謝鑫 余俊杰 任莉萍 吳風(fēng)瑞 唐俊 陸娟

摘 ?要：為培養(yǎng)具有實踐能力、創(chuàng)新能力以及人文素養(yǎng)的生物科學(xué)人才，阜陽師范大學(xué)對生物科學(xué)專業(yè)的微生物學(xué)實驗進(jìn)行優(yōu)化，引入以學(xué)生為主導(dǎo)的自主探究實驗，通過學(xué)生自主選題，以小組形式設(shè)計和完成實驗，進(jìn)行實驗匯報。該教學(xué)改革的初探表明，開放式的自主探究實驗一方面可以提高學(xué)生的實驗操作能力，能夠較好地提高學(xué)生對微生物學(xué)研究的興趣。另一方面，以科技論文形式撰寫實驗報告，有助于提升學(xué)生畢業(yè)論文寫作能力。

關(guān)鍵詞：微生物學(xué)實驗；生物科學(xué)；自主設(shè)計實驗

中圖分類號：G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2024）11-0061-04

隨著時代的發(fā)展，生物學(xué)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的覆蓋面越來越廣，日益成為當(dāng)今國家優(yōu)先發(fā)展的主要支柱產(chǎn)業(yè)。［1］生物科學(xué)專業(yè)是我國為社會培養(yǎng)大量生物學(xué)相關(guān)技能人才的主要專業(yè)。但是，隨著社會的需求變化，對生物學(xué)專業(yè)人才的需求也發(fā)生變化，當(dāng)今社會需要的生物學(xué)人才不僅要具有較強的生物學(xué)理論基礎(chǔ)，也需掌握較強的實踐動手能力。［2］

微生物學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中較為重要的一門基礎(chǔ)課程，其課程涉及范圍廣，也具有較強的實踐應(yīng)用性，備受當(dāng)今生物學(xué)專業(yè)學(xué)生喜愛。［3-4］

微生物學(xué)課程中，最重要的一個模塊是實驗技術(shù)。作為生物科學(xué)、生物制藥以及食品安全與質(zhì)量等專業(yè)的核心課程，微生物學(xué)實驗在培養(yǎng)具有實踐能力、創(chuàng)新能力以及人文素養(yǎng)的人才中具有重要的地位。［5］主要訓(xùn)練學(xué)生了解和掌握微生物學(xué)的主要實驗技能和方法，從而具有相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究與實驗技能。［6］傳統(tǒng)的微生物實驗課程以驗證性實驗為主，綜合探究實驗為輔，這樣的實驗課程設(shè)計體系，學(xué)生更注重按照實驗指導(dǎo)教材中的實驗流程進(jìn)行結(jié)果重現(xiàn)，但缺乏分析和解決問題的能力。［7-8］根據(jù)生物科學(xué)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，微生物學(xué)實驗課程的基本教學(xué)體系包括基礎(chǔ)性、綜合性和研究性多層次實驗教學(xué)，其中的綜合和研究性實驗的比例占總實驗教學(xué)的比例不能低于50%，通過實驗課程使學(xué)生具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。［9-10］

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是現(xiàn)代本科專業(yè)建設(shè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。一流專業(yè)的建設(shè)發(fā)力點主要凸顯在精品課程的建設(shè)中。因此，革新課程建設(shè)理念，推進(jìn)課程改革勢在必行。阜陽師范大學(xué)于1988年設(shè)立生物科學(xué)專業(yè)，該專業(yè)于2022年入選國家一流本科專業(yè)建設(shè)點。專業(yè)以學(xué)生為主體、以產(chǎn)出為導(dǎo)向是當(dāng)前國家一流本科專業(yè)建設(shè)的主要潮流和基本要求。為達(dá)到生物科學(xué)本科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，更好地培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才，阜陽師范大學(xué)微生物學(xué)實驗課程團(tuán)隊針對“微生物學(xué)實驗”課程中存在的典型問題，對教學(xué)內(nèi)容和考核體系進(jìn)行了改革。在2019年的實驗基礎(chǔ)上調(diào)整課程體系，增加以學(xué)生為主導(dǎo)的自選多命題方向的自主探究性實驗項目，以小組的方式進(jìn)行匯報，并將其作為期末綜合考核內(nèi)容之一，取得了階段性的良好教學(xué)效果。

一、微生物學(xué)實驗課程原定體系及考核方案的問題

（一）微生物學(xué)實驗課程比例失調(diào)

阜陽師范大學(xué)生物科學(xué)本科專業(yè)2019版培養(yǎng)方案中微生物學(xué)實驗為專業(yè)核心課程，共30學(xué)時，共10個實驗。學(xué)校生物科學(xué)專業(yè)微生物學(xué)實驗課在第二學(xué)年的第二學(xué)期開設(shè)，在理論課開始后的第5周開展實驗課。在微生物學(xué)實驗課開展的10個實驗中，實驗性質(zhì)主要為驗證性實驗和小型綜合實驗，其中驗證性實驗7個（主要包含顯微鏡油浸系物鏡的使用、細(xì)胞大小數(shù)量的測定、微生物的革蘭氏染色、培養(yǎng)基的配置與滅菌、微生物的分離純化、微生物的生理生化鑒定等），小型綜合實驗3個（主要包括土壤微生物的分離純化及菌落觀察、藥物的體外抗菌實驗、枯草桿菌原生質(zhì)體的制備等），綜合研究性實驗的占比較少，與生物科學(xué)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)要求還有一定距離。

（二）考核方案較為片面化

阜陽師范大學(xué)原定的微生物學(xué)實驗考核方式為：平時成績+期末成績，其中平時成績占40%（課堂考勤占10%+實驗報告書寫20%+課堂表現(xiàn)10%），期末成績主要是從顯微鏡油鏡系物鏡的使用、細(xì)菌的革蘭氏染色以及微生物的平板劃線無菌操作三個項目中選取一個進(jìn)行操作考查，成績占60%。盡管這種考核方式能夠有效地考查學(xué)生對微生物學(xué)實驗操作掌握的程度，但是過于單一和片面，不能充分考查學(xué)生分析和解決問題的能力，進(jìn)而學(xué)生并未系統(tǒng)完整地構(gòu)建微生物學(xué)實驗理論知識體系。

二、微生物學(xué)自主探究性實驗的實施路徑

（一）自主探究性實驗項目的實施

按照阜陽師范大學(xué)2021版新大綱的要求，課程修改優(yōu)化了整體課程框架，優(yōu)化自主設(shè)計探究性實驗。為更好地激發(fā)學(xué)生對微生物學(xué)知識的興趣，提高學(xué)生在實驗過程中的動手能力、創(chuàng)新能力和分析解決問題的能力。在學(xué)生學(xué)習(xí)完相關(guān)微生物學(xué)實驗操作技能之后，根據(jù)自身興趣并結(jié)合實驗室條件，進(jìn)行自主選題、設(shè)計實驗方案并以小組的形式完成。自主探究性實驗于2—3周完成，微生物學(xué)實驗室全天開放，學(xué)生自行根據(jù)實驗內(nèi)容合理安排。

為了讓學(xué)生體會到微生物學(xué)與農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域密不可分的關(guān)系，并激發(fā)學(xué)生對生命和生活的熱愛，在開展自主探究實驗時，引導(dǎo)學(xué)生從校園和生活中尋找選題并設(shè)計。如校園植物提取物的抗菌活性研究、小麥赤霉病病原菌的分離純化和鑒定、土壤中產(chǎn)淀粉酶芽孢桿菌的分離純化和鑒定等。整個實驗過程中的樣品采集、樣品處理以及后期實驗數(shù)據(jù)的分析等，均由學(xué)生小組成員獨立完成。整個實驗過程鼓勵學(xué)生積極與教師一起分析和討論，使自主探究實驗?zāi)軌蜉^為順利的進(jìn)行。對于具有進(jìn)一步研究意義的實驗項目，積極鼓勵學(xué)生申報大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新探究能力。

本課程自主探究實驗的實施主要包括三個過程：實驗方案的設(shè)計和修訂、實驗項目實施和實驗項目的匯報總結(jié)（如圖1所示）。在實驗方案設(shè)計及修訂階段，學(xué)生可結(jié)合所學(xué)知識和興趣，8—9人一組，擬定題目，并通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計實驗的內(nèi)容和方案。實驗設(shè)計方案主要包括實驗?zāi)康?、實驗研究背景、實驗所用試劑和耗材、試驗主要研究方法和技術(shù)路線、實驗的時間和人員分配等。初步擬定好實驗方案后，每個小組再與教師進(jìn)行面對面的討論修改，確定最終方案。該過程一方面可以拓寬學(xué)生在微生物領(lǐng)域的知識視野，也能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作和溝通交流能力，為第八學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。在進(jìn)行實驗的前兩周，將自己所需的實驗試劑和耗材上報給實驗教輔教師，由教師根據(jù)實驗室?guī)齑媲闆r，統(tǒng)一購買保管。在實驗項目的實施階段，學(xué)生根據(jù)實驗方案合理安排實驗進(jìn)展。鼓勵學(xué)生對實驗中所發(fā)現(xiàn)的疑惑及時與教師進(jìn)行溝通和解決，培養(yǎng)學(xué)生思考和解決問題的能力。實驗結(jié)束后，由小組負(fù)責(zé)人進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與處理、小組分工撰寫實驗報告，并制作PPT進(jìn)行匯報。

（二）微生物學(xué)自主探究性實驗考核體系

阜陽師范大學(xué)微生物學(xué)實驗根據(jù)自主探究實驗的運行情況，將前期微生物學(xué)實驗的期末考核方案進(jìn)行優(yōu)化，制訂綜合成績評定方法：期末總成績=40%平時成績+60%期末成績，平時成績=實驗報告書寫（占20%）+實驗課課堂表現(xiàn)（占20%）+微生物學(xué)設(shè)計性試驗考核（實驗方案設(shè)計+實驗操作過程+實驗報告+PPT匯報，占60%），期末成績=微生物學(xué)實驗理論知識（占50%）+實驗操作（占50%）。針對微生物學(xué)自主探究實驗，從規(guī)范性、創(chuàng)新性、語言表達(dá)與寫作、團(tuán)隊協(xié)作等方面制訂了一套考核標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示）。

（三）微生物學(xué)自主探究實驗實施效果

微生物學(xué)自主探究實驗的初探主要以2020級和2021級生物科學(xué)本科專業(yè)學(xué)生作為研究對象開展，共311人。共3位教師參與實驗教學(xué)、監(jiān)督和指導(dǎo)。在實驗進(jìn)展結(jié)束后，邀請微生物學(xué)相關(guān)任課教師作為評委參與學(xué)生的實驗成果答辯，并對其實驗過程及結(jié)果進(jìn)行講評。

通過對傳統(tǒng)微生物學(xué)實驗進(jìn)行改革，以自主探究實驗作為手段扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為主，學(xué)生為輔的局面，學(xué)生不僅在實驗過程中能夠較好地掌握微生物學(xué)相關(guān)知識，還能夠在該過程中綜合運用相關(guān)技術(shù)，通過反復(fù)的練習(xí)熟練掌握無菌操作技術(shù)、革蘭氏染色等常規(guī)微生物學(xué)實踐技能。在前期實驗設(shè)計階段，學(xué)生通過自主查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行調(diào)研，以小組形式將實驗方案進(jìn)行整理，這個過程能較好地鍛煉學(xué)生閱讀和書寫能力，也能提高學(xué)生分析和解決問題的能力，并無形中增強學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識。

通過開展自主探究實驗，可以將前期驗證性實驗和小型綜合實驗進(jìn)行整合，將“片段化”和“階段化”的操作進(jìn)行融會貫通。整個過程中，教師進(jìn)行監(jiān)督和考核打分，這有利于增強學(xué)生在實驗操作過程中的規(guī)范性。在科研素養(yǎng)方面，學(xué)生通過獨立進(jìn)行自主探究實驗，具備了獨立完成微生物學(xué)相關(guān)研究的能力，比如目的菌株的獲取和純化、培養(yǎng)基的選擇配置和優(yōu)化、抗生素的選擇等。

三、微生物學(xué)自主探究實驗實施評價

在微生物學(xué)實驗進(jìn)行改革后，隨機對往屆151名學(xué)生進(jìn)行匿名在線問卷調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括對微生物學(xué)實驗課的興趣度、學(xué)習(xí)效果滿意度、自主探究實驗是否有助于加強知識點的理解、是否有助于提升實驗操作技能、是否能夠提升解決問題的能力等。

（一）學(xué)生對微生物學(xué)實驗課興趣度和學(xué)習(xí)效果滿意度的調(diào)查

經(jīng)過對在線問卷調(diào)查的分析，大多數(shù)學(xué)生對微生物學(xué)實驗課都感興趣，并認(rèn)為可以通過該課程學(xué)到相應(yīng)的知識。調(diào)查結(jié)果還顯示通過微生物學(xué)實驗的改革可以較好地增強學(xué)生對理論知識理解，提高實驗操作技能，培養(yǎng)分析和解決問題的能力（如圖2所示）。

（二）學(xué)生對自主探究實驗的綜合評價

通過對151份問卷調(diào)查的統(tǒng)計分析，97%以上的學(xué)生認(rèn)為在微生物學(xué)實驗課中加入自主探究實驗，有助于對理論知識的理解，可以提高實驗操作技能；通過引入自主探究實驗，可以提升學(xué)生對微生物學(xué)相關(guān)實驗問題的解決能力。該自主探究實驗以科技論文的形式呈現(xiàn)對學(xué)生以后的論文書寫也具有較好的幫助（如圖3所示）。

四、結(jié)語

通過教學(xué)實驗改革，增加微生物學(xué)自主探究實驗?zāi)茌^好地提高學(xué)生對于微生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，也能提高學(xué)生的實驗動手能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。一方面，微生物學(xué)實驗課程開設(shè)于第二學(xué)年，大多數(shù)學(xué)生的實驗基礎(chǔ)普遍較差。師生配比不當(dāng)大大增加了教師的工作量，導(dǎo)致教師難以對每組學(xué)生進(jìn)行較好的監(jiān)督和指導(dǎo)。另一方面，微生物學(xué)實驗室針對本實驗全天開放，但在實際操作過程中，開放實驗室的數(shù)量以及儀器稍顯不足，大大影響實驗的進(jìn)展和效率。

結(jié)合當(dāng)前高等教育教學(xué)的新模式體系可以借助線上精品課程，通過中國大學(xué)生慕課或“學(xué)習(xí)通”等平臺，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)通過觀看視頻演示規(guī)范技能操作，提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?。今后，將繼續(xù)針對微生物學(xué)實驗課程中存在的問題進(jìn)行更深層次的改革探索，將成果導(dǎo)向教育理念運用到該課程的教學(xué)實驗中，明確課程的目標(biāo)，創(chuàng)新教學(xué)模式，更好地培養(yǎng)卓越人才。

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（責(zé)任編輯：黃文波）

基金項目：2023年阜陽師范大學(xué)校級本科教學(xué)工程項目“課程思政融入‘細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革與實踐”（項目編號：2023 JY XMSZ08）；2021年安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程重點教研項目“新師范背景下高師生物科學(xué)專業(yè)‘五育融合實踐路徑探索”（項目編號：2021jyxm1086）；2022年安徽省研究生教育教學(xué)資源項目“研究生名師工作室”（項目編號：20 22msgzs038）。

作者簡介：謝鑫（1993—），男，博士，阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院講師，研究方向為細(xì)胞與分子免疫學(xué)；余俊杰（1990—），女，碩士，阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院助理實驗師，研究方向為環(huán)境微生物學(xué)；任莉萍（1978—），女，博士，阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院教授，研究方向為植物分子生物學(xué)；吳風(fēng)瑞（1981—），男，博士，阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院教授，研究方向為分子生物學(xué)；唐俊（1975—），男，博士，阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院教授，研究方向為環(huán)境微生物學(xué)；陸娟（1979—），女，碩士，阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院高級實驗師，研究方向為環(huán)境微生物學(xué)。