生物科学专业“微生物学实验”创新教学改革体系初探

谢鑫 余俊杰 任莉萍 吴风瑞 唐俊 陆娟

摘  要：为培养具有实践能力、创新能力以及人文素养的生物科学人才，阜阳师范大学对生物科学专业的微生物学实验进行优化，引入以学生为主导的自主探究实验，通过学生自主选题，以小组形式设计和完成实验，进行实验汇报。该教学改革的初探表明，开放式的自主探究实验一方面可以提高学生的实验操作能力，能够较好地提高学生对微生物学研究的兴趣。另一方面，以科技论文形式撰写实验报告，有助于提升学生毕业论文写作能力。

关键词：微生物学实验；生物科学；自主设计实验

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2024）11-0061-04

随着时代的发展，生物学在农业、工业、医药等领域的覆盖面越来越广，日益成为当今国家优先发展的主要支柱产业。［1］生物科学专业是我国为社会培养大量生物学相关技能人才的主要专业。但是，随着社会的需求变化，对生物学专业人才的需求也发生变化，当今社会需要的生物学人才不仅要具有较强的生物学理论基础，也需掌握较强的实践动手能力。［2］

微生物学是生命科学领域中较为重要的一门基础课程，其课程涉及范围广，也具有较强的实践应用性，备受当今生物学专业学生喜爱。［3-4］

微生物学课程中，最重要的一个模块是实验技术。作为生物科学、生物制药以及食品安全与质量等专业的核心课程，微生物学实验在培养具有实践能力、创新能力以及人文素养的人才中具有重要的地位。［5］主要训练学生了解和掌握微生物学的主要实验技能和方法，从而具有相关学科的基础理论研究与实验技能。［6］传统的微生物实验课程以验证性实验为主，综合探究实验为辅，这样的实验课程设计体系，学生更注重按照实验指导教材中的实验流程进行结果重现，但缺乏分析和解决问题的能力。［7-8］根据生物科学类教学质量国家标准，微生物学实验课程的基本教学体系包括基础性、综合性和研究性多层次实验教学，其中的综合和研究性实验的比例占总实验教学的比例不能低于50%，通过实验课程使学生具有创新精神、创业意识和创新创业能力。［9-10］

创新型人才的培养是现代本科专业建设至关重要的环节。一流专业的建设发力点主要凸显在精品课程的建设中。因此，革新课程建设理念，推进课程改革势在必行。阜阳师范大学于1988年设立生物科学专业，该专业于2022年入选国家一流本科专业建设点。专业以学生为主体、以产出为导向是当前国家一流本科专业建设的主要潮流和基本要求。为达到生物科学本科专业教学质量国家标准，更好地培养高素质的创新型人才，阜阳师范大学微生物学实验课程团队针对“微生物学实验”课程中存在的典型问题，对教学内容和考核体系进行了改革。在2019年的实验基础上调整课程体系，增加以学生为主导的自选多命题方向的自主探究性实验项目，以小组的方式进行汇报，并将其作为期末综合考核内容之一，取得了阶段性的良好教学效果。

一、微生物学实验课程原定体系及考核方案的问题

（一）微生物学实验课程比例失调

阜阳师范大学生物科学本科专业2019版培养方案中微生物学实验为专业核心课程，共30学时，共10个实验。学校生物科学专业微生物学实验课在第二学年的第二学期开设，在理论课开始后的第5周开展实验课。在微生物学实验课开展的10个实验中，实验性质主要为验证性实验和小型综合实验，其中验证性实验7个（主要包含显微镜油浸系物镜的使用、细胞大小数量的测定、微生物的革兰氏染色、培养基的配置与灭菌、微生物的分离纯化、微生物的生理生化鉴定等），小型综合实验3个（主要包括土壤微生物的分离纯化及菌落观察、药物的体外抗菌实验、枯草杆菌原生质体的制备等），综合研究性实验的占比较少，与生物科学类教学质量国家标准要求还有一定距离。

（二）考核方案较为片面化

阜阳师范大学原定的微生物学实验考核方式为：平时成绩+期末成绩，其中平时成绩占40%（课堂考勤占10%+实验报告书写20%+课堂表现10%），期末成绩主要是从显微镜油镜系物镜的使用、细菌的革兰氏染色以及微生物的平板划线无菌操作三个项目中选取一个进行操作考查，成绩占60%。尽管这种考核方式能够有效地考查学生对微生物学实验操作掌握的程度，但是过于单一和片面，不能充分考查学生分析和解决问题的能力，进而学生并未系统完整地构建微生物学实验理论知识体系。

二、微生物学自主探究性实验的实施路径

（一）自主探究性实验项目的实施

按照阜阳师范大学2021版新大纲的要求，课程修改优化了整体课程框架，优化自主设计探究性实验。为更好地激发学生对微生物学知识的兴趣，提高学生在实验过程中的动手能力、创新能力和分析解决问题的能力。在学生学习完相关微生物学实验操作技能之后，根据自身兴趣并结合实验室条件，进行自主选题、设计实验方案并以小组的形式完成。自主探究性实验于2—3周完成，微生物学实验室全天开放，学生自行根据实验内容合理安排。

为了让学生体会到微生物学与农业、工业、医药等领域密不可分的关系，并激发学生对生命和生活的热爱，在开展自主探究实验时，引导学生从校园和生活中寻找选题并设计。如校园植物提取物的抗菌活性研究、小麦赤霉病病原菌的分离纯化和鉴定、土壤中产淀粉酶芽孢杆菌的分离纯化和鉴定等。整个实验过程中的样品采集、样品处理以及后期实验数据的分析等，均由学生小组成员独立完成。整个实验过程鼓励学生积极与教师一起分析和讨论，使自主探究实验能够较为顺利的进行。对于具有进一步研究意义的实验项目，积极鼓励学生申报大学生创新实验项目，培养学生的创新探究能力。

本课程自主探究实验的实施主要包括三个过程：实验方案的设计和修订、实验项目实施和实验项目的汇报总结（如图1所示）。在实验方案设计及修订阶段，学生可结合所学知识和兴趣，8—9人一组，拟定题目，并通过查阅相关文献，设计实验的内容和方案。实验设计方案主要包括实验目的、实验研究背景、实验所用试剂和耗材、试验主要研究方法和技术路线、实验的时间和人员分配等。初步拟定好实验方案后，每个小组再与教师进行面对面的讨論修改，确定最终方案。该过程一方面可以拓宽学生在微生物领域的知识视野，也能够培养学生的团队协作和沟通交流能力，为第八学期的毕业设计打好基础。在进行实验的前两周，将自己所需的实验试剂和耗材上报给实验教辅教师，由教师根据实验室库存情况，统一购买保管。在实验项目的实施阶段，学生根据实验方案合理安排实验进展。鼓励学生对实验中所发现的疑惑及时与教师进行沟通和解决，培养学生思考和解决问题的能力。实验结束后，由小组负责人进行数据收集与处理、小组分工撰写实验报告，并制作PPT进行汇报。

（二）微生物学自主探究性实验考核体系

阜阳师范大学微生物学实验根据自主探究实验的运行情况，将前期微生物学实验的期末考核方案进行优化，制订综合成绩评定方法：期末总成绩=40%平时成绩+60%期末成绩，平时成绩=实验报告书写（占20%）+实验课课堂表现（占20%）+微生物学设计性试验考核（实验方案设计+实验操作过程+实验报告+PPT汇报，占60%），期末成绩=微生物学实验理论知识（占50%）+实验操作（占50%）。针对微生物学自主探究实验，从规范性、创新性、语言表达与写作、团队协作等方面制订了一套考核标准（如表1所示）。

（三）微生物学自主探究实验实施效果

微生物学自主探究实验的初探主要以2020级和2021级生物科学本科专业学生作为研究对象开展，共311人。共3位教师参与实验教学、监督和指导。在实验进展结束后，邀请微生物学相关任课教师作为评委参与学生的实验成果答辩，并对其实验过程及结果进行讲评。

通过对传统微生物学实验进行改革，以自主探究实验作为手段扭转了传统教学中以教师为主，学生为辅的局面，学生不仅在实验过程中能够较好地掌握微生物学相关知识，还能够在该过程中综合运用相关技术，通过反复的练习熟练掌握无菌操作技术、革兰氏染色等常规微生物学实践技能。在前期实验设计阶段，学生通过自主查阅相关文献，并进行调研，以小组形式将实验方案进行整理，这个过程能较好地锻炼学生阅读和书写能力，也能提高学生分析和解决问题的能力，并无形中增强学生的团队协作意识。

通过开展自主探究实验，可以将前期验证性实验和小型综合实验进行整合，将“片段化”和“阶段化”的操作进行融会贯通。整个过程中，教师进行监督和考核打分，这有利于增强学生在实验操作过程中的规范性。在科研素养方面，学生通过独立进行自主探究实验，具备了独立完成微生物学相关研究的能力，比如目的菌株的获取和纯化、培养基的选择配置和優化、抗生素的选择等。

三、微生物学自主探究实验实施评价

在微生物学实验进行改革后，随机对往届151名学生进行匿名在线问卷调查，调查内容主要包括对微生物学实验课的兴趣度、学习效果满意度、自主探究实验是否有助于加强知识点的理解、是否有助于提升实验操作技能、是否能够提升解决问题的能力等。

（一）学生对微生物学实验课兴趣度和学习效果满意度的调查

经过对在线问卷调查的分析，大多数学生对微生物学实验课都感兴趣，并认为可以通过该课程学到相应的知识。调查结果还显示通过微生物学实验的改革可以较好地增强学生对理论知识理解，提高实验操作技能，培养分析和解决问题的能力（如图2所示）。

（二）学生对自主探究实验的综合评价

通过对151份问卷调查的统计分析，97%以上的学生认为在微生物学实验课中加入自主探究实验，有助于对理论知识的理解，可以提高实验操作技能；通过引入自主探究实验，可以提升学生对微生物学相关实验问题的解决能力。该自主探究实验以科技论文的形式呈现对学生以后的论文书写也具有较好的帮助（如图3所示）。

四、结语

通过教学实验改革，增加微生物学自主探究实验能较好地提高学生对于微生物学的学习兴趣，也能提高学生的实验动手能力和团队协作能力。一方面，微生物学实验课程开设于第二学年，大多数学生的实验基础普遍较差。师生配比不当大大增加了教师的工作量，导致教师难以对每组学生进行较好的监督和指导。另一方面，微生物学实验室针对本实验全天开放，但在实际操作过程中，开放实验室的数量以及仪器稍显不足，大大影响实验的进展和效率。

结合当前高等教育教学的新模式体系可以借助线上精品课程，通过中国大学生慕课或“学习通”等平台，让学生提前预习通过观看视频演示规范技能操作，提高学生的实验能力。今后，将继续针对微生物学实验课程中存在的问题进行更深层次的改革探索，将成果导向教育理念运用到该课程的教学实验中，明确课程的目标，创新教学模式，更好地培养卓越人才。

参考文献：

［1］ 王浩绮，高豪，信丰学. “十四五”背景下合成生物学产业发展趋势分析［J］. 生物学杂志，2023，40（03）：1-5.

［2］ 樊玉梅，李秋石，谭克，等. 师范类专业认证背景下生物科学专业人才培养目标及评价机制研究［J］. 高教学刊，2022，8（22）：164-167.

［3］ 徐颖，王永龙. “以学生为中心”教育理念下微生物学实验教学中的问题与探索［J］. 科技视界，2022（26）：157-159.

［4］ 严金平，刘丽，夏雪山，等. 建设研究教学型学院背景下微生物学实验课程改革［J］. 高教学刊，2022，8（25）：132-135.

［5］ 朱年青，陈晓健，欧阳小琪，等. 以“应用型人才”培养为导向的微生物学实验课程教学改革研究［J］. 科技视界，2022（17）：65-67.

［6］ 王智文，冯远航，朱勇. “三位一体”育人理念在微生物学实验教学中的探索与实践［J］. 微生物学通报，2022，49（06）：2378-2387.

［7］ 沈萍， 陈向东. 微生物学实验：第5版［M］. 北京：高等教育出版社，2018：1-2.

［8］ 徐德强，王英明，周德庆. 微生物学实验教程：第4版［M］. 北京：高等教育出版社，2019：1-10.

［9］ 教育部高等学校教学指导委员会. 普通高等学校本科专业类教学质量国家标准［M］. 北京：高等教育出版社，2018：222-229.

［10］ 李小霞，肖仲久，钱正敏，等. 设计性实验和考核体系在微生物学实验课程教学中的初探——以遵义师范学院本科相关专业为例［J］. 科技视界，2022（27）：149-152.

（责任编辑：黄文波）

基金项目：2023年阜阳师范大学校级本科教学工程项目“课程思政融入‘细胞生物学教学改革与实践”（项目编号：2023 JY XMSZ08）；2021年安徽省高等学校省级质量工程重点教研项目“新师范背景下高师生物科学专业‘五育融合实践路径探索”（项目编号：2021jyxm1086）；2022年安徽省研究生教育教学资源项目“研究生名师工作室”（项目编号：20 22msgzs038）。

作者简介：谢鑫（1993—），男，博士，阜阳师范大学生物与食品工程学院讲师，研究方向为细胞与分子免疫学；余俊杰（1990—），女，硕士，阜阳师范大学生物与食品工程学院助理实验师，研究方向为环境微生物学；任莉萍（1978—），女，博士，阜阳师范大学生物与食品工程学院教授，研究方向为植物分子生物学；吴风瑞（1981—），男，博士，阜阳师范大学生物与食品工程学院教授，研究方向为分子生物学；唐俊（1975—），男，博士，阜阳师范大学生物与食品工程学院教授，研究方向为环境微生物学；陆娟（1979—），女，硕士，阜阳师范大学生物与食品工程学院高级实验师，研究方向为环境微生物学。