張宏宇, 王素英, 楊曉麗

(天津商業(yè)大學(xué) 生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院 天津市食品生物技術(shù)重點實驗室, 天津 300134 )

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基于主題設(shè)計的研究型教學(xué)模式在微生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

張宏宇, 王素英, 楊曉麗

(天津商業(yè)大學(xué) 生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院 天津市食品生物技術(shù)重點實驗室, 天津 300134 )

傳統(tǒng)的教學(xué)是以教師為中心向?qū)W生灌輸知識的過程，是一種封閉式的知識傳輸體系。探討基于主題設(shè)計的研究型教學(xué)模式對微生物學(xué)實驗課程教學(xué)的積極意義，不僅可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)微生物學(xué)的積極性，同時達(dá)到對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使學(xué)生具備一定創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)，為把學(xué)生培養(yǎng)成厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)的應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

主題設(shè)計；科研小組；研究型教學(xué)模式；微生物學(xué)實驗教學(xué)

在高校人才培養(yǎng)的整個環(huán)節(jié)中，作為主要手段的課堂教學(xué)一直發(fā)揮著主要作用[1]。然而，隨著國家建設(shè)對卓越工程師人才需求的迫切性，以及擴(kuò)招造成學(xué)生統(tǒng)一實訓(xùn)困難較多且時間短的局限，如何利用好校內(nèi)有限的實驗資源來提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)則成為教改研究的重點[2-4]。

基于雙重編碼理論，學(xué)生只有把學(xué)習(xí)內(nèi)容組織加工成一致的言語表征和視覺表征，并對二者進(jìn)行整合，才會發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)，而微生物學(xué)作為一門實驗性比較強(qiáng)的學(xué)科，理論課和實驗課的有機(jī)結(jié)合是非常必要的。但是，對于大多數(shù)高等學(xué)校來說，微生物學(xué)的理論教學(xué)和實驗教學(xué)是獨立開展的，基本都是先理論后實驗[5]。事實上，在理論課結(jié)束之后，很少有學(xué)生去鞏固復(fù)習(xí)，導(dǎo)致在上實驗課的時候，出現(xiàn)實踐與理論脫節(jié)的窘境；其次，在傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式中，大部分學(xué)生基本是按照老師的講義和板書或者實驗指導(dǎo)書機(jī)械地進(jìn)行操作，甚至一些同學(xué)是看一步操作一步或者是問一步做一步。在這樣被動的學(xué)習(xí)模式下，學(xué)生只能按照固有的程式進(jìn)行模仿和驗證，從而不需要對實驗設(shè)計方案的合理性以及實驗步驟的前后聯(lián)系進(jìn)行思考，特別是面對實驗開展中的問題，學(xué)生更傾向于從老師那里得到所謂的標(biāo)準(zhǔn)答案。這種模式不能使學(xué)生分析問題和獨立解決問題的能力得到鍛煉和提升[6]。

面對微生物學(xué)中不斷涌現(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)和不斷更新的實驗技術(shù)，如何將傳授知識與培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的目標(biāo)相統(tǒng)一，是需要我們面對和解決的一個重大課題。我們嘗試在實驗教學(xué)中不以教材為唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是以各種實際生產(chǎn)和應(yīng)用微生物產(chǎn)品的開發(fā)以及新技術(shù)的應(yīng)用為主線，在實驗教學(xué)過程中設(shè)計“主題”，并通過引入一些專業(yè)學(xué)習(xí)的網(wǎng)站和視頻資源，將最新的前沿信息補(bǔ)充到微生物學(xué)實驗教學(xué)中，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

1　基于研究型教學(xué)的學(xué)習(xí)形式的轉(zhuǎn)變

1.1研究型實驗教學(xué)及其特點

研究型教學(xué)是指在相關(guān)專業(yè)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)其各自的愛好和興趣選擇不同的研究方向和內(nèi)容，自己查找資料并獨立思考，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的一種教學(xué)模式[7]。該模式應(yīng)用于本科教學(xué)，其目的是激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲和想象力；與此相匹配的研究型學(xué)習(xí)則是強(qiáng)調(diào)學(xué)生對問題的主動探索、體驗并獨立解決[8]。

研究型實驗教學(xué)要求老師把微生物學(xué)實驗課程設(shè)計為驗證性和探索性相結(jié)合的問題，將每一個具體實驗設(shè)計為案例問題，使所有的學(xué)生都有針對性地去預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備實驗課，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師盡可能將實驗課程設(shè)計的難度適中、緊扣基礎(chǔ)且與前沿知識聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生逐步適應(yīng)這種主動學(xué)習(xí)的模式，促進(jìn)學(xué)生間的交流溝通，這不但有利于獲得學(xué)生的積極反饋，而且可以解決理論和實踐相脫節(jié)的弊端，達(dá)到學(xué)以致用的目的[9]。

1.2“主題設(shè)計”取代“單一實驗”是微生物學(xué)實驗教學(xué)中的必然

目前很多高校微生物學(xué)實驗課程強(qiáng)調(diào)基本技能的訓(xùn)練，主要開設(shè)驗證性的實驗項目，但由于教學(xué)時間短，有些基本實驗也沒有時間單獨開設(shè)，比如微生物的生理生化鑒定、微生物的菌種保藏等，導(dǎo)致學(xué)生對基本技能的掌握不夠全面。此外，由于僅僅是單純的基本技能訓(xùn)練，在實驗的過程中，學(xué)生興趣不高，學(xué)習(xí)動力不足，學(xué)習(xí)效果一般?；凇爸黝}設(shè)計”的綜合性實驗的缺乏，使得學(xué)生的創(chuàng)新意識和自主探究精神沒有得到培養(yǎng)，致使學(xué)生既不具備很好的動手能力，也不具備良好的分析問題、解決問題的能力。

開展以“主題設(shè)計”為主要內(nèi)容的微生物學(xué)實驗教學(xué)活動，使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和較強(qiáng)的自學(xué)能力，已成為實驗學(xué)科的主旋律[10]。現(xiàn)在的大學(xué)生知識面廣、思維活躍、對新事物掌握速度快、求知欲強(qiáng)，當(dāng)面對“主題”時，可以形成討論小組并廣泛查找相關(guān)資料，為自己的“主題”尋求理論支持，一旦獲得了充分的論據(jù)并經(jīng)過充分的思考，他們探索的積極性會得到極大鼓舞，不僅主動查找文獻(xiàn)，討論和修改實驗方案并撰寫實驗心得，而且主動與教師進(jìn)行探討，形成師生互動的良好教學(xué)氛圍，使微生物學(xué)實驗課由過去被動開設(shè)向主動探究發(fā)展，讓學(xué)生感到實驗課程的學(xué)習(xí)不僅是對理論知識的驗證，更是為了掌握微生物學(xué)實驗的方法和原理，培養(yǎng)其工程素質(zhì)。

1.3“主題設(shè)計”與“研究型教學(xué)模式”的有機(jī)結(jié)合

根據(jù)我校近三年畢業(yè)生就業(yè)崗位的統(tǒng)計，生物類專業(yè)約30%的畢業(yè)生從事食品微生物檢驗和藥品微生物檢驗的工作，說明微生物學(xué)課程尤其是實驗課程的學(xué)習(xí)效果對學(xué)生的就業(yè)及將來的發(fā)展有著較為重要的影響。為了更好地將微生物學(xué)的課程學(xué)習(xí)與學(xué)生的就業(yè)崗位銜接起來，我們將微生物學(xué)實驗課程教學(xué)中，“主題設(shè)計”與“研究型教學(xué)模式”進(jìn)行整合，建立新型的多模塊綜合性實驗體系。

將基于“主題設(shè)計”的研究型教學(xué)模式整合到微生物學(xué)實驗教學(xué)中，逐步增加綜合性實驗的比重，由查閱文獻(xiàn)，撰寫實驗方案(選題目的與意義、技術(shù)路線、可行性分析、所需實驗儀器設(shè)備與取得的預(yù)期成果)與實驗報告等內(nèi)容組成一個多模塊系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，不僅可以達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識和基本技能的目的，還能讓學(xué)生建立起一定的科學(xué)思維。

因此，我們針對不同專業(yè)學(xué)生選擇性地開設(shè)一些主題性比較強(qiáng)的多模塊實驗課程，學(xué)生可以結(jié)合自己的專業(yè)選題，不但可以鍛煉其獨立解決問題能力、創(chuàng)新能力與團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，而且也是對基本實驗技能的鞏固，強(qiáng)化了學(xué)生對微生物學(xué)知識的掌握及綜合應(yīng)用能力。

1.4基于“科研小組”課前學(xué)習(xí)機(jī)制的建立

研究型學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，需要學(xué)生通過多模塊系統(tǒng)，主動參與實驗，發(fā)現(xiàn)實驗過程中遇到的問題。而教師在“設(shè)計”基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行微生物學(xué)實驗教學(xué)，為了便于管理和提高教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生的實驗教學(xué)要以科研小組為單位開展[11]，每一個科研小組選出一名組長，由組長統(tǒng)一協(xié)調(diào)整個實驗的分工，各組員間要密切配合，對于實驗結(jié)果，經(jīng)小組全體成員共同討論后完成實驗報告，達(dá)到實驗的團(tuán)體參與性要求，不但使學(xué)生的動手能力、分析問題與解決問題的能力得到鍛煉，而且也使學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力得以增強(qiáng)。

教師要指導(dǎo)科研小組學(xué)生通過圖書館已有的數(shù)據(jù)庫查閱基于主題研究的資料，講授使用相關(guān)工具的方法；如果在實驗教學(xué)之前，對相應(yīng)知識掌握不夠牢固，就可能會限制學(xué)生將要知覺和加工的信息。因此，教師需要確定學(xué)生從實驗中獲益所需要的知識和技能，然后針對這些知識和技能進(jìn)行課前引導(dǎo)，盡量保證學(xué)生有準(zhǔn)備地進(jìn)入實驗室，使所有學(xué)生都能獲得高質(zhì)量的實驗教學(xué)體驗并從中受益；由于微生物學(xué)實驗課程的特殊性，所以需要利用大量課余碎片化時間，學(xué)生可根據(jù)實際情況來安排。

在該教學(xué)模式下，學(xué)生進(jìn)行綜合性實驗所需要的基本操作和技能必須在實驗課前通過多渠道來完成，學(xué)生在實驗課上就可以用較少的時間，甚至直接進(jìn)入到綜合性實驗的操作之中。因此，該教學(xué)模式不僅可以緩解學(xué)時受限問題，還使得教師可以在實驗課堂上有充足的時間開展豐富多彩的教學(xué)活動。對于新知識和難點，采取學(xué)生的組內(nèi)探討和指導(dǎo)教師的專題講座相結(jié)合的方式，保證主題任務(wù)及時完成。

該模式極大地改變了以老師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方法，特別是課堂答疑和討論環(huán)節(jié)使學(xué)生的自主性、目的性和創(chuàng)造性得到提高，教學(xué)效果大大增強(qiáng)。

因此，微生物學(xué)實驗課程有必要把創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)作為改革和發(fā)展的方向，著力使學(xué)生的創(chuàng)新活動和實踐能力得到提高，使其向創(chuàng)造型人才方向發(fā)展。

2　基于“主題設(shè)計”的微生物學(xué)實驗教學(xué)的實施

2.1引導(dǎo)和強(qiáng)化“主題設(shè)計”指導(dǎo)下的選題和課前預(yù)習(xí)

第一階段(實驗前一周)：教師引導(dǎo)選題，學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生自由組建5～7人的科研小組，每小組推選一名組長，在整個課程學(xué)習(xí)和實踐過程中，實行小組管理，組長負(fù)責(zé)制；教師布置實驗課的題目，并由此引出課程的內(nèi)容和知識結(jié)構(gòu)體系，并將實驗?zāi)繕?biāo)分解為要解決的小問題，分析實驗原理，介紹本次實驗中用到的基本技能，同時將本次實驗用到的學(xué)習(xí)資源通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)推送給學(xué)生，并向?qū)W生介紹本次實驗涉及的前沿知識，調(diào)動和激發(fā)學(xué)生參與實驗研究的積極性，然后發(fā)放任務(wù)單；每組學(xué)生要按照任務(wù)單利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)等資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，打通實驗課程中的每一個環(huán)節(jié)。

以我院安排的“基于正交設(shè)計的產(chǎn)噴司他丁鏈霉菌ATCC39365發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化”實驗為例，通過學(xué)生去圖書館查閱相關(guān)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，寫出本實驗詳細(xì)的實施步驟，特別是整個實驗涉及的多個水平和因素，學(xué)生要進(jìn)行認(rèn)真的思考與討論，搞清楚哪些培養(yǎng)基成分需要優(yōu)化，針對多個因素和水平選擇合適的正交表，如果正交表設(shè)計的不恰當(dāng)，工作量很大，學(xué)生很難在短時間內(nèi)按時完成，實驗也缺乏可操作性。針對噴司他丁含量的檢測方法，需要用到高效液相色譜儀和外標(biāo)法，這就需要學(xué)生自己去查找資料進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

第二階段(實驗前兩天)： 情況反饋，完善實驗方案。為了掌握學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)的進(jìn)程和對實驗的理解，教師開通微信群和公共郵箱，及時進(jìn)行答疑解惑。遇到問題，首先進(jìn)行組內(nèi)討論，小組內(nèi)解決不了或有分歧的，在微信群中留言，由在線的其他組成員或者教師進(jìn)行解答；針對實驗“基于正交設(shè)計的產(chǎn)噴司他丁鏈霉菌ATCC39365發(fā)酵培養(yǎng)基成分的優(yōu)化”，學(xué)生要以小組為單位把任務(wù)完成情況向教師匯報，并寫出詳盡的實驗方案交給指導(dǎo)教師，方案中要體現(xiàn)小組內(nèi)的每個同學(xué)的分工，小組的討論意見記錄，已經(jīng)解決的問題、尚待商榷或需要教師指導(dǎo)的問題。教師審閱后針對進(jìn)展和應(yīng)用情況及時給出肯定或提出修正意見。在此階段，實行小組化管理，小組長報告每組完成情況。教師對每組提出的實驗方案進(jìn)行評價和指導(dǎo)，提出必要的建議，并最終確定每組的實驗方案。

經(jīng)過一周的自主學(xué)習(xí)、階段測驗、查漏補(bǔ)缺、設(shè)計方案并完善方案，學(xué)生基本可以準(zhǔn)備充分地進(jìn)入實驗室(圖1)。

圖1 基于主題設(shè)計的研究型教學(xué)模式實施方案流程圖Fig 1 The flow chart of the implementation of the research teaching model based on the design of theme

2.2實驗準(zhǔn)備工作做到人人參與

實驗方案確定后，學(xué)生向教師遞交本次實驗材料申請單，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗準(zhǔn)備并向?qū)W生說明實驗室注意事項和實驗室管理規(guī)范，教師、學(xué)生和實驗員一起準(zhǔn)備實驗器材。由各個科研小組組成實驗準(zhǔn)備小組，組長負(fù)責(zé)統(tǒng)籌安排每小組實驗準(zhǔn)備的分工，做到人人參與，提高所有同學(xué)的參與度。以“基于正交設(shè)計的產(chǎn)噴司他丁鏈霉菌ATCC39365發(fā)酵培養(yǎng)基成分的優(yōu)化”為例，每個小組主要參與種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的配制和滅菌、搖床的調(diào)試、噴司他丁標(biāo)準(zhǔn)品溶液的配制以及高效液相色譜儀的調(diào)試和熟悉。對于實驗準(zhǔn)備過程中存在的操作錯誤、工作不到位的情況，教師要及時進(jìn)行整改，高效和準(zhǔn)時地完成實驗準(zhǔn)備。

這樣做不僅可為全體學(xué)生創(chuàng)造更多親自實踐的機(jī)會，鍛煉學(xué)生的實驗操作技能，而且能夠迫使他們在實驗前考慮需要什么、如何準(zhǔn)備，打破了過去“教師主動教，學(xué)生被動學(xué)”的實驗課模式，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性被充分調(diào)動起來，讓實驗課成了真正的實踐知識、提高技能的場所。

2.3強(qiáng)化和規(guī)范實驗操作過程的控制

實驗操作過程的規(guī)范和控制是一個復(fù)雜而瑣碎的工作，但是實驗操作過程不但可以鍛煉學(xué)生的動手能力，而且可以準(zhǔn)確、直觀地反映學(xué)生的實驗操作技能，因此強(qiáng)化和規(guī)范實驗操作過程十分必要[12]。特別是在教師的講解過程中，要做到從感性上升到理性以及實驗操作常犯錯誤的糾正，同時輔以視頻講解，強(qiáng)調(diào)易于出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，部分操作指導(dǎo)教師要親自示范，從而把學(xué)生調(diào)動起來，要求學(xué)生多動手，獨立和規(guī)范地操作，堅決杜絕 “旁觀族”。實驗過程中，教師要巡回檢查和記錄實驗情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并加以糾正, 讓學(xué)生知道錯在哪里；指導(dǎo)教師要親自動手示范經(jīng)常出問題的環(huán)節(jié)，避免學(xué)生形成錯誤習(xí)慣；每一個細(xì)微的實驗環(huán)節(jié)，教師都應(yīng)嚴(yán)格要求， 做到嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍。

針對實驗“基于正交設(shè)計的產(chǎn)噴司他丁鏈霉菌ATCC39365發(fā)酵培養(yǎng)基成分的優(yōu)化”，在整個實驗過程中始終貫穿著無菌操作和高效液相液譜儀的使用，這就要求每個同學(xué)嚴(yán)格遵守?zé)o菌操作的規(guī)則，嚴(yán)格按照儀器的操作規(guī)程開展實驗。

2.4考核方法要綜合化

通過考核方式的改革和創(chuàng)新，將考核重點從傳統(tǒng)模式的實驗報告向?qū)嶒灧桨傅臏?zhǔn)備和論證、日常實驗操作情況偏移，真實和準(zhǔn)確地反映學(xué)生對微生物學(xué)實驗課的掌握情況[13]。

微生物學(xué)實驗課程作為單獨的一門課，考核分3部分：實驗報告成績(40%)，課前預(yù)習(xí)及實驗方案設(shè)計(30%)，平時上課的表現(xiàn)(30%)。實踐證明，綜合考核方式在促進(jìn)教師的實驗教學(xué)、督促學(xué)生學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力方面發(fā)揮了積極作用，并使考核成績能真實地反映學(xué)生實際水平與能力。

對課前預(yù)習(xí)和實驗方案的設(shè)計要嚴(yán)格要求，對于實驗過程中未取得理想的實驗結(jié)果的同學(xué)，要幫其找出可能的失敗原因并提出改進(jìn)方案，鼓勵學(xué)生利用碎片化時間重新進(jìn)行實驗，實驗室實行對學(xué)生預(yù)約時間開放。

學(xué)生要按照既定的格式獨立完成規(guī)范化的實驗報告，數(shù)據(jù)處理要詳實，并對取得的實驗結(jié)果進(jìn)行合理、全面地分析和討論，重點要做到格式規(guī)范、結(jié)論可靠，客觀真實地反映出實驗情況。

3　結(jié)語

隨著交叉學(xué)科的大力發(fā)展，微生物學(xué)獲得了快速發(fā)展的新機(jī)遇，多角度、多方位的教學(xué)改革為微生物學(xué)科的發(fā)展注入了強(qiáng)勁的動力，而本科教育階段又是一個關(guān)鍵期，如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的應(yīng)用型人才成為微生物學(xué)教改的重要內(nèi)容[14]。因此，以微生物學(xué)實驗教學(xué)為切入點，著手實施基于“主題設(shè)計”的研究型教學(xué)模式。該模式的應(yīng)用取得了較好的教學(xué)效果，不僅提高了學(xué)生的動手能力和獨立解決問題的能力，還為其他同類型專業(yè)基礎(chǔ)課程實驗教學(xué)的改革提供了一條新思路。

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The application of the research-oriented teaching pattern in the microbiological experimental teaching based on theme design

ZHANG Hong-yu, WANG Su-ying, YANG Xiao-li

(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science,Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

The traditional teaching is a process that the teachers acts as the center to instill in the knowledge to students, which is a closed system of knowledge transfer. In this paper, the positive significance of open research-oriented teaching mode on the microbiological experimental teaching was discussed, it not only inspire the enthusiasm of students to learn microbiology, but also expand students′ knowledge structure and develop students′ innovative consciousness, innovative thinking and innovative ability. This will lay a foundation for training the students to be high quality practical talents with deep foundation and strong abilities.

theme design; the scientific team; research-oriented teaching pattern; microbiological experimental teaching

2015-11-13；

2015-12-28

天津市高校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計劃(“卓越計劃”視角下生物工程專業(yè)內(nèi)涵建放的研究與實踐)；天津商業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革項目(項目驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究——以微生物學(xué)實驗教學(xué)為例)

張宏宇，講師，研究方向為微生物次生代謝產(chǎn)物生物合成，E-mail: z_pillar@126.com

王素英，教授，從事微生物的分類和資源化利用的研究，E-mail: wsying@tjcu.edu.cn

Q93-3;G642.4

C

2095-1736(2016)05-0125-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.05.125