戴亦軍等

[摘 要]《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)以及注重課程內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系。培養(yǎng)適應(yīng)探究性教學(xué)的師范生是當(dāng)前師范院校生物專業(yè)本科生培養(yǎng)的重要課題之一。在本科生專業(yè)必修實(shí)踐課程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展探究性教學(xué)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的編排，并注重與中學(xué)生物課程標(biāo)準(zhǔn)的銜接，變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為研究性實(shí)驗(yàn)，使研究對象貼近“生活化”，以學(xué)生為主體，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，重視基本技能的掌握和科研論文寫作能力的考核。上述措施有效地提升了師范生的探究能力，有助于培養(yǎng)高質(zhì)量的適應(yīng)中學(xué)生物學(xué)新課改要求的新型生物教師。

[關(guān)鍵詞]微生物學(xué)實(shí)驗(yàn) 師范生 探究性學(xué)習(xí) 生物課程標(biāo)準(zhǔn)

[中圖分類號] Q93-3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）04-0139-03

教育部頒布的《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011版）注重提升學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)以及注重課程內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，新課程標(biāo)準(zhǔn)力圖促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，引導(dǎo)學(xué)生主動參與探究過程。教師的主要任務(wù)是給學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件及必要的參考資料，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，參加和輔導(dǎo)學(xué)生的討論。[1]新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對中學(xué)生物教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力提出了更高、更新的要求。如何適應(yīng)生物學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，培養(yǎng)具有探究精神和較強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力的新課程教師，是當(dāng)前師范院校生物專業(yè)師范生培養(yǎng)的重要課題之一。

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技術(shù)是生命科學(xué)專業(yè)人才必須掌握的基本技能，也是現(xiàn)代生物工程和生物技術(shù)的重要基礎(chǔ)，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是當(dāng)代生命科學(xué)中一門重要的專業(yè)必修實(shí)踐課。[2] [3]在微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中開展探究性教學(xué)，優(yōu)化微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容并與普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)微生物內(nèi)容進(jìn)行銜接，可以提升師范生的微生物學(xué)基本實(shí)驗(yàn)技能的掌握和探究能力，從而培養(yǎng)高質(zhì)量的適應(yīng)中學(xué)生物學(xué)新課改要求的新型生物教師。[4]筆者近幾年一直從事生物專業(yè)師范生的微生物實(shí)驗(yàn)課程的指導(dǎo)，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)與編排、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、考核體系等方面入手，建立探究性微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)體系。

一、教學(xué)內(nèi)容的編排以探究科學(xué)問題為主線，注重學(xué)生探究性思維的訓(xùn)練

傳統(tǒng)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容通常是以微生物基本操作技能為主線進(jìn)行組合和編排，內(nèi)容包括細(xì)菌染色技術(shù)、顯微鏡觀察技術(shù)和微生物形態(tài)特征觀察、接種與分離純化技術(shù)，培養(yǎng)基制備和滅菌除菌技術(shù)，生長繁殖測定技術(shù)和噬菌體檢測技術(shù)，菌種保藏技術(shù)和分類鑒定技術(shù)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于促進(jìn)學(xué)生的微生物基本操作技能的掌握，不足之處在于沒有給學(xué)生創(chuàng)設(shè)主動思考和判斷的情境，不利于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神；其次是每個操作技術(shù)相對獨(dú)立，學(xué)生難以理解這些實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)性以及每個實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)在探索性研究中的作用和意義，不知道如何學(xué)以致用，因而缺乏持續(xù)學(xué)習(xí)的興趣和積極性。一些學(xué)校通過增設(shè)綜合性和研究性的提高型實(shí)驗(yàn)來彌補(bǔ)上述不足，但受教學(xué)課時和教師人力物力投入等因素的制約，這些提高型實(shí)驗(yàn)只是針對少數(shù)學(xué)生，大多數(shù)學(xué)生未能體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)的探究性。[4] [5]

我校在遵循微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究性教學(xué)的特點(diǎn)，對微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革。課程內(nèi)容的編排以探索科學(xué)問題為主線，將整個微生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容重新組合成“環(huán)境微生物多樣性調(diào)查”、“功能微生物的篩選鑒定、培養(yǎng)條件優(yōu)化與選育”和“水質(zhì)微生物學(xué)檢驗(yàn)”三個實(shí)驗(yàn)?zāi)K。第一模塊圍繞土壤、水和空中微生物的多樣性問題開展土壤樣本的采集和其中微生物的分離、培養(yǎng)；識別細(xì)菌、酵母、放線菌和真菌四大類微生物的菌落特征并進(jìn)行計(jì)數(shù)；對分離的細(xì)菌進(jìn)行革蘭氏染色和油鏡觀察；對酵母進(jìn)行血球計(jì)數(shù)片計(jì)數(shù)；對分離的放線菌和霉菌進(jìn)行搭片培養(yǎng)并觀察其孢子形態(tài)；采集水環(huán)境樣本，對其中大腸桿菌噬菌體進(jìn)行增殖培養(yǎng)和噬菌斑的觀察，該模塊共計(jì)為四個單元實(shí)驗(yàn)。第二模塊側(cè)重于特性功能微生物的獲得，從土壤中分離獲得產(chǎn)淀粉酶的菌株，然后圍繞該菌株開展培養(yǎng)基的配制、發(fā)酵條件優(yōu)化、菌種16S rRNA基因序列分析和鑒定、紫外線誘變育種等五個單元實(shí)驗(yàn)。第三個模塊圍繞校園水庫的水質(zhì)如何這一問題開展，學(xué)生從水庫中采集水樣，按照相關(guān)國標(biāo)的要求測定水中的細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)其及生理生化反應(yīng)、分離到的大腸桿菌的血清學(xué)檢驗(yàn)等三個單元實(shí)驗(yàn)。目前，以上述教學(xué)內(nèi)容為主體的《微生物學(xué)模塊化實(shí)驗(yàn)教程》一書已由高等教育出版社出版發(fā)行。將微生物操作的基本方法融入探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中掌握微生物實(shí)驗(yàn)操作基本技能，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)研究的全過程，從而使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力得到實(shí)質(zhì)性提升。如在第一模塊中，學(xué)生首先按照土壤樣本采集的標(biāo)準(zhǔn)方法從校園內(nèi)不同地點(diǎn)采集土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室采用稀釋分離法涂布肉湯培養(yǎng)基、高氏一號培養(yǎng)基和馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基，同時學(xué)生采集口腔微生物樣本，進(jìn)行單染色和油鏡觀察；第二次實(shí)驗(yàn)則是觀察上述涂布平板上的菌落形態(tài)，然后挑取細(xì)菌進(jìn)行革蘭氏染色和油鏡觀察，同時學(xué)生做插片培養(yǎng)放線菌和霉菌；第三次實(shí)驗(yàn)是學(xué)生觀察霉菌和放線菌的形態(tài)特征以及酵母菌的血球平板計(jì)數(shù)；第四次實(shí)驗(yàn)則安排學(xué)生進(jìn)行水體樣本采集，從中分離和純化大腸桿菌噬菌體并觀察噬菌斑。[6]學(xué)生在探究土壤微生物多樣性過程中依次學(xué)習(xí)了稀釋涂布法、單染色法、接種環(huán)的無菌操作法、革蘭氏染色方法、油鏡觀察方法、插片培養(yǎng)方法等實(shí)驗(yàn)操作技能，這些實(shí)驗(yàn)方法以土壤微生物的多樣性的研究進(jìn)行串聯(lián)，學(xué)生更容易理解和掌握。我們的抽樣調(diào)查表明，學(xué)生普遍掌握了開展探究性實(shí)驗(yàn)所需的各種要素以及清楚地知道如何設(shè)計(jì)和開展探究性實(shí)驗(yàn)，因而能很好地適應(yīng)中學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)開展探究性學(xué)習(xí)的要求。另外，微生物學(xué)模塊化實(shí)驗(yàn)設(shè)置的內(nèi)容基本上覆蓋了高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)涉及的“微生物的利用”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括進(jìn)行微生物的分離和培養(yǎng)、測定某種微生物的數(shù)量、研究培養(yǎng)基對微生物的選擇作用、探討微生物的利用、嘗試?yán)梦⑸镞M(jìn)行發(fā)酵來生產(chǎn)特定的產(chǎn)物，因而本專業(yè)學(xué)生能駕輕就熟地指導(dǎo)中學(xué)生開展微生物的利用實(shí)驗(yàn)。

二、變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為研究性實(shí)驗(yàn)

探究性實(shí)驗(yàn)遵循單一變量原則和對照原則，其中對照原則要求實(shí)驗(yàn)要設(shè)立實(shí)驗(yàn)組和對照組。傳統(tǒng)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、材料和方法都是由指導(dǎo)老師預(yù)先安排好的，甚至實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是已知的，學(xué)生只要按規(guī)程操作，得出與“標(biāo)準(zhǔn)答案”相符的結(jié)果就算完成了學(xué)習(xí)任務(wù)。[7]例如革蘭氏染色實(shí)驗(yàn)，老師準(zhǔn)備好大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的標(biāo)準(zhǔn)菌株，學(xué)生按照革蘭氏染色的基本步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在油鏡下觀察到深紫色的球狀菌和紅色的桿狀菌，即表明學(xué)生掌握了革蘭氏染色技術(shù)和油鏡的使用方法。由于所用標(biāo)準(zhǔn)菌株染色結(jié)果是已知的，因而上述實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生體驗(yàn)不到實(shí)驗(yàn)的探究性。我校的微生物實(shí)驗(yàn)將革蘭氏染色技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)方法列入環(huán)境微生物多樣性調(diào)查模塊的實(shí)驗(yàn)二“細(xì)菌的形態(tài)觀察與鑒定”中，用于革蘭氏染色的菌株則是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)一“環(huán)境微生物采集與分離”中自己分離和培養(yǎng)的菌株。學(xué)生進(jìn)行革蘭氏染色時，要在同一塊載玻片上將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌與自己分離的菌株按相同步驟進(jìn)行染色。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在本實(shí)驗(yàn)中可作為標(biāo)準(zhǔn)對照組，而學(xué)生自己分離的菌株則為實(shí)驗(yàn)組，其染色結(jié)果事先并不知曉，因而這樣的實(shí)驗(yàn)安排能反映出探究性實(shí)驗(yàn)的特征。另外，學(xué)生觀察的結(jié)果會隨著挑選不同的菌株而不同，而不是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的千篇一律的結(jié)果，因而學(xué)生之間可以相互觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，交流和討論分析引起結(jié)果差異的原因并進(jìn)行歸納總結(jié)，這樣的訓(xùn)練有助于提升學(xué)生的分析問題的能力。

三、研究對象貼近“生活化”

教師從學(xué)生熟悉的生活情境和感興趣的事物出發(fā)，創(chuàng)設(shè)基于生活情境的科學(xué)問題，應(yīng)用“生活化”教學(xué)策略，有利于激發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動機(jī)。[8]高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)的主要理念之一是注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系，注重使學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活的背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)，倡導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中深入理解生物學(xué)的核心概念。我校設(shè)置的環(huán)境微生物多樣性調(diào)查、功能微生物的分離和水質(zhì)微生物檢驗(yàn)三個模塊的實(shí)驗(yàn)樣品均要求學(xué)生自行采集，每個實(shí)驗(yàn)小組采集地可不同。如環(huán)境微生物多樣性調(diào)查模塊的樣品可采集學(xué)生食堂附近、植物園、菜地等土壤樣品；水體樣品采集校園內(nèi)的水庫、校園周邊的溪流、食堂污水、自來水和宿舍飲水機(jī)中的水樣；空氣樣品可采集室外，食堂、宿舍、實(shí)驗(yàn)室和圖書館等室內(nèi)空氣樣本。這些樣品均來源于學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)的周邊環(huán)境，學(xué)生普遍有強(qiáng)烈的好奇心和濃厚的研究興趣。

四、以學(xué)生為主體，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

我校微生物學(xué)模塊化實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主體，樣品的采集，樣品中微生物分離和純化，純化的菌種用于形態(tài)觀察、菌種鑒定、培養(yǎng)優(yōu)化和育種等一系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察、拍照和圖片的標(biāo)注，菌種的保藏等工作均由學(xué)生自己獨(dú)立完成。教師的任務(wù)是負(fù)責(zé)指導(dǎo)和引導(dǎo)以及糾錯。如發(fā)酵條件優(yōu)化和紫外線誘變育種單元實(shí)驗(yàn)需要在實(shí)驗(yàn)前一天活化菌種，教師不越俎代皰，提前幫學(xué)生活化菌種，而是負(fù)責(zé)安排好時間和實(shí)驗(yàn)場所，由學(xué)生自己提前到實(shí)驗(yàn)室活化菌種。實(shí)驗(yàn)用菌種由學(xué)生自己分離以及圍繞該菌種開展上述的一系列的連貫性實(shí)驗(yàn)操作能有效地增強(qiáng)學(xué)生的主人翁意識和責(zé)任感，每個模塊實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生將獲得的數(shù)據(jù)、照片等進(jìn)行整理并撰寫成論文。這種以學(xué)生為主體的教學(xué)方式使學(xué)生普遍產(chǎn)生一種成就感，而成就感能激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生更強(qiáng)的研究興趣。

在第一模塊實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們組織學(xué)生以實(shí)驗(yàn)班級為單位開展“精彩微生物世界”優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)成果展示活動。每個實(shí)驗(yàn)小組將拍攝的平板菌落圖、細(xì)菌染色圖、放線菌、酵母、霉菌、噬菌斑等圖片按照規(guī)定的格式進(jìn)行標(biāo)注，然后從全班中選出15-20張代表性圖片，由學(xué)生自己設(shè)計(jì)和制作成展板，面向全院師生公開展示實(shí)驗(yàn)成果。經(jīng)過此次活動的鍛煉，學(xué)生的制圖水平和圖片處理能力有了明顯提升，入選優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)成果的同學(xué)的成就感和學(xué)習(xí)積極性得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)。

五、考核方式兼重基本技能的掌握和科研論文的寫作

實(shí)驗(yàn)課考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是評估學(xué)生綜合素質(zhì)的重要手段。目前大多數(shù)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、綜合評定和實(shí)驗(yàn)考試。評價(jià)方法重在平時實(shí)驗(yàn)過程的考核，包括實(shí)驗(yàn)態(tài)度、儀器的操作和掌握、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論、實(shí)驗(yàn)原理的掌握。由于探究型教學(xué)具有開放性特征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，以往驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)，尤其是將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為評判標(biāo)準(zhǔn)的考核方式不適用于研究性教學(xué)。[9]經(jīng)過幾年的探索，我校對微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)考核作了較大的調(diào)整，一是微生物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論內(nèi)容由任課教師在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解，實(shí)驗(yàn)考核不再考實(shí)驗(yàn)理論，全部改為現(xiàn)場操作考試?？荚噧?nèi)容主要有培養(yǎng)皿、移液管和三角瓶的包扎技術(shù)，細(xì)菌的單染色和油鏡觀察，試管斜面轉(zhuǎn)接、單菌落畫線分離，平板制作技術(shù)、涂布技術(shù)，酵母水浸片制作、細(xì)胞大小和數(shù)量測定等。考核內(nèi)容設(shè)五組考題，在考試前一周向?qū)W生公布所有考題，這樣做有利于促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步掌握所有的重要實(shí)驗(yàn)操作技能及其規(guī)范。學(xué)生在考試前則隨機(jī)抽取一題進(jìn)行現(xiàn)場操作，所有指導(dǎo)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教師分別打分。另外，我們摒棄了每個單元實(shí)驗(yàn)結(jié)束后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式，改為要求學(xué)生在每個模塊實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理，按照科研論文的規(guī)范格式撰寫研究論文，學(xué)生需要提交三篇研究論文。論文和操作考試各占50%，其目的是要求學(xué)生既要重視基本實(shí)驗(yàn)技能的掌握，又要重視數(shù)據(jù)和圖片處理，論文寫作等科研能力的訓(xùn)練。

隨著“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的不斷推進(jìn)，很多師范院校將本科精英人才的培養(yǎng)作為本科教育的核心工作之一，重視培養(yǎng)專門的自然科學(xué)研究人員，以培養(yǎng)中學(xué)教師為目標(biāo)的師范教育受到了一定程度的弱化。另外，由于我國高等教育和基礎(chǔ)教育嚴(yán)重脫節(jié)，一些師范高校的生物專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容只著重于本課程的知識體系的完整性，很少關(guān)注與中學(xué)生物課程的銜接；很多實(shí)驗(yàn)課程仍采用驗(yàn)證性的教學(xué)方法，導(dǎo)致師范畢業(yè)生走上中學(xué)教師崗位后，難以盡快勝任探究性的教學(xué)工作。[10]近幾年來，我們對生物師范專業(yè)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革，以學(xué)生為主體開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，注重學(xué)生探究性思維的訓(xùn)練，提升師范生的學(xué)習(xí)興趣和科研能力。這些改革措施受到了學(xué)生的廣泛好評，學(xué)生們沒有因到實(shí)驗(yàn)室的次數(shù)多、實(shí)驗(yàn)持續(xù)時間長而抱怨，學(xué)習(xí)積極性反而提高了。這是對微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的支持，鼓勵指導(dǎo)教師更好地做好微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和課改工作。

[ 注 釋 ]

[1] 教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]