劉廣錦，潘子豪，馬家樂，吳宗福，劉永杰，姚火春

(南京農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院,教育部動物健康與食品安全國際合作聯(lián)合實驗室，農(nóng)業(yè)部動物細菌學重點實驗室， OIE 豬鏈球菌病參考實驗室，江蘇 南京)

一 引言

2018 年10 月教育部，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部，國家林業(yè)和草原局發(fā)布《關(guān)于加強農(nóng)科教結(jié)合實施卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃2.0 的意見》中強調(diào)“注重素質(zhì)教育與專業(yè)教育有機結(jié)合，進一步加強農(nóng)林學生專業(yè)知識教育，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程，著力提升農(nóng)林學生專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)”[1]，南京農(nóng)業(yè)大學正在結(jié)合本校實際，秉承“德育為先、知識為本、能力為重、全面發(fā)展”的教學理念，制定落實計劃2.0 的具體實施方案，納入學校整體發(fā)展規(guī)劃[2]。為了培養(yǎng)出更多實踐性農(nóng)林卓越人才，本科教育中的實驗教學改革應排在首位。

“獸醫(yī)微生物學”是在微生物學一般理論基礎上研究微生物與動物疾病的關(guān)系，并利用微生物學與免疫學的知識和技能來診斷、防治動物的疾病和人畜共患疾病，保障人類的食品安全，保障畜牧業(yè)生產(chǎn)，保障動物的健康及良好的生態(tài)環(huán)境[3]。作為實踐性較強的專業(yè)核心課程“獸醫(yī)微生物學”，配套開設“獸醫(yī)微生物學實驗”為學生加深對微生物學理論知識的理解，掌握實驗操作技能，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目蒲幸庾R和實踐創(chuàng)新能力，鍛煉學生運用多學科知識綜合分析和解決動物健康與衛(wèi)生相關(guān)問題的能力，提高動物醫(yī)學人才的綜合素質(zhì)，起到關(guān)鍵的作用。“獸醫(yī)微生物學”及相關(guān)課程自1921 年我校獸醫(yī)專業(yè)成立以來即開設，經(jīng)過數(shù)代人的不懈努力，課程體系日趨完善，形成了一支具有較高政治思想素質(zhì)和業(yè)務素質(zhì)、教學水平高、結(jié)構(gòu)合理的課程師資隊伍，課程團隊現(xiàn)有固定人員6 人，均具有博士學位，其中教授3 人，副教授2 人，講師1 人，一直在本科教學第一線承擔獸醫(yī)微生物學理論與實驗課程的講授，參與編寫“獸醫(yī)微生物學”與“獸醫(yī)微生物學實驗指導”等重點教材，有豐富的教學經(jīng)驗和嚴謹?shù)目蒲兴仞B(yǎng)，充分了解學生掌握理論知識的薄弱點，致力于提高本課程的教學效果。

二 獸醫(yī)微生物學實驗教學改革的必要性

獸醫(yī)微生物學實驗教學是幫助學生掌握獸醫(yī)微生物學基本原理的實踐環(huán)節(jié)，現(xiàn)行的獸醫(yī)微生物學實驗教學以驗證性實驗為主，實驗材料和方法均已確定，以PPT 展示和“教師示范，學生觀看”的教學方式進行，具體的實驗內(nèi)容是：先進行基礎實驗內(nèi)容訓練，包括顯微鏡的使用，細菌的抹片制備和染色，細菌形態(tài)特征觀察，培養(yǎng)基的制備，細菌的分離培養(yǎng)及移植，藥敏試驗，細菌的生化試驗，聚合酶鏈式反應以及病毒的雞胚培養(yǎng)[4]；基礎實驗結(jié)束后再安排一周的實驗大實習，要求學生完成病料采集、培養(yǎng)基配制、細菌的分離與純化、革蘭氏染色、生化鑒定以及PCR 等一整套細菌病原的分離與鑒定?，F(xiàn)行的課程方案對學生掌握扎實的微生物學操作基本工有很大幫助，但內(nèi)容相對固定，缺乏設計性和學生的主導性，因此在課程體系與內(nèi)容、教學方式等都需要改革。

三 課程體系與內(nèi)容的創(chuàng)新

（一） 強化生物安全知識宣貫

一項對國內(nèi)高校病原微生物安全認知情況的調(diào)查結(jié)果顯示，完全了解《人間傳染的病原微生物名錄》中關(guān)于病原微生物的分類標準及對應實驗室生物安全級別的師生僅有28.8%，有21.1% 的師生完全不了解微生物氣溶膠的產(chǎn)生及危害[5]，由此可見，高校實驗室的生物安全教育嚴重不足。動物醫(yī)學專業(yè)的學生必須具備促進現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展和保障獸醫(yī)公共衛(wèi)生安全的能力，在實驗與實踐中，學生難免會接觸實驗動物，病原微生物以及有毒有害試劑，但現(xiàn)有的課程設置缺乏生物安全的內(nèi)容，學生接受實驗室生物安全的知識主要源于實驗課中教師的零星傳授，缺乏系統(tǒng)性和全面性，有一定的安全隱患。安全教育和準入管理是實驗室安全工作的重要基礎[6]，因此在獸醫(yī)微生物學實驗課程中，第一堂課就必須向?qū)W生開展“生物安全知識培訓”，系統(tǒng)性地介紹獸醫(yī)微生物實驗室的生物安全要求，例如穿白大褂，嚴禁飲食和穿露趾涼鞋，嚴格無菌操作等；同時舉實例強調(diào)違反實驗室安全規(guī)定的嚴重后果,對學生在心理上產(chǎn)生震懾作用，讓學生形成安全操作的潛意識；帶領(lǐng)學生充分熟悉了解實驗教室的環(huán)境, 簡介獸醫(yī)微生物學實驗涉及的相關(guān)規(guī)范；之后，進行生物安全知識測試，檢測學生掌握安全知識的程度，測試成績構(gòu)成實驗課成績的一部分。在實踐中我們發(fā)現(xiàn)，僅靠第一堂課的生物安全教育與測評遠不能維持學生持久的安全意識，在每一次的課程教學過程中都應反復強調(diào)實驗操作的嚴謹性,舉例由于不當操作而引發(fā)的安全事故，針對性開展有效教育，著力培養(yǎng)自覺而為的安全行為習慣[7]。我們對59 名本科生在獸醫(yī)微生物學實驗課第一節(jié)開展了生物安全知識培訓，培訓后學生完成線上測試題目平均分為94.23 分，錯誤率較高的題目集中在生物安全實驗室的分級，生物安全柜的分類，滅菌方式的選擇與結(jié)果判定等，暴露了實驗安全的薄弱環(huán)節(jié)，教師在實驗課堂中對錯題進行針對性講解與示范。經(jīng)過培訓、測試與示范，在實驗課堂中能明顯看出學生的生物安全和自我防護意識增強，操作較為規(guī)范。這為加強學生良好實驗操作習慣的養(yǎng)成，強化生物安全知識、保障公共衛(wèi)生安全提供基礎支撐，也為學生將來走向動物生產(chǎn)養(yǎng)殖一線或相關(guān)科研崗位工作深造奠定良好開端。

（二） 實驗教學的課前+課中+課后三鞏固

在具體的每堂實驗課之前，教師提前布置預習，使學生了解實驗原理；在課堂中教師講授實驗內(nèi)容并親自示范操做，強調(diào)難點和易錯點，然后隨機請學生操作某一過程，其他學生觀察，老師從旁指導，以提高學生參與實驗教學的積極性；精心設計準備實驗材料，如對操作對象只做1，2，3 等數(shù)字編號，并不告知學生具體名稱，學生根據(jù)實驗結(jié)果進行判斷，以此激發(fā)學生參與實驗的興趣和主觀能動性；在每次實驗課結(jié)束時，針對實驗內(nèi)容與實操情況，預留2-3 道思考題，請學生在實驗報告中作答，增強學生的記憶，同時也能反映學生對實驗內(nèi)容的掌握程度。通過課前+ 課中+ 課后三鞏固，達到較好的實驗教學效果。以“細菌的抹片制備和染色”這堂課為例，學生先線上學習細菌的常規(guī)染色方式和特殊結(jié)構(gòu)的染色，通過直觀的染色結(jié)果照片初步了解細菌的多種染色方法；在課堂上教師以最常用的革蘭染色為主，進行原理講解和操作示范；教師隨機請一位學生演示如何脫色并進行點評；學生以4~5人為一小組，每組成員選擇不同數(shù)字編號的細菌樣品進行抹片制備和革蘭染色，從染色結(jié)果初步判斷細菌的形態(tài)和革蘭氏陰陽性；最后教師公布所用細菌的名稱，請小組成員相互交流討論染色結(jié)果，并在課后思考題中將編號與細菌名稱一一對應，以考察學生這堂課的學習效果。

（三） 開展創(chuàng)新性實驗訓練

實驗室是培養(yǎng)學生創(chuàng)新與實踐能力的重要場所，對已經(jīng)接受了“獸醫(yī)微生物學實驗”課程訓練的學生,開放獸醫(yī)微生物學實驗室科研平臺，可以給學生提供更多科研基礎訓練和自主學習的機會。結(jié)合教師的科研項目，經(jīng)過雙向選擇，選拔學有余力的學生參與具有一定挑戰(zhàn)度和創(chuàng)新性的獸醫(yī)微生物學相關(guān)實踐項目，進一步提升學生的實踐創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)，突出以“知識探究、能力建設、人格養(yǎng)成”為核心的“三位一體”人才培養(yǎng)理念[8]，達到教學的終極目標。學生根據(jù)項目內(nèi)容，組建團隊，自己查閱文獻，在教師指導下設計研究路線并開展試驗，及時記錄原始數(shù)據(jù)，定期向指導教師匯報試驗結(jié)果，共同商議改進方案，項目獲得一定結(jié)果后老師指導學生撰寫科技論文。一至兩年的創(chuàng)新性實驗訓練可延續(xù)至學生的畢業(yè)實習，對于實驗學科有充分的時間形成一個完整的實踐活動，學生進一步將獸醫(yī)微生物學理論知識融入實踐操作，鞏固了基礎知識，培養(yǎng)了嚴謹?shù)目蒲幸庾R，磨練了屢敗屢戰(zhàn)的意志，獲得了實踐創(chuàng)新能力和團隊合作能力，為今后的工作和深造積累了寶貴的經(jīng)驗。

四 教學模式的改革

（一） 基于PDCA 循環(huán)的線上線下混合教學模式

南京農(nóng)業(yè)大學獸醫(yī)微生物學課程自2009 年被教育部評為國家精品課程開始，便開始著手探索數(shù)字教學資源共享的建設，于2013 年被評為國家精品課程資源共享課程，2015 年立項建設國家精品在線開放課程，2017 年完成了《獸醫(yī)微生物學》數(shù)字教育資源建設項目，2018 年進入中國大學MOOC 的教學資源（https://www.icourse163.org/）平臺，逐漸面向動物醫(yī)學專業(yè)本科生展開相關(guān)課程的線上線下混合式教學，在2021 年獲“江蘇省首批省級一流本科課程”。通過將教學內(nèi)容進行線上的模塊化處理，制作教學視頻48 個，作業(yè)（測驗）共37 個，試題庫超過400 道，并在不斷更新中。在2020 年新冠肺炎疫情期間為本校和兄弟院校順利開展線上教學提供了有力保障。

“獸醫(yī)微生物學實驗”充分利用上述線上資源，布置學生開展課前預習和相關(guān)知識的拓展學習。同時，我們首次引入質(zhì)量管理體系中的PDCA 循環(huán)，即P（Plan，計劃），D（Do，執(zhí)行），C（Check，檢查），A(Act/Adjust, 處理)4 個階段[9]，將其嚴謹且合乎邏輯的工作流程運用到每一次獸醫(yī)微生物實驗教學過程中，以促進教學質(zhì)量的提高。具體來講，就是教師先制定教學方案和計劃一系列的教學活動（Plan），例如開展生物安全知識培訓，布置課前線上預習，課后測試或思考題等；在實驗課堂中教師帶領(lǐng)學生回顧線上的教學內(nèi)容，與學生互動，學生在教師指導下完成實驗，課后學生獨立完成紙質(zhì)的實驗報告和思考題（Do）；教師批改（Check）；根據(jù)實驗報告或思考題完成情況，教師與學生一起討論，完善實驗學習（Act）。以上環(huán)節(jié)形成PDCA 循環(huán)教學——“課程教案、課前預習、課堂實操、課后評價并改進”的一體化教學，教師與學生共同參與，反饋教學效果并總結(jié)經(jīng)驗。以實驗教學的第一堂“生物安全知識”為例，預先布置學生線上預習，經(jīng)過教師課堂講解，微生物實驗室的實地參觀，課后59 名學生在MOO C平臺上完成“生物安全知識測試”，平臺分析出每一題的正確率，自動生成錯誤率較高的前幾道題目，教師針對性解析錯題答案，教學過程達到PDCA循環(huán)?；赑DCA 循環(huán)的線上線下混合教學模式，將以往教師“單向輸出”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W為中心”的混合式授課，以此創(chuàng)造有意義的學習經(jīng)驗[10]，使實驗教學活動具有更強的邏輯性和科學性，激發(fā)學生主動學習的興趣，提高了教學資源的利用率和教學效果，為開拓學生的視野，培養(yǎng)科學良好的學習習慣具有重要意義。

（二） 虛擬仿真實驗教學的探索

2017 年，教育部發(fā)布了《關(guān)于2017-2020 年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》和《關(guān)于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》[11-12]，虛擬仿真技術(shù)正在積極應用到高校實驗教學中。作為一種新型教學方式，它利用計算機技術(shù)（人機互交及網(wǎng)絡通訊等）構(gòu)建高度仿真的實驗操作流程和場景，具有可控性強、操作危害小、可重復進行等優(yōu)點，以提升實驗教學質(zhì)量和水平[13]。將傳統(tǒng)的獸醫(yī)微生物學實驗與虛擬仿真實驗教學相結(jié)合，可以幫助教師更好地進行課堂指導，有效彌補傳統(tǒng)實驗教學方法的缺憾。但是虛擬仿真技術(shù)涉及到大量的動畫、影像資料的制作和處理，需要較高的前期制作成本[14]，因此針對獸醫(yī)微生物學實驗教學內(nèi)容制作相關(guān)的虛擬仿真實驗還處于起步階段。值得欣慰的是，國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺（http://www.ilab-x.com）中已有多項生物學虛擬仿真實驗，與本課程相關(guān)，例如：高致病性病原微生物檢測虛擬仿真實驗，腦脊液中常見病原微生物的分離鑒定虛擬實驗，臨床樣本病原微生物檢測虛擬仿真實驗，PCR 技術(shù)檢測細菌虛擬仿真實驗，病毒雞胚培養(yǎng)虛擬仿真實驗等。我們利用這些已建成的虛擬仿真實驗平臺，在完成傳統(tǒng)實驗教學后，讓學生不受時間、空間和實驗材料的限制，自主進行線上的操作訓練，初步探索在獸醫(yī)微生物學實驗教學中采用擬仿真實驗教學。對于虛擬仿真實驗的實施效果，我們設計問卷對學生進行調(diào)查研究，了解學生對虛擬仿真實驗教學的接受程度和學習態(tài)度。本次調(diào)查問卷發(fā)放62 份，有效回收53 份，調(diào)查問卷內(nèi)容及結(jié)果見表1。

表1 動物醫(yī)學專業(yè)學生對獸醫(yī)微生物虛擬仿真實驗學習效果的調(diào)查

由表1 知，參與虛擬仿真實驗的同學83.02%曾參與過虛擬仿真實驗活動，對虛擬仿真實驗已不陌生；絕大多數(shù)學生（92.45%）認為傳統(tǒng)的獸醫(yī)微生物實驗的操作實踐感強，多數(shù)學生（69.81%）感受到傳統(tǒng)教學中及時與教師互動，失誤及時得到糾正的重要性；67.92%的學生認為實驗一旦失敗就無法觀察到實驗結(jié)果是傳統(tǒng)實驗教學的缺點，而可反復練習（83.02%）和不受時空、病原的局限性（77.36%）是虛擬仿真實驗的優(yōu)勢，因此學生在選擇未來希望開設虛擬仿真實驗項目時較傾向于高致病性病原（禽流感69.81%，非洲豬瘟77.36%）的相關(guān)實驗。絕大部分（92.45%）學生認為虛擬仿真實驗的實踐感不強，甚至也有9.43% 的學生認為獸醫(yī)微生物實驗中不需要引入虛擬仿真實驗，說明體驗的虛擬仿真實驗還存在一些劣勢，這與王浩東等對生物類虛擬仿真實驗教學的分析結(jié)果類似，比如虛擬仿真實驗的技術(shù)手段重復太多，缺乏實體照片和影像，不能完全代替實際動手操作等[15]。在獸醫(yī)微生物實驗中，絕大多數(shù)學生（35.85%+47.17%）傾向于安排1~2 次虛擬仿真實驗較為合適，說明學生肯定了現(xiàn)有的線下獸醫(yī)微生物實驗教學手段。以上的實踐探索表明，獸醫(yī)微生物實驗應以扎實實驗操的教學為主，在此基礎上開展結(jié)合科學前沿問題，綜合性強，現(xiàn)有條件無法開展實際操作的實驗項目進行虛擬仿真實驗，作為教學的輔助活動和有益補充，可拓展學生的學習興趣，提高教學資源的利用率。

五 結(jié)語

通過在獸醫(yī)微生物實驗課上開展生物安全知識的培訓考核，強化了本科生的生物安全意識，讓學生一開始接觸病原微生物就樹立良好的實驗操作習慣，受益終身。“獸醫(yī)微生物學實驗”與理論課進程相配套，每兩周進行一次實驗課，在課程的兩周間隔期內(nèi)所學內(nèi)容很難得到加深和鞏固，學生常有“做完就忘”的狀態(tài)。我們開展教學模式的改革后，例如課前+ 課中+ 課后三鞏固，創(chuàng)新性實驗訓練，基于PDCA 的線上線下混合式教學，虛擬仿真實驗等，幫助學生科學地深度地學習，強化記憶，有效提高學生的參與度和實踐能力。對南京農(nóng)業(yè)大學“生泰爾”杯獸醫(yī)技能大賽的結(jié)果分析，2019 年未開展實驗教學改革時獲獎比例為33%（8/24 人）,2020 年實施教改后獲獎比例提升到71%（17/24 人）。經(jīng)團隊教師的悉心指導，學生在全國大學生動物醫(yī)學專業(yè)（本科）技能大賽，江蘇省課外學術(shù)科技作品大賽中獲“特等獎”桂冠，本科生以第一作者身份，發(fā)表SCI 論文2 篇，中文核心期刊3 篇。這些成績展現(xiàn)了南農(nóng)動醫(yī)學子扎實的理論與實踐功底，是對我們教改探索的肯定，也說明以研促教，教研相長是高校教學團隊的平衡發(fā)展之道[16]。