能，又激发了学生的实验兴趣，增强了积极性。在课堂中，由于学生事先观看视频能够很快进入学习状态，学生可随时回看操作细节，顺利完成实验内容，同时避免了教师因不能全面指导而引起的操作失误。下课前针对学生在实验过程中出现的问题进行讨论，由教师给予正确解释，此时学生已完成了基本操作，再次的讨论能使学生深刻理解为什么这样做的原因，从而提高学生分析问题和解决问题的能力。学生掌握基本的实验技能后，教师结合实际条件和学生的兴趣确定一些题目，如灭菌温度对培养基凝固性和pH的影响、不同区域饮用水细菌学检测及质量评价、酸奶中乳杆菌的分离及鉴定和污染土壤中功能菌株的分离与筛选等。学生根据题目自主设计实验方案、确定培养基类型，学生独立实施实验项目，教师指导学生解决实验中出现的实际问题，以使学生的创新能力和实践应用能力得到锻炼和培养。

3.3 评价方法

课程结束后对学生进行考核，考查内容分为理论知识和实验操作技能两个部分，以此比较对照组和实验组的教学效果。笔试题和操作题各出10题，学生随机抽取1题进行考核。理论知识测试主要考查实验的基本原理、实验操作过程、注意事项等。对微生物学实验操作技能的考核设置了详细的考核要点，如表2所示。考核时采用“一对一”方式进行，省略操作过程中的等待时间，主要考查操作要点是否正确，操作细节是否到位和熟练。考核结果采用SPSS 19.0软件进行统计学分析，显著性水平为P<0.05。此外，通过问卷调查了解和评价实验组学生对微课的认可度及学习情况。

表2 部分实验操作考核内容及考核要点

4 微生物实验教学改革的实施结果

4.1 实验考核结果

实验课程结束后，将实验组和对照组学生各分成两个小组，一个小组进行实验操作考核，另一个小组进行理论测试。考核开始前半个小时，以抽签方式确定每小组学生的考试方式。考核时，理论测试的学生同时进行考试，通过随机抽取试题卷子进行答题，答题时间为30 min，成绩由基本原理(占40分)、实验操作过程(占40分)、注意事项(占20分)组成。而操作考核的学生按学号顺序“一对一”进行考试，考前10 min抽题并做准备，操作时间为10～20 min，具体时间视操作内容而定，考试成绩由操作规范性(占70分)、操作熟练度(占20分)、实验台整理情况(占10分)构成。两种考核方式实验组和对照组学生的考试成绩结果见表3和表4。从考试成绩看，实验组学生的操作技能和理论测试成绩显著高于对照组。由此可见，在此教学模式下，实验组学生对基础理论知识和基本操作技能掌握得更加牢固、扎实，也体现了微课在实验教学中发挥了重要作用。

表3 微生物学实验操作考核成绩比较

表4 微生物学实验理论测试成绩比较

4.2 问卷调查结果

关于学生对教学改革的反馈情况，通过雨课堂平台对实验组学生发布了调查问卷。本次教学改革参与人数42人，提交问卷40份，问卷回收率为95.2%。通过调查结果(表5)，100%学生认为有必要在微生物学实验课中引入微课操作视频，而且对学习帮助很大；90%以上学生在课前进行预习、课上反复观看视频完成操作内容。问卷调查结果说明学生对微课的引入非常认可，且微课的引入充分调动了学生学习的主动性和积极性。

表5 实验组学生问卷调查结果

5 结 语

夯实基础、注重基本能力培养的教学策略在微生物实验中的应用，提升了学生的动手能力和实践能力，增强了学生的自主学习意识和专业自信心，并能更好地激发学生的学习热情。本次教学改革通过课前微课和参与实验准备，课中再借助微课完成操作，课外参与创新式探究实验，实现了从基本技能的锻炼到创新应用能力的培养。实验考核和调查问卷结果表明，此次教学改革切实巩固和提高了学生的基本实验技能，促进了学生基础知识的积累，说明这种教学模式的优越性和可操作性。但也存在一些不足，由于教师和实验室条件的限制，不能保证每一位学生参与到创新实践中。希望能够在此教学内容完成之后适当将创新型探究实验引入到课堂中，以进一步锻炼和培养学生的综合素质。实验教学改革是一个系统综合工程，不仅要注重实验技能和创新能力的培养，还要考虑是否具有可操作性和普遍适用性[7，15]。在未来的教学实践中，要立足课程自身特点和培养目标，努力探索和革新符合自身实际情况的教学模式和教学方法。