嚴(yán)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(shí)驗(yàn)以一切肉眼看不見(jiàn)或看不清的微小生物為研究對(duì)象，有獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)，也可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。因此，高等院校廣泛將微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(jìn)科研研究和本科教學(xué)跨越式發(fā)展。以此為契機(jī)，我院微生物學(xué)課程組立足微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程面臨的挑戰(zhàn)和存在的問(wèn)題，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高學(xué)生動(dòng)手和獨(dú)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行了微生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)改革。

一、微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程定位

自2004 年建院以來(lái)，我院一直將微生物學(xué)和微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)手操作、實(shí)驗(yàn)技能和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)的課程定位

二、微生物實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

課程開(kāi)設(shè)之初，我院將微生物學(xué)必須掌握的無(wú)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(shí)驗(yàn)技術(shù)分解成8 個(gè)相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)開(kāi)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(xì)菌革蘭氏染色、形態(tài)觀察；③顯微鏡直接計(jì)數(shù)法測(cè)定酵母菌數(shù)量；④霉菌形態(tài)觀察；⑤紙片擴(kuò)散法(Kirby-Bauer)藥物敏感試驗(yàn)；⑥培養(yǎng)基的制備、實(shí)驗(yàn)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(cè)定。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟記相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程環(huán)節(jié)，輕實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)后環(huán)節(jié)，為確保能在有限的學(xué)時(shí)完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要用到的培養(yǎng)基、染液和試劑配制，實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)試等實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作都是專職實(shí)驗(yàn)老師提前做好，不需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析或者僅需要簡(jiǎn)單分析；②重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，輕探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室只需要按照實(shí)驗(yàn)操作手冊(cè)按部就班地完成，就多數(shù)能得到預(yù)期的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果答案相對(duì)固定；③重實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，輕綜合能力培養(yǎng)，授課重點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)基本原理、基本操作和相關(guān)儀器設(shè)備的使用規(guī)范，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間缺少關(guān)聯(lián)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驗(yàn)證一條理論知識(shí)或是強(qiáng)化一種實(shí)驗(yàn)技能，而忽略運(yùn)用這些技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力培養(yǎng)。以上不足，也是微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的共性問(wèn)題。

三、微生物綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

(一)加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

以往我院微生物實(shí)驗(yàn)課授課都是由專職實(shí)驗(yàn)老師完成，而實(shí)驗(yàn)老師不參與微生物理論課的教學(xué)，更偏重于實(shí)驗(yàn)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(jí)實(shí)驗(yàn)師組成，課程組建成后，微生物學(xué)課程組全體教師參與實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，且分工明確，相互配合。實(shí)驗(yàn)老師負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室試劑采購(gòu)和設(shè)備管理，協(xié)助教學(xué)，專業(yè)老師則負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)具體指導(dǎo)。理論課程是實(shí)驗(yàn)課程的根基，實(shí)驗(yàn)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(kāi)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的方式，推動(dòng)學(xué)生結(jié)合課堂理論知識(shí)，查找文獻(xiàn)資料，并設(shè)計(jì)綜合性大實(shí)驗(yàn)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(shí)，也達(dá)到了有效預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的目的，避免了學(xué)生預(yù)習(xí)不足就進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)象，也有助于學(xué)生將學(xué)到的基本實(shí)驗(yàn)技能、教師傳授的知識(shí)融會(huì)貫通，為提升實(shí)踐能力和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)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(yàn)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)微生物學(xué)前沿知識(shí)的掌握，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)微生物學(xué)學(xué)習(xí)和研究的興趣。

(二)夯實(shí)課前準(zhǔn)備——發(fā)揮科研實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(tái)有10 個(gè)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(shí)驗(yàn)室均具備從事微生物相關(guān)科研訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的風(fēng)氣和傳統(tǒng)，且微生物學(xué)和微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)在大三上學(xué)期，學(xué)生課余時(shí)間相對(duì)較多，也為本科生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室提供了可能。

結(jié)合學(xué)院“專業(yè)興趣培養(yǎng)提升計(jì)劃”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提升計(jì)劃”“實(shí)踐創(chuàng)新能力提升計(jì)劃”，利用微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的這一學(xué)期1～8 周學(xué)生的空余時(shí)間，我們有意識(shí)地組織學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)。在此期間，學(xué)生要完成微生物基本理論和基本實(shí)驗(yàn)相關(guān)規(guī)定動(dòng)作，做到微生物理論知識(shí)到實(shí)驗(yàn)中去體會(huì)和檢驗(yàn)，如初步建立無(wú)菌、純培養(yǎng)等基本概念和了解培養(yǎng)基的配制、無(wú)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(jìn)入微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂之前提交科研實(shí)驗(yàn)室鍛煉總結(jié)材料?？蒲袑?shí)驗(yàn)室期間學(xué)習(xí)能力和實(shí)驗(yàn)成果作為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)評(píng)價(jià)材料之一。

(三)過(guò)程控制——發(fā)揮微生物學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生能力的整體提升作用

經(jīng)過(guò)8 周的微生物學(xué)理論學(xué)習(xí)和8 周科研實(shí)驗(yàn)室的基本實(shí)驗(yàn)與技能的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)微生物學(xué)有相應(yīng)的了解，并能獨(dú)立完成一些微生物學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)操作能力，也對(duì)綜合大實(shí)驗(yàn)有自己的實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線和思考。在此基礎(chǔ)上，我們將以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中相對(duì)獨(dú)立的8 個(gè)大實(shí)驗(yàn)有機(jī)的組織起來(lái)，主要以單細(xì)胞微生物——細(xì)菌為對(duì)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(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)有序地組織起來(lái)(圖2)，集中4～6 周時(shí)間指導(dǎo)老師協(xié)助學(xué)生完成綜合大實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，為完全覆蓋微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的教學(xué)要求，我們將單細(xì)胞真核生物酵母菌的直接計(jì)數(shù)等穿插在細(xì)菌菌落計(jì)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(shí)驗(yàn)之后。不同的計(jì)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(duì)微生物顯微結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和研究方法的理解。

圖2 微生物學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.學(xué)生是實(shí)驗(yàn)課堂的主體

學(xué)生帶著自己的出發(fā)樣品，帶著自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生需要梳理實(shí)驗(yàn)所需試劑及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，準(zhǔn)備玻璃器材和試劑，配制試劑，調(diào)試教實(shí)驗(yàn)設(shè)備，統(tǒng)籌安排資源。從根本上將實(shí)驗(yàn)課上所學(xué)的知識(shí)和技能應(yīng)用到科研工作中。從基礎(chǔ)技能練習(xí)開(kāi)始到有主題性的研究實(shí)驗(yàn)，再到探索性研究實(shí)驗(yàn)等一系列專業(yè)實(shí)踐教學(xué)加入學(xué)生理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)階段效果的大檢驗(yàn)，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(shí)，學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的主體，能體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)成功時(shí)的興奮與快樂(lè)，實(shí)驗(yàn)失敗時(shí)的沮喪與難過(guò)，了解科學(xué)研究的真諦。

2.發(fā)揮老師的糾錯(cuò)和解惑作用

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，老師應(yīng)對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行認(rèn)真審閱，經(jīng)過(guò)與學(xué)生討論后，制定出更加切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案。在學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，與學(xué)生互動(dòng)，進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)、糾錯(cuò)及引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。注重學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和記錄，以及學(xué)生在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能協(xié)助學(xué)生找到有效的解決辦法。

(四)嚴(yán)把出口關(guān)——實(shí)驗(yàn)報(bào)告及考核的規(guī)范化要求

增加“單人考核”和“場(chǎng)景出題”的實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)。主要圍繞教學(xué)大綱要求掌握的基本實(shí)驗(yàn)操作方法和教學(xué)過(guò)程中學(xué)生容易犯錯(cuò)的知識(shí)點(diǎn)，比如顯微鏡的規(guī)范操作、細(xì)菌的革蘭氏染色法、平板劃線、平板涂布和試管接種等無(wú)菌操作方法、微生物顯微計(jì)數(shù)方法、不同類型微生物菌落形態(tài)識(shí)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(shí)驗(yàn)知識(shí)口試題庫(kù)。考試現(xiàn)場(chǎng)，以學(xué)生抽簽或老師隨機(jī)抽題的方式選擇題目，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)作答，時(shí)間一般為3～5 min。教師可根據(jù)學(xué)生答題情況，有針對(duì)性地進(jìn)行1～2 個(gè)問(wèn)題的提問(wèn)?！皢稳丝己恕焙汀皥?chǎng)景出題”的考核形式，營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，表現(xiàn)在上課能夠認(rèn)真聽(tīng)講，實(shí)驗(yàn)中反復(fù)練習(xí)，熟練掌握所有實(shí)驗(yàn)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(shí)踐問(wèn)題的能力，并能鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言組織和表達(dá)能力，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提高。

開(kāi)展微生物學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)之后，實(shí)驗(yàn)考核和實(shí)驗(yàn)報(bào)告不再是一個(gè)個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果分析，而是一個(gè)系統(tǒng)工程。據(jù)此，我們參照科研論文的寫作規(guī)范，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫提出規(guī)范性要求，包括標(biāo)題、綜合實(shí)驗(yàn)原理、具體實(shí)驗(yàn)原理與方法(詳細(xì)的操作步驟)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論與總結(jié)等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告展示如圖3 所示。

圖3 微生物學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告展示

四、建設(shè)效果

課程教學(xué)實(shí)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(dòng)學(xué)習(xí)的興趣增強(qiáng)，學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，從忽略平時(shí)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(shí)、實(shí)驗(yàn)操作、學(xué)科前沿知識(shí)的捕獲能力和閱讀科技論文的能力進(jìn)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(píng)；③學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提高，通過(guò)努力教學(xué)團(tuán)隊(duì)取得了一系列榮譽(yù)，多次榮獲學(xué)校教學(xué)成果獎(jiǎng)，學(xué)生取得多項(xiàng)微生物相關(guān)國(guó)家級(jí)、省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)項(xiàng)；④教學(xué)團(tuán)隊(duì)的持續(xù)改進(jìn)和提高學(xué)生對(duì)學(xué)科的認(rèn)可、熱愛(ài)，對(duì)更多、更新專業(yè)知識(shí)的需求會(huì)形成一種力量，倒逼任課教師加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)、前沿知識(shí)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(yǔ)

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(shí)驗(yàn)課程中推行綜合大實(shí)驗(yàn)改革，理論課程中注重對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)課程則要求學(xué)生從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和科研報(bào)告的寫作等方面全面提高動(dòng)手能力和科研素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)在教學(xué)全過(guò)程中激發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生的批判性思維及創(chuàng)新能力、促進(jìn)個(gè)性發(fā)展及提升教學(xué)質(zhì)量的內(nèi)涵式發(fā)展目標(biāo)。目前，微生物學(xué)課程組在教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容持續(xù)改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核環(huán)節(jié)探索等方面進(jìn)行了探索，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，以上舉措的有力實(shí)施，具有一定的推廣價(jià)值。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)改革，使學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得以提高，但實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容還需要進(jìn)一步提升優(yōu)化，考核方式尚待完善。