嚴金平，劉 麗，夏雪山，年洪娟，羅義勇，季秀玲，李 濤，陳 媛

(昆明理工大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，昆明 650500)

微生物學(xué)實驗以一切肉眼看不見或看不清的微小生物為研究對象，有獨特的實驗方法和技術(shù)，掌握微生物學(xué)基本方法和基本技能，可以加強學(xué)生對微觀世界的認識，也可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維及解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，高等院校廣泛將微生物學(xué)實驗作為生物相關(guān)理學(xué)、工學(xué)專業(yè)的必修核心課程。2012 年起，昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(以下簡稱“我院”)旨在建設(shè)研究教學(xué)型學(xué)院，嘗試建立課題組和課程組的雙軌制管理模式以促進科研研究和本科教學(xué)跨越式發(fā)展。以此為契機，我院微生物學(xué)課程組立足微生物學(xué)實驗課程面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高學(xué)生動手和獨立思考的能力為目的，以復(fù)合型人才應(yīng)具備的綜合能力為依據(jù)優(yōu)化實驗內(nèi)容，進行了微生物學(xué)綜合實驗改革。

一、微生物學(xué)實驗的課程定位

自2004 年建院以來，我院一直將微生物學(xué)和微生物學(xué)實驗作為生物工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課。該課程以生物化學(xué)、生物化學(xué)實驗和生物工程概論等3 門課程為先選課程，是生物工程專業(yè)學(xué)生的第四門專業(yè)核心基礎(chǔ)課程(圖1)。該課程注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法，提高觀察分析、動手操作、實驗技能和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、追求卓越的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)，是生物工程專業(yè)理學(xué)類、工程類和畢業(yè)實踐課程的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)微生物相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究、教學(xué)或應(yīng)用和管理等工作的生命科學(xué)、生物工程高素質(zhì)人才中占有舉足輕重的地位。

圖1 微生物學(xué)和微生物學(xué)實驗的課程定位

二、微生物實驗課程教學(xué)中存在的問題

課程開設(shè)之初，我院將微生物學(xué)必須掌握的無菌操作技術(shù)、顯微觀察技術(shù)、純種分離技術(shù)和純培養(yǎng)技術(shù)等實驗技術(shù)分解成8 個相對獨立的實驗開展，分別是：①土壤微生物的分離純化及菌落形態(tài)觀察；②油鏡的使用及細菌革蘭氏染色、形態(tài)觀察；③顯微鏡直接計數(shù)法測定酵母菌數(shù)量；④霉菌形態(tài)觀察；⑤紙片擴散法(Kirby-Bauer)藥物敏感試驗；⑥培養(yǎng)基的制備、實驗相關(guān)器皿的包扎及其滅菌；⑦微生物生化特性；⑧菌落總數(shù)的測定。通過以上實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟記相關(guān)實驗基本原理，掌握基本操作和熟練使用的相關(guān)儀器設(shè)備，但存在以下方面的不足：①重實驗過程環(huán)節(jié)，輕實驗準備和實驗后環(huán)節(jié)，為確保能在有限的學(xué)時完成實驗，學(xué)生實驗需要用到的培養(yǎng)基、染液和試劑配制，實驗儀器的調(diào)試等實驗前的準備工作都是專職實驗老師提前做好，不需要進行實驗結(jié)果的分析或者僅需要簡單分析；②重驗證性實驗，輕探究性實驗，學(xué)生進到實驗室只需要按照實驗操作手冊按部就班地完成，就多數(shù)能得到預(yù)期的結(jié)果，實驗結(jié)果答案相對固定；③重實驗技能的培養(yǎng)，輕綜合能力培養(yǎng)，授課重點在于實驗基本原理、基本操作和相關(guān)儀器設(shè)備的使用規(guī)范，實驗項目之間缺少關(guān)聯(lián)，一個實驗項目驗證一條理論知識或是強化一種實驗技能，而忽略運用這些技術(shù)解決實際問題的能力培養(yǎng)。以上不足，也是微生物學(xué)實驗課程教學(xué)存在的共性問題。

三、微生物綜合實驗教學(xué)模式的構(gòu)建

(一)加強教師隊伍建設(shè)

以往我院微生物實驗課授課都是由專職實驗老師完成，而實驗老師不參與微生物理論課的教學(xué)，更偏重于實驗技能的訓(xùn)練。我院微生物學(xué)課程組由4 名教授、3 名副教授和1 名高級實驗師組成，課程組建成后，微生物學(xué)課程組全體教師參與實驗課程的教學(xué)，且分工明確，相互配合。實驗老師負責(zé)實驗室試劑采購和設(shè)備管理，協(xié)助教學(xué)，專業(yè)老師則負責(zé)實驗過程中實驗具體指導(dǎo)。理論課程是實驗課程的根基，實驗課堂教學(xué)是理論教學(xué)的延伸和深化。理論課上，我們圍繞要開展的實驗內(nèi)容，以綜合實驗設(shè)計題的方式，推動學(xué)生結(jié)合課堂理論知識，查找文獻資料，并設(shè)計綜合性大實驗的技術(shù)路線。這一措施，既讓學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固了理論知識，也達到了有效預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容的目的，避免了學(xué)生預(yù)習(xí)不足就進實驗室的現(xiàn)象，也有助于學(xué)生將學(xué)到的基本實驗技能、教師傳授的知識融會貫通，為提升實踐能力和自主設(shè)計實驗奠定堅實的基礎(chǔ)。此外，理論課老師都在從事微生物學(xué)相關(guān)科學(xué)研究，能將自己的科研成果和科研經(jīng)驗運用于實驗教學(xué)，促進學(xué)生對微生物學(xué)前沿知識的掌握，培養(yǎng)學(xué)生對微生物學(xué)學(xué)習(xí)和研究的興趣。

(二)夯實課前準備——發(fā)揮科研實驗室對微生物本科教學(xué)的輔助功能

我院直接從事微生物科學(xué)研究的平臺有10 個以上，如嗜極微生物學(xué)課題組、生物煉制課題組、食品微生物學(xué)課題組、生物轉(zhuǎn)化課題組和分子病毒課題組等。另外，基于微生物在生命科學(xué)研究中的基礎(chǔ)地位，幾乎生物學(xué)、醫(yī)學(xué)相關(guān)實驗室均具備從事微生物相關(guān)科研訓(xùn)練的實驗條件。因此，我院具備給所有本科生提供科研訓(xùn)練崗位的能力。我院本科生一直也有參與科研實驗的風(fēng)氣和傳統(tǒng)，且微生物學(xué)和微生物學(xué)實驗開設(shè)在大三上學(xué)期，學(xué)生課余時間相對較多，也為本科生進入實驗室提供了可能。

結(jié)合學(xué)院“專業(yè)興趣培養(yǎng)提升計劃”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提升計劃”“實踐創(chuàng)新能力提升計劃”，利用微生物學(xué)實驗開設(shè)的這一學(xué)期1～8 周學(xué)生的空余時間，我們有意識地組織學(xué)生帶著問題進入科研實驗。在此期間，學(xué)生要完成微生物基本理論和基本實驗相關(guān)規(guī)定動作，做到微生物理論知識到實驗中去體會和檢驗，如初步建立無菌、純培養(yǎng)等基本概念和了解培養(yǎng)基的配制、無菌操作、顯微鏡的使用、移液器的使用和PCR 操作等基本技術(shù)，并在進入微生物學(xué)實驗課堂之前提交科研實驗室鍛煉總結(jié)材料?？蒲袑嶒炇移陂g學(xué)習(xí)能力和實驗成果作為實驗預(yù)習(xí)評價材料之一。

(三)過程控制——發(fā)揮微生物學(xué)綜合大實驗對學(xué)生能力的整體提升作用

經(jīng)過8 周的微生物學(xué)理論學(xué)習(xí)和8 周科研實驗室的基本實驗與技能的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對微生物學(xué)有相應(yīng)的了解，并能獨立完成一些微生物學(xué)的基本實驗操作能力，也對綜合大實驗有自己的實驗技術(shù)路線和思考。在此基礎(chǔ)上，我們將以往實驗教學(xué)中相對獨立的8 個大實驗有機的組織起來，主要以單細胞微生物——細菌為對象，以“蛋白酶/脂肪酶/淀粉酶微生物的分離純化及產(chǎn)酶微生物的初步鑒定”為題，將土壤、水樣等環(huán)境樣品中微生物的分離、純化、培養(yǎng)、功能微生物的篩選、微生物的形態(tài)和分子鑒定、微生物的保存等涉及的實驗理論基礎(chǔ)和實驗基礎(chǔ)有序地組織起來(圖2)，集中4～6 周時間指導(dǎo)老師協(xié)助學(xué)生完成綜合大實驗。同時，為完全覆蓋微生物學(xué)實驗教學(xué)大綱的教學(xué)要求，我們將單細胞真核生物酵母菌的直接計數(shù)等穿插在細菌菌落計數(shù)的環(huán)節(jié)，將酵母菌和典型絲狀真菌的形態(tài)觀察穿插在革蘭氏染色實驗之后。不同的計數(shù)方法、不同的微生物物種顯微形態(tài)的比較教學(xué)能加深學(xué)生對微生物顯微結(jié)構(gòu)的認識和研究方法的理解。

圖2 微生物學(xué)綜合大實驗的實驗設(shè)計

1.學(xué)生是實驗課堂的主體

學(xué)生帶著自己的出發(fā)樣品，帶著自己的實驗設(shè)計進入實驗室，學(xué)生需要梳理實驗所需試劑及實驗設(shè)備，準備玻璃器材和試劑，配制試劑，調(diào)試教實驗設(shè)備，統(tǒng)籌安排資源。從根本上將實驗課上所學(xué)的知識和技能應(yīng)用到科研工作中。從基礎(chǔ)技能練習(xí)開始到有主題性的研究實驗，再到探索性研究實驗等一系列專業(yè)實踐教學(xué)加入學(xué)生理論和實踐學(xué)習(xí)階段效果的大檢驗，也是整體提升學(xué)生各方面能力的系統(tǒng)科研訓(xùn)練。同時，學(xué)生作為實驗活動的主體，能體驗實驗成功時的興奮與快樂，實驗失敗時的沮喪與難過，了解科學(xué)研究的真諦。

2.發(fā)揮老師的糾錯和解惑作用

進入實驗室前，老師應(yīng)對學(xué)生提交的實驗方案進行認真審閱，經(jīng)過與學(xué)生討論后，制定出更加切實可行的實驗方案。在學(xué)生動手做實驗過程中，與學(xué)生互動，進行個別指導(dǎo)、糾錯及引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)。注重學(xué)生對實驗過程、實驗結(jié)果的分析和記錄，以及學(xué)生在出現(xiàn)問題時能協(xié)助學(xué)生找到有效的解決辦法。

(四)嚴把出口關(guān)——實驗報告及考核的規(guī)范化要求

增加“單人考核”和“場景出題”的實驗考核環(huán)節(jié)。主要圍繞教學(xué)大綱要求掌握的基本實驗操作方法和教學(xué)過程中學(xué)生容易犯錯的知識點，比如顯微鏡的規(guī)范操作、細菌的革蘭氏染色法、平板劃線、平板涂布和試管接種等無菌操作方法、微生物顯微計數(shù)方法、不同類型微生物菌落形態(tài)識別、PCR 操作步驟、微生物保存和微生物分類鑒定的方法等，微生物學(xué)課程組老師集體命題并建立實驗知識口試題庫。考試現(xiàn)場，以學(xué)生抽簽或老師隨機抽題的方式選擇題目，要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)作答，時間一般為3～5 min。教師可根據(jù)學(xué)生答題情況，有針對性地進行1～2 個問題的提問。“單人考核”和“場景出題”的考核形式，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，表現(xiàn)在上課能夠認真聽講，實驗中反復(fù)練習(xí)，熟練掌握所有實驗理論和操作技術(shù)。這種方式的考試還可以積極思考，解決實踐問題的能力，并能鍛煉學(xué)生的語言組織和表達能力，促進學(xué)生綜合能力的提高。

開展微生物學(xué)綜合大實驗之后，實驗考核和實驗報告不再是一個個獨立實驗的簡單實驗原理、實驗步驟和結(jié)果分析，而是一個系統(tǒng)工程。據(jù)此，我們參照科研論文的寫作規(guī)范，對實驗報告的撰寫提出規(guī)范性要求，包括標題、綜合實驗原理、具體實驗原理與方法(詳細的操作步驟)、實驗結(jié)果和討論與總結(jié)等。實驗報告展示如圖3 所示。

圖3 微生物學(xué)綜合大實驗學(xué)生實驗報告展示

四、建設(shè)效果

課程教學(xué)實踐效果體現(xiàn)在如下方面：①學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)風(fēng)氣轉(zhuǎn)變，求知欲和主動學(xué)習(xí)的興趣增強，學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)，從忽略平時學(xué)習(xí)、期末突擊應(yīng)考的狀態(tài)調(diào)整為全程專注；②學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的整體提升，學(xué)生微生物基礎(chǔ)知識、實驗操作、學(xué)科前沿知識的捕獲能力和閱讀科技論文的能力進步明顯，獲得后續(xù)課程任課老師和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)老師的好評；③學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提高，通過努力教學(xué)團隊取得了一系列榮譽，多次榮獲學(xué)校教學(xué)成果獎，學(xué)生取得多項微生物相關(guān)國家級、省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎項；④教學(xué)團隊的持續(xù)改進和提高學(xué)生對學(xué)科的認可、熱愛，對更多、更新專業(yè)知識的需求會形成一種力量，倒逼任課教師加強專業(yè)知識、前沿知識和授課技巧等方面的全面提高，從而形成一種良性循環(huán)的局面。

五、結(jié)束語

我院自2016 年起，已連續(xù)三年在生物工程專業(yè)微生物學(xué)實驗課程中推行綜合大實驗改革，理論課程中注重對學(xué)生基本實驗原理和實驗設(shè)計思路的培養(yǎng)，實驗課程則要求學(xué)生從實驗設(shè)計、實驗材料準備、實驗結(jié)果的分析和科研報告的寫作等方面全面提高動手能力和科研素養(yǎng)，實現(xiàn)在教學(xué)全過程中激發(fā)和鼓勵學(xué)生的批判性思維及創(chuàng)新能力、促進個性發(fā)展及提升教學(xué)質(zhì)量的內(nèi)涵式發(fā)展目標。目前，微生物學(xué)課程組在教學(xué)團隊建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容持續(xù)改進、實驗教學(xué)考核環(huán)節(jié)探索等方面進行了探索，取得了一定的經(jīng)驗，以上舉措的有力實施，具有一定的推廣價值。通過這樣的實驗改革，使學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得以提高，但實驗項目內(nèi)容還需要進一步提升優(yōu)化，考核方式尚待完善。