時間:2023-06-05 10:16:36
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇微生物學實驗,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
微生物學作為生物相關專業的基礎課程,是多學科交叉研究的基礎,同時也是一門實踐性、應用性很強的學科。微生物學中滅菌、分離、培養等技術的拓展和滲透,使得動植物細胞培養手段也更加廣泛[1]。無菌技術和保藏技術等其它微生物學技術在醫療衛生、制藥工業、食品生產、環境污染處理等生產領域中也得到廣泛地應用[2]。由此可知,微生物學實驗教學對專業技能的培養具有十分重要的作用。教育理念的持續更新,也對高等教育的內涵進行了轉變和拓展。實踐教育的目的主要是促使學生轉變成自身知識結構的設計者。為了發揮學生的主導性,使被動學習轉變為主動學習,成為學習的主體[3]。在微生物學實驗課程中后期,專門設立開放時間段,給定實驗目的和實驗條件,教師引導學生按照自己的興趣設定實驗方案,小組成員進行分工準備實驗材料,完成實驗操作,分析實驗現象并總結實驗結果。通過這種主動學習的方式,充分調動學生對科研的興趣,取得良好的教學效果,現將我們開展設計性實驗的一些做法和體會報告如下。
1開展設計性實驗的重要性
微生物這門學科涉及的內容十分豐富、涵蓋知識面較廣、實踐應用性很強,傳統的實驗教學體系已不能滿足學生今后參與社會工作后的發展需求[4]。目前高校的實驗教學由于學生人數相對較多,儀器設備有限,學生只能遵循教學大綱安排好的學時,在有限的時間內到實驗室做規定的實驗項目,而且教學內容大多以驗證性實驗為主,實驗深度不夠,設計性實驗相對較少,實驗教學效果與實際應用相差較大,這種教學模式造成學生跟隨教師被動學習,積極性不高,缺乏對實驗技術進一步了解的興趣[1]。教學過程不能有效激發學生的求知欲和創造性,其結果是很難培養出熟練實驗操作的創新人才,也很難培養出操作熟練的技工。按照微生物學實驗教學進度的安排,學生在進行設計性實驗之前,經歷了系統的微生物實驗操作學習,這些學習內容包括:實驗一、培養基的制備;實驗二、消毒與滅菌;實驗三、土壤微生物的分離;實驗四、微生物的接種;實驗五、顯微鏡的使用及簡單染色法;實驗六、細菌革蘭氏染色及形態觀察;實驗七、微生物數量的測定;實驗八、微生物大小的測定。學生反復訓練了基本的微生物接種、純化、保存等操作技能;對進行科學實驗的思路也有了一定程度上的認知。然而這一系列的實驗操作都是相對分散進行的,如何能促使學生將這一系列實驗內容連接起來,在一個實驗內容框架下,把這一系列的實驗技術都運用來解決某一實際問題,成為培養學生的重要環節[5]。因此,開展設計性實驗,讓學生自主選題,通過一系列的實驗操作來解決某個科學問題顯得尤為重要。
2開展設計性實驗的方法
2.1實驗選題
多數同學都認為開展設計性實驗選題十分困難,根本的原因在于之前的實驗都是教師準備好既定的實驗項目,學生往往在此過程中并未思考這些項目的來源。對于如何在實驗中心現有的條件下擬定實驗項目毫無基礎,對實驗材料、實驗試劑如何應用到實驗項目中來也無任何概念[6]。我們在實踐過程中,明確教師在實驗項目的選擇上起到的是引導作用,對于儀器設備、藥品試劑等給出詳盡的范圍,鼓勵小組成員間協商解決,互相取長補短,綜合成員的意見,然后擬定出適合本組成員的實驗項目。實踐中,我們一方面鼓勵學生選擇一些與生活密切相關的內容開展實驗,如部分小組同學選擇了《根際土壤微生物的分離與鑒定》、《酸奶中乳酸菌的分離與鑒定》、《自來水中微生物菌群分析》等實驗項目,多數學生都對與生活密切相關的內容表現出濃厚的興趣。另一方面我們也鼓勵學生從教師的科研項目中選擇相關且簡單易操作的內容來開展。例如部分學生開展了《食用菌的收集與鑒定》《、食用菌的制種-以農業廢棄物為原料》等實驗項目,這些實驗項目不僅可以培養學生的實驗操作技能,更重要的是與科學研究密切結合起來,學生在這個訓練過程中認識微生物學實驗是如何應用到科研工作中,甚至部分學生將相關的實驗項目申報大學生創新創業項目,極大地增加了學習動力。
2.2實驗操作
對實驗項目擬定后,進入實驗操作環節。設計性實驗從某些方面來說是驗證性實驗大綜合,在開展設計性實驗的時候,之前學習的培養基配制、顯微鏡使用,微生物系列稀釋,消毒與接種,微生物培養與保藏等內容都得到一次匯總復習[7]。學生根據設計的實驗方案,自己動手準備實驗,實施實驗方案。實驗過程中,教師要求學生做詳細的記錄,例如菌落形態、菌體大小、生長速度等。實驗數據處理,實驗結果總結,實驗報告完成,均由學生在實驗室開放時間段內自行完成。在這一階段,對學生實驗操作技能的培養、觀察分析能力都得到很大的提升。其中《酵母菌的分離與鑒定》小組出色完成了實驗項目。實驗選擇生活較易獲得的葡萄作為材料,從培養基的配制、菌株分離、菌體形態觀察都獨立完成。整個實驗過程進行了詳細地記錄,實驗結果用圖片展示出來,并且分析也十分透徹,出色地完成了一個設計性實驗。
2.3實驗總結
建立在對實驗過程及實驗結果有詳細記錄的基礎上,要求學生完成實驗報告總結,包括實驗目的、實驗材料、儀器與設備、實驗步驟、結果與分析。部分小組實驗現象并非和預期的一致,教師通過引導學生對出現的現象進行分析,鼓勵學生對新出現的現象進行探討,可能說明了實驗的失敗,也可能說明這是一種新的現象,值得進一步的深入探討。部分小組的實驗結果不理想,教師鼓勵學生自己分析原因,完善實驗方案,改進操作方法,反復進行實驗最終取得滿意的結果。設計性實驗的評價并不簡單地依賴于是否取得圓滿成功的結果,而是綜合地衡量整個實驗過程的各個環節,包括組員間的協作精神。實驗報告的撰寫占很小的比重,更重要地是對實驗結果的分析。
3開展設計性實驗的體會
設計性實驗以6個人為一個小組,要求以小組為單位共同設計并完成實驗。在這一過程中,涉及的知識面比較廣泛、實驗內容豐富、工作繁雜,對于一個剛接觸微生物不久的學生,很難獨立完成這一工作,必須加強團隊合作,集體討論立題,明確分工,實驗實施過程中互助,發揮集體的優勢,這樣的協作過程使學生產生了團隊意識,培養了團隊精神,為今后的學習和工作都打下了良好的基礎。設計性實驗內容均為學生根據自己的興趣選擇,內容多樣,涉及的知識面較廣[8]。立題之初,需要教師對實驗方案的可行性進行審核,提出方案中可能存在的不足,與學生討論后完善方案。實施過程中可能會出現從未遇到的情況,以及可能會面對學生提出的各種問題,這些都是在其它實驗教學中沒有遇到的,這就要求教師具有較廣的知識面,而且必須在科研實驗的一線,不斷學習,提高自身的科研水平,才能有效地對學生進行指導。常規實驗教學以教師為主體,實驗準備工作都由老師完成,學生主動性差,僅按部就班完成,即使沒經過預習也可以按照老師給予的實驗步驟完成[9]。設計性實驗建立在常規實驗的基礎上,要求學生從實驗項目的選擇、實驗操作,實驗結果觀察到匯報考核都要自主完成,主觀能動性得到較大的發揮。將知識傳授和技能培養有機結合起來,突出學生的主體地位,促進實驗教學層次的提高。
4結語
設計性實驗教學的開展使學生有機會選擇自己感興趣的項目,有機會全程參與實驗過程,有機會涉足實驗材料的取得、實驗試劑的配制等[10]。通過實驗,加深對實驗原理的理解。盡管設計性實驗實施過程中存在一些不足,然而它在培養學生動手能力及科學思維方面優勢明顯,是今后實驗教學改革的一個重要方向[11]。我們通過這些嘗試積累經驗,結合社會生活的實際,拓寬設計性實驗的涉及面,增強知識的實用性,從而提高應用型本科院校學生的動手操作能力。
參考文獻
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1我校臨床微生物學檢驗實驗教學存在的問題
我校于2014年開始招收高職醫學檢驗技術專業學生,在此之前,主要教學對象為中職醫學檢驗技術專業學生。中職醫學檢驗技術專業側重于培養學生相關檢驗技術,而高職醫學檢驗技術專業在培養學生相關技能的基礎之上,還要培養學生科研思維能力與創新能力[1]。針對招生層次的變化,明確目前我校臨床微生物學檢驗實驗教學存在的問題,才能有的放矢。我校臨床微生物學檢驗實驗教學存在以下問題:(1)我校相關教師的中職臨床微生物學檢驗實驗教學經驗豐富,而高職課程教學目標和教學理念均有別于中職課程,需要相關教師進行深入學習和研究,探索更為科學的教學方案與教學手段[2]。(2)我校臨床微生物學檢驗實驗教學一般采用特定的形式開展,實驗步驟和結果都是確定的,學生缺少獨立思考機會,實踐能力和創新能力難以提高。這就需要將實驗教學與臨床實際聯系起來,并構建科學的臨床微生物學檢驗實驗教學體系[3]。(3)目前,我校臨床微生物學檢驗實驗教學與臨床實踐需求存在一定的差距,在今后的實驗教學過程中,學校應多與附近的醫院合作,充分利用其平臺的優質資源,開設應用性、綜合性實驗,開闊學生視野,提高教學質量。
2臨床微生物學檢驗實驗課程教學體系改革
2.1改變基礎實驗教學手段,建立以研究為主導的教學體系。基礎實驗著重培養學生實驗能力,強化專業基礎和實驗基礎[4]。本教研室對臨床微生物學檢驗基礎實驗教學方法進行改革,遵循以學生動手為主、教師示教為輔與多媒體教學彌補的原則,培養學生實驗能力。對于一些實驗室難以開展的最新實驗項目,教師可以通過微視頻演示給學生,讓學生了解學科最新研究動態和技術。具體基礎實驗教學過程中,讓學生參與實驗教學的每個環節[5],包括準備實驗、實驗過程、實驗研討、實驗總結以及科研活動,實現教學相長。學生輪流參與實驗準備過程,教師鼓勵學生在實驗過程中提出問題,組織學生以5~6人一組討論實驗過程中遇到的問題。實驗結束后,每組學生根據實驗結果以及遇到的具體問題進行總結,歸納成敗原因,總結經驗。2.2建立綜合性、設計性實驗教學體系。綜合性實驗是指在學生具有一定實驗基礎知識和基本操作技能的基礎上,對學生實驗能力與實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗[6]。設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件,由學生自行設計實驗方案。我校臨床微生物學檢驗課程實驗課和理論課學時比為1∶1,綜合性、設計性實驗教學體系的構建是培養臨床微生物學檢驗人才的關鍵[7]。我院傳統臨床微生物學檢驗實驗課程設計見表1,改革后的臨床微生物學檢驗實驗課程模塊設計見表2。本教研室將綜合性、設計性實驗教學分為以下幾個環節。2.2.1抽簽選擇臨床模擬標本。實驗教師準備臨床模擬標本,例如感染病原菌的尿液、血液、痰液、腦脊液、糞便等,學生抽簽進行實驗,兩名學生一組或者4名學生一組。2.2.2設計實驗方案。每組學生應用所學知識,擬定實驗方案,設計微生物學檢驗程序。2.2.3實施實驗方案。學生根據確定的方案進行實驗。在學生實驗過程中,教師引導學生獨立思考,協助學生解決在實驗過程中遇到的問題。教師應做到總體調控,把握學生實驗進度,保證其進行按時完成實驗。2.2.4實驗總結。實驗結束后,各小組撰寫實驗報告,同時對實驗進行總結,討論實驗結果的可信度,歸納實驗成敗原因,總結經驗教訓,完善實驗方案及實驗步驟。2.2.5成績評定。教師根據學生的實驗設計、實驗操作、實驗報告等對其進行綜合評定,給出綜合性、設計性實驗成績。2.3構建開放式的實驗教學模式。開放式的實驗教學模式是一種先進的現代化實驗教學方式,是有利于培養學生實踐能力、提高學生綜合素質的一種模式。開放實驗室不僅是時間和空間上的開放,更應該是實驗內容(實驗課程、實驗項目、研究課程)和師資的開放[8]。教研室每學期接納一些自愿參與研究的學生,學生利用課余時間走進實驗室,開展實驗研究,在此過程中,學生需要查閱大量資料以及進行簡單的課題研究,掌握課題設計思想和實驗技術,撰寫實驗研究論文,這能激發學生學習興趣,實現教學與科研一體化。2.4逐步建立醫院實踐體系。本教研室與長期從事臨床微生物學檢驗的醫技人員和教學經驗豐富的教師共同建立了醫院實踐體系。我院對2015級、2016級醫學檢驗技術專業進行教學改革,共6個班級,改革班學生在校掌握基本技能后,進入醫院接受實驗教學,共設接種、培養、鑒定3個項目,每個項目都有明確的教學內容和教學要求,同時對改革班學生期末考試成績和畢業實習期間的表現進行調查分析。
3臨床微生物學檢驗實驗課程考核體系改革
本教研室建立以能力考核為核心的實驗課程多元化考核模式,重視對學生實驗過程的評價[9]。實驗成績主要由基礎實驗成績、綜合性實驗成績、開放性實驗成績、臨床試驗成績組成。基礎實驗成績由教師給出,占總成績的30%;綜合性實驗成績包括小組成績和個人成績兩部分,其中小組成績由教師給出,占總成績的15%,個人成績由小組成員給出,占總成績的15%;開放性實驗成績由教師給出,占總成績的10%;臨床試驗成績由醫院帶教教師給出,占總成績的30%。
4討論
在臨床微生物學檢驗實驗教學過程中,教師利用新型教學手段,使學生掌握基本實驗操作技能,同時建立綜合性、開放式實驗教學體系,將實驗教學與科研活動緊密聯系起來,培養學生獨立思考、解決難題能力。此外,逐步完善開放性教學模式,提高學生學習主動性。實驗教學改革將課堂延伸到工作崗位,能幫助學生樹立正確的擇業觀和就業觀,增強學生職業認同感。實行多元化的臨床微生物學檢驗實驗課程考核方式,有助于提升學生獨立操作能力。
總之,多層次的教學模式既能強化學生基本技能訓練,又能培養學生分析問題、解決問題能力及創新能力,是培養具有創新思維的醫學人才的需要[10-12]。我校臨床微生物學檢驗實驗課程經過兩年改革實踐,取得了顯著成效:學生實驗成績優秀、良好率顯著上升,不及格率明顯下降;學生醫院見習實習合格率達100%,受到實習見習單位一致好評;畢業生受到用人單位的普遍好評,多家企業或醫院主動與我院醫學檢驗技術專業建立長期的用人關系;學生在臨床微生物學檢驗技能大賽中也多次獲獎。顯然,改革后的教學模式對學生掌握臨床微生物學檢驗知識、操作技能和培養職業素質及創新能力等有促進作用[13]。通過對臨床微生物學檢驗實驗課程進行改革,使學生扎實掌握免疫學、病原生物學基本知識和微生物檢驗技能,培養學生動手能力、創新能力、分析解決問題能力、溝通及團隊合作能力,同時使學生養成嚴謹、務實、細致、規范的職業習慣,具備檢驗工作者必需的綜合職業素質。
作者:馬麗娜劉思強朱愛軍龐珍單位:甘肅中醫藥大學定西校區
【關鍵詞】青年教師;教學能力;醫學微生物學與免疫學;教學效果
醫學微生物學與免疫學是重要的醫學基礎課程,而實驗教學在醫學微生物學與免疫學的課程中占有非常重要的地位。隨著我校醫學微生物學與免疫學的理論課學時被逐漸壓縮,實驗教學所占的比重逐漸增加,因此這兩門課程的實驗教學質量變得越來越重要。近年來,本校不斷加大師資隊伍建設力度,加快高層次優秀人才的引進和培養,大批青年博士研究生走上了講臺。在病原生物學與免疫學教研室,青年博士教師承擔了大量的實驗教學任務,成為教學隊伍的新生力量,因此盡快提升青年博士教師的實驗教學的能力,是提高實驗教學質量的關鍵。本文結合本校的實驗教學工作的實際情況,將青年教師在醫學微生物學與免疫學實驗教學中如何提高教學能力的一些體會總結如下。
1充分熟悉授課內容和授課學生,做好課前準備
青年教師上課前應充分“備課程”和“備學生”。醫學微生物學與免疫學是醫學及其相關專業學生的必修基礎課程,青年教師首先應認真研讀醫學微生物學與免疫學的理論教材和實驗教材及其相關專業書籍,全面熟悉教學大綱。根據教學任務,對不同專業的授課內容和重難點等做到有所取舍和優化。其次,青年教師應積極參與集體備課。為保證實驗教學的規范和質量,在開設新實驗課的前一周,本科室的所有授課教師和實驗技術人員都要進行集體備課。在集體備課中,會針對實驗課中的重難點及實驗操作中的注意事項,進行充分交流,便于青年教師更好地掌握實驗課程的教學內容和教學技巧。同時,青年教師還要充分了解不同專業學生的基礎知識及其對所學知識的掌握程度,進而選擇或調整教學方法。
2積極參與實驗準備,做好預實驗
青年教師應積極參與實驗準備工作。醫學微生物學與免疫學實驗的影響因素很多,除了實驗者的操作因素之外,還有一些客觀因素決定實驗的成敗,如:試劑的配制和儲存條件,儀器的操作等。醫學微生物學與免疫學實驗課程的準備工作均由我校國家級基礎醫學形態實驗教學平臺的實驗技術人員準備,從而影響了青年教師對實驗準備過程的全面了解。為此,本教研室與醫學形態實驗學教學平臺相關人員積極溝通,讓青年教師參與實驗準備工作。青年教師通過參與實驗準備,能夠加深對試劑配置及儀器使用要求等事項的認識,熟悉實驗教學過程中的每一個環節,從而勝任實驗教學任務,保證實驗課的教學質量。青年教師應主動做好預實驗工作。做好預實驗是上好正式實驗課的提前。預實驗不僅能夠了解實驗細節,掌握規范的操作方法,還能預見學生實驗過程中可能出現的問題。本教研室安排青年教師參與預實驗工作,對實驗過程和結果做到心中有數,這樣便于青年教師在實驗課程教學過程中,能夠做到有的放矢,突出講解及操作要點,保證學生掌握實驗操作要領,提高實驗教學效果。
3選取靈活多樣的教學方法,積極互動,及時總結,提高學生分析、解決問題能力
根據醫學微生物學與免疫學的實驗教學內容的要求,本教研室將兩門課程的實驗教學進行整合,在保證驗證性實驗的基礎上,增加了綜合性實驗[1],培養學生綜合應用能力。在學生實驗操作前,青年教師可以先運用案例、板書、多媒體、畫圖等多種方法和手段對實驗內容進行講解,便于學生更好地理解實驗目的,提高教學效果。例如:醫學微生物學與免疫學是與臨床和生活密切相關的課程,引入臨床及生活有關的案例,結合實驗內容和目的講授能讓學生更加認識到學有所用,從而激發了學生的學習興趣。在實驗操作示教時,青年教師首先做到實驗操作熟練、準確和規范;在關鍵的操作步驟需要反復演示,保證學生掌握實驗的操作要領,能夠順利完成實驗。在學生實驗過程中,青年教師要不斷進行巡查指導,觀察學生的操作方法是否正確,對不規范的操作及時糾正,并加以操作示范,使學生領會操作技巧,提高動手操作能力;對實驗操作規范和結果較好的學生進行鼓勵;對于不愿動手操作的學生進行監督;對學生操作過程中發現的問題及時處理。通過巡查指導,與學生及時進行實驗教學的互動,建立良好的師生關系,提高學生對實驗的興趣和積極性。實驗結束后,青年教師應對實驗結果及時總結討論。對與預期結果不符甚至是錯誤的實驗結果要及時分析、討論,通過提出問題的啟發式教學形式,提高學生分析實驗相關問題的能力。此外,青年教師對學生的實驗報告應認真批改,對實驗報告中出現的問題進行詳細記錄,并通過分析實驗報告中的問題對學生的實驗進行總結,在下次實驗課反饋給學生,對實驗結果分析和討論認真的同學進行表揚,提高學生實驗操作和書寫實驗報告的規范性及分析問題的能力。
4積極參與教學改革活動,推進科研促實驗教學,提高學生科研思維能力
目前,隨著我國高等教育教學的改革與發展,青年教師應積極主動學習教育法,及時轉變教學理論,充分利用現代教學手段與方法以及采用不同教學模式促進實驗教學,如問題式教學[2]、互動式教學[3]、案例教學[4]以及翻轉課堂[5]等。青年教師平時應多聽教學改革相關講座,并參加一些教學改革活動或者申請教改課題。通過對不同教學模式的學習與應用,更好地提升自身的教學水平。尤其是,近年來引進的博士青年教師,其科研能力較強。青年教師應該利用其科研能力強的優勢,積極開展科研促進實驗教學活動[6]。一方面,青年教師在自己從事的科研課題中,應充分發掘與實驗教學有關的內容指導學生,鼓勵學生對所學的實驗內容做進一步的探索。另一方面,青年教師應將平時自己查閱的科研知識融入教學,激發學生的學習興趣,這樣既有利于青年教師教學水平的提升,又有助于培養學生的科研思維創新能力。青年教師還可以通過指導大學生創新計劃項目,帶領學生參與科研,讓學生在實踐中領會科研思路,并充分調動學生的實驗積極性,鞏固醫學微生物學與免疫學的理論和實驗教學內容,培養學生探索新知識的興趣和提高實驗操作的能力。
5積極參加教學技能培訓活動,盡快完成從學生到老師的角色轉變
本教研室按照學校的要求,為每一位新近青年教師安排了一位教學經驗豐富的指導教師,并制定了詳細的培養計劃、具體措施和目標,要求青年教師至少聽取帶教導師一個學期的課程,學習其實驗教學方法、技巧和教學特點。依托學校教師教學發展中心教學技能提升平臺,要求青年教師積極參與各種教學技巧的培訓活動,如崗前培訓、教學觀摩、專題培訓、主題教學沙龍和課堂教學實踐等。教研室安排青年教師對實驗教學內容進行試講,對青年教師普遍存在的知識點講解不到位、語言組織邏輯性不強等問題加以一對一指導改進;并要求青年老師完成實驗教學的相關考核,考核合格后,才能從事實驗教學工作。青年教師除了按照學校學科安排的培訓計劃外,還應該積極聽取各類教學公開課,以及其他學科教學經驗豐富教師的理論和實驗課,觀摩他們怎樣組織課堂教學,學習他們上課的優點,并在實驗教學實踐中不斷探索適合自己的教學方法,盡快完成青年教師從學生到老師的角色轉變,逐漸形成自己的教學風格。
6從教學實踐中不斷總結教學經驗,提高自身教學能力
青年教師必須意識到教學能力的提高是自己在高校立足的根本,而教學能力的提高是一個長期的漸進的過程,需要青年教師付出辛勤的汗水。為此,青年教師應積極進行教學活動的總結。在每次教學活動結束后,青年教師都應該把教學過程中出現的優點與不足、一些體會加以思考和總結,不斷自我反饋與改正,逐步完善醫學微生物學與免疫學專業知識,提升教學技能。總之,青年教師要積極主動了解國際國內高等教育尤其是醫學教育改革形勢,根據不同專業培養目標的要求,充分了解授課對象和授課內容,掌握多樣的教學方法,參與多種教學活動和教學改革,積極開展科研促教學活動,并不斷的進行經驗總結,這樣才能有效提高醫學微生物學與免疫學實驗課的教學能力,達到滿意的教學效果。
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關鍵詞 醫學微生物學 教學 實驗課 設計性實驗
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A
實驗課可以進一步加深學生對理論課的知識的理解和記憶,也是提升學生觀察能力、操作能力、思維能力、運用能力等智力因素的一個重要途徑,也是培養學生創新能力和創新精神的一個重要手段。①因此,實驗教學在知識、能力、素質的培養方面具有其它教學方式不可取代的重要地位和作用。然而,目前包括我校在內的大部分高校的醫學微生物學實驗教學大多為驗證性實驗,其基本模式是教師為學生準備好所有的實驗材料,并按照預先制定好的實驗程序安排學生機械地完成規定的實驗內容。②這嚴重制約了學生的主動性和積極性,不利于學生創新能力和獨立工作能力的培養,不利于學生個性的發展。因此,迫切需要在實驗教學中引入能啟發學生創造力的設計性綜合實驗。
設計性實驗是指由學生自行設計實驗方案,并在教師指導下加以實施的一種實驗課教學模式。它將學生在已有的理論知識基礎上,進一步有目的地獲取新的知識,可調動學生的學習積極性、主動性,最終提高學生發現分析和解決問題的能力。③為提高實驗課的教學質量,《普通高等學校本科教學工作水平評估方案(試行)》中明確了設計性實驗的重要性和在整個課程中所占的比例。④本文分析本教研室今年來采用的設計性實驗教學的實踐活動,探討了微生物設計性實驗的教學模式、教學方法和教學組織形式。
1 本文的設計性實驗教學的思想
近年來,在世界范圍內發生了一些新型傳染性疾病,如禽流感和豬流感病毒導致的人的感染、NDM-1超級耐藥細菌的感染等,引發高度關注。為了激發學生的學習興趣,我們將相關病原微生物的關鍵分子,如流感病毒血凝素和NDM-1金屬- -內酰胺酶等的原核表達引入實驗課中,并開展設計性實驗教學研究探索。在學生完成基礎實驗的前提下,我們指導學生設計實驗,表達上述關鍵分子;最后指導學生撰寫論文,并模仿研究生答辯的方式進行總結匯報。我們希望在實驗中引入受到廣泛關注的新型病原微生物,并且采用臨床醫學生向往的分子生物學技術,以激發學生對醫學微生物學的學習興趣,提高學生的科研能力。在這一過程中,我們也嘗試建立一套適合于培養我校臨床醫學專業的醫學微生物學和實驗課的教學體系。
2 設計性實驗教學的實施方案
2.1 實驗前的準備
我校的醫學本科生課程中,生物化學、分子生物學和醫學微生物學分別依次在第三個連續的學期開課。因此,在生物化學開課的學期,我們從32個實驗班中選取所有課程總平均成績相差在5分以內的6個班,隨機將這6個班分成兩組,每組三個班。其中一組為實驗組,采用上述實驗教學方法,另一組采用常規教學方法。通過年級的學習部向實驗組學生發放相關資料,讓學生初步了解實驗課教學改革的思想,并建議學生在完成正常的課程學習后,重點學習分子生物學相關技術原理,如PCR及DNA瓊脂糖凝膠電泳、質粒提取、DNA酶切及連接、感受態細胞制備、蛋白誘導表達、SDS-PAGE等,為下學期實驗課中所需的分子生物學知識扎實的基礎。
在開課前四周,利用課余時間,進一步向學生講授上述技術原理,操作步驟及注意事項。并采用閉卷考的形式,檢查學生對相關知識的掌握情況。最后,教師親自操作,向學生演示上述實驗技術的操作要領。
2.2 設計實驗方案
在設計性實驗開始的前8周里,我們規定學生在兩周內,以《分子克隆實驗指南》(第三版)為主要參考書目,并在CNKI或highwire等數據庫中查閱一定量的文獻,然后采用小組討論的方式,完成具體實驗方案的制定。然后由指導教師對實驗方案提出修改意見,進行修改,在第8周末確定最終實驗方案。
2.3 實驗操作
從第9周開始,學生根據自己設計的實驗方案,利用課余時間進入實驗室開展實驗。在此后的四周時間里,實驗室全天對學生開放,為學生配備所需的實驗材料、試劑、培養基和儀器等。在學生實驗期間,安排教師全時段值班并陪同學生實驗,解決學生在實驗過程中遇到的問題,并確保實驗室安全,以防出現事故。學生在實驗過程中做實驗記錄,寫實驗報告。
2.4 實驗論文的撰寫及實驗匯報
在實驗前和實驗中,分多次系統地向學生講解論文寫作的相關知識,首先講解論文寫作的意義、一般要求,然后用舉例的方式,重點講解摘要、前言、材料和方法、結果和討論的格式和具體要求。在實驗完成后,指導每個小組的學生完成論文寫作,并幫助學生修改論文,在反復修改后,以小班為單位,要求各組將自己的論文以PPT報告的形式,按照研究生畢業答辯的要求進行交流,并擇優在全班范圍內進行交流。
3 教學方法的成果分析及問題總結
在多年的教學實踐中,我們發現,雖然每個實驗班在實驗的過程中會遇到一些問題,但是經過四~五周的實驗,每個實驗小組最終都能完成實驗方案的全部內容,并能獨立完成論文寫作和實驗總結報告。通過認真分析學生的學術論文和總結匯報,并且最后比較實驗班和非實驗班的醫學微生物學這門課程的期末考試成績,我們認為,本教研室采用的設計性、創新實驗取得了滿意的效果,完全達到預期的目的。這種教學模式的成果主要表現在以下幾個方面:
3.1 設計實驗課對醫學微生物學學習的促進作用
我們采用的是綜合性實驗,實驗過程中需要用到多種分子生物學和基本的微生物學技術和操作,通過系統的訓練,學生的實驗操作能力明顯得到提升。從實驗考核(表1)來看(以2010級本科生為例),實驗班高分段(>90分和80分~90分)人數和平均成績明顯高于非實驗班。這表明與傳統的實驗教學模式相比,新實驗教學模式在培養和提高學生的動手能力方面有較大的優勢。在學生準備及實驗過程中,針對實驗方案所涉及的領域查閱一些相關資料,對相關病原微生物學的基本特性、致病機制等方面的內容有了進一步的熟悉和理解,從而豐富了微生物學知識體系。因此,值得一提的是,在實驗班的期末考試的成績(表2)也顯著高于非實驗班(以2010級本科生為例),這表明設計實驗可以提高學生對醫學微生物學課程學習的興趣,增強了學生對微生物學知識的學習、理解和記憶的能力。
3.2 學生的科研能力得到提高
3.2.1 文獻調研、論文寫作能力得到了提高
由于在實驗方案的準備及論文寫作的過程中需要參考資料,每個實驗小組都在網絡數據庫查閱了相關的文獻,并查閱了相關的圖書資料,因此,學生查閱文獻的能力在這一過程中得到了有效的鍛煉和提高。由于要求學生按照公開發表的學術論文的格式進行論文寫作,而在這一過程中,學生必須認真總結自己的實驗過程和實驗數據,并對實驗數據進行適當的分析和討論,而且在論文寫作過程中,需要反復按照老師的意見和建議進行修改,因此,在這一過程中不僅有效鍛煉了學生的文字功夫,還使他們系統分析問題的能力得到了較大的提高。最后由于我們要求每個實驗小組安排一名同學進行實驗總結報告,在這一過程中,學生需要自己組織PPT多媒體文件,并進行匯報。
3.2.2 科研思維和實驗技能得到了有效的訓練
本實驗需要用到較多的分子生物學技術,此外,還需要用到培養基配制、細菌分離培養及鑒定(蛋白表達宿主菌)、無菌操作技術、感受態細胞制備及發酵技術等微生物學技術。在開展實驗前,學生必須首先理解相關的技術原理,然后將實驗所需的多項實驗技術組成一個有序、連貫的有機整體。這一過程的深度和廣度是傳統實驗課的內容無法達到的。在規定內容實驗課上,學生每次學到的是一項或幾項實驗技術,而在自主設計實驗過程中,學生自主地組合并綜合應用這些技術。在實驗過程中,學生組成團隊分工合作,密切配合,共同完成了實驗,這培養了他們的團結合作精神。學生往往需要要進行1~2次的復復實踐才能掌握這些技術,尤其是當出現問題時,實驗重復的次數會增加。學生在老師的指點下,分析并解決問題,不僅掌握了技術本身,而且學會了分析并解決問題的科研思維能力。
3.3 教師的素質獲得提高
首先,我們所采用的自主設計實驗難度接近科研課題,教師必須具備較強的科研能力才能順利完成該實驗,因此對施教老師的素質和能力也提出了更高的要求。其次,教師需要自己開展預實驗,并向學生講述實驗技術的原理、示范相關操作要領;再次,在制定實驗方案的過程中,教師要在查閱相關文獻資料的基礎上,才能發現學生擬定的實驗方案中存在的問題,這對促進教師的教學起到了積極作用。教師在于學生交流的過程中,自身的科研水平也得到了提高,更有利于實驗教學工作,從而達到以教促學,以學促教,教學相長,共同發展的良性循環。
4 存在的問題及對策
為了完成自主設計實驗,本教研室的教師付出了比傳統教學實驗更多的時間和精力,做出了更多的犧牲。首先,需要我們在上學期就要開始為該學期的實驗設計進行提前宣傳,做好準備。在自主設計實驗的過程中,教師要利用業余時間為學生講解相關病原微生物的各種知識、各個實驗技術的原理和操作注意事項。在指導學生修改實驗方案的過程中,需要對學生的實驗方案進行修改。在實驗過程中,即使是在晚上和周末,只要學生做實驗,教師就要全時段值班,指導實驗。因此,教師需要花大量的時間。這就要求我們的教師必須有無私奉獻的精神,要對工作負責,從工作的角度出發,不計較個人得失。
5 總結
與傳統的驗證性實驗相比,我們所采用的設計性實驗首先通過具有轟動效應的病原微生物激發學生的實驗興趣和熱情。其次,我們的設計性實驗使學生由被動學習轉變為主動學習,由“授之以魚”轉變成“授之以漁”。這種實驗課的教學模式首先直接提高了醫學微生物學的實驗技能,并間接增強了醫學微生物學的學習效果。它在培養學生解決問題能力和創新能力方面的作用遠遠超過傳統的驗證性實驗。在完成自主設計實驗的過程中,學生對科研工作有了初步的認識,對查閱資料、設計方案、開展實驗、進行報告和總結等方面進行了初步嘗試,積累了一定的經驗,這為今后繼續學習,積累了一定經驗,奠定了基礎。雖然我們在醫學微生物學實驗教學中進行了上述的嘗試,也取得了一定的成績,但是當然還存在一定的問題,這需要我們堅持在教學改革的道路上繼續探索。
注釋
① 陳瓊華,錢黎明.微生物學實驗教學改革中培養學生創新能力的探索.中山大學學報論叢[J].2006.26(6):22-26.
② 易力,,陳萬光等.推進微生物學實驗教學改革培養學生的綜合能力[J].實驗室科學,2010.13(1):10-11.
醫學微生物學實驗是醫學微生物學教學過程中的重要環節之一,是理論與實驗研究的技術基礎。醫學微生物學實驗可以使學生加深鞏固對理論知識的理解與記憶,學習掌握有關的基木操作技能,培養實事求是的科學態度,提高獨立分析問題、解決問題的能力。要實現實驗課的上述目的,提高實驗教學質量,完善的實驗準備是前提。現結合自身體會談談如何做好微生物學實驗課的準備工作。
1 熟悉教材,掌握基本技能
實驗準備工作是實驗技術與專業理論、相關專業理論的有機結合。微生物學實驗若沒有扎實、全面的理論知識的指導,是不可能得到理想的實驗結果。實驗教材是實驗的基本指南,準備實驗首先要對實驗教材進行認真閱讀,明確實驗目的和掌握實驗原理,熟悉實驗操作步驟。例如:“IMViC”試驗是由吲哚試驗、甲基紅試驗、VP試驗和檸檬酸鹽利用試驗組成的一組實驗,用于腸桿菌科細菌的鑒定。哪些細菌在哪種試驗中呈現陽性結果,在哪種試驗中呈現陰性結果,這就需要掌握腸桿菌的生理生化反應特性,熟悉各種培養基的成分。實驗技術人員只有做到這一點才能對實驗結果有較準確的預見性,實驗準備才會得心應手,做到既知其然,亦知其所以然,從而提高實驗準備效率。
實驗技術工作是技術性很強的工作,實驗技術人員除掌握全面的理論知識外,還應掌握基本操作技能,包括細菌的接種及劃線分離、細菌及特殊結構染色、動物采血及接種等,掌握相關儀器設備的使用和維護,包括顯微鏡、離心機、水浴箱和高壓滅菌器等。嫻熟的操作技能是保證實驗準備得以順利進行的重要條件,只有做到正確使用、熟練和規范操作,才能得到準確結果[1]。
2 周密計劃,合理安排
醫學微生物學實驗有其獨特的特點,實驗對象是活的微生物,不同的微生物其培養條件、培養特征不同,需要準確把握最佳生長期進行實驗。如大腸桿菌的革蘭染色實驗要提供活躍生長期的菌種,因為這時菌體的細胞壁的成分和結構最為典型,孵育不能超過24小時,孵育時間過長會因為菌體老化而影響染色結果;又如做病毒的雞胚接種實驗時,需要在12天前開始孵育雞受精卵,以得到適當胚齡的雞胚。實驗教學過程中還涉及到如實驗儀器、玻璃器皿、藥物、動物等。因此,每次實驗均需要周密計劃,根據實驗項目、開課時間、實驗班級及分組合理安排,確保實驗教學得以順利進行[2]。
3 集體備課,溝通交流
實驗技術人員在實驗準備之前必須要了解教師對實驗內容是否有新的要求,確定實驗用哪幾種細菌培養基,所用的細菌是哪幾種,所準備的患者標本的性質,所用試劑的劑量,并統一技術操作標準。這些問題都可以在集體備課上得到解答。一次微生物學實驗課往往需要準備一周或更長的時間,所以實驗課的集體備課安排在兩周前進行。只要在集體備課上主動與實驗教師溝通交流,就不會出現實驗課的內容與實驗準備的不一致而影響學生實驗的順利進行。每次實驗課時盡可能進實驗室了解查看學生的實驗進展情況和實驗結果,以檢查自己實驗準備工作的好壞,發現問題及時解決。此外,我們還與教師保持緊密聯系,共同討論研究新技術、新實驗方法,不斷提高實驗教學的效果。
4 認真做好預實驗
預實驗是微生物學實驗教學的重要環節,對實驗教學有著重要的意義。微生物學實驗受許多因素的制約,在實驗過程中哪怕極小的失誤都會造成實驗的失敗,影響實驗的順利進行及學生實驗結果的觀察。如細菌、病毒在長期保存和反復傳代過程中,會出現變異或被污染的可能;使用不同批次的試劑做出來的實驗結果也可能有差異。因此不做預實驗,就很難保證正式的實驗課上出現我們預期的結果。預實驗是檢查實驗準備的最好方法,所以預實驗一定要提前做、認真做。通過預實驗使實驗技術人員可以充分了解實驗中的難點、疑點和注意事項,了解所準備的物品是否齊全、適用,實驗儀器是否調試得當,藥品試劑是否有效。這樣能夠發現問題及時糾正,為學生實驗教學提供借鑒,以避免實驗過程中出現失誤,保證實驗的可靠性,提高學生實驗的準確率和成功率。
5 勤于記錄、善于總結
微生物學實驗準備工作繁瑣而復雜,即使是有幾年工作經驗的實驗技術人員也難免會出現遺漏,因此平時積累經驗顯得尤其重要。在實驗準備工作中注重積累、勤做記錄,將每1次實驗所需的試劑、實驗儀器、實驗動物,以及難點、注意事項、結果分析做詳盡記錄。每學期的微生物學實驗項目不會有很大的變化,所做的記錄可為以后同一實驗的準備工作提供依據,使實驗準備工作逐步趨于程序化,不僅能有效地減少實驗準備工作量又能提高準備效率。這樣堅持下去,還能改正不足、吸取教訓、學習經驗,逐學期、逐年完善實驗準備工作。
參考文獻:
[1] 沈 澄,葉知秋.重視實驗準備工作保證實驗教學質量[J].現代醫藥衛生,2006,22(23):3496.
【關鍵詞】 醫學檢驗 綜合設計 教學方法
[ABSTRACT] Objective To observe the effect of developing comprehensive design on Microorganism Analysis teaching in training students’ ability. Methods This program was carried out in experimental teaching for students majoring in madical laboratory enrolled in the year of 2004. Results The students’ innovation thinking, synthetic capability, performance ability improved markedly. Conclusion The results convince that this program promote learning interest of students, improve teaching atmosphere, elevate the practicality and creativity the of students.
[KEY WORDS] Laboratory medicine; Synthetic design; Teaching method
檢驗專業專科人才培養目標是培養以實驗性工作能力為主的檢驗技師,因此,實驗教學就成為醫學檢驗專業教學的重要環節,我校醫學檢驗專科學生在校學習期間,其《微生物學檢驗》專業課的理論課為66學時,實驗課為51學時,實驗課學時占總學時的40%以上,實驗課教學內容的改革與研究也成為能否實現檢驗專科人才培養目標和達到質量要求的主要因素[1]。為了培養善于思考、勇于創新、適合臨床發展需要的高級醫學檢驗人才,同時進一步強化醫學檢驗專業學生的動手能力,我們在2004年級醫學檢驗專業專科學生探索并實施了《微生物學檢驗》綜合設計性實驗,取得了較好的效果。
1 實驗設計及程序
1.1 實驗設計
實驗設計過程由主講教師向學生提出,并要求學生閱讀實驗指導,查閱文獻資料,對整個實驗過程有感性認識,并提出設想。由于學生理論知識的不足,實驗設計方案主要由主講教師和實驗教師完成,結合實驗指導寫出綜合設計性實驗程序及實驗項目下發學生(表1)。
表1 綜合設計性實驗項目臨床模擬標本(略)
1.2 綜合設計性實驗程序
發給學生臨床模擬標本,以糞便標本檢測為例,要求學生進行分離鑒定,并發出檢驗報告。這一過程分為無菌操作,增菌培養,選擇性培養基的選擇,平板的分區劃線,可疑致病菌落的挑選,革蘭染色及鏡下讀片,觸酶、氧化酶及其他重要生化實驗的觀察,血清型鑒定和KB法藥敏試驗等多個檢驗項目。每個項目的操作均由同學單獨完成,并由實驗老師進行操作規范中的錯誤糾正。
2 實施過程
以模擬臨床糞便標本為例,能加深學生對腸道桿菌科的兩種常見致病性細菌:沙門菌屬細菌和志賀菌屬細菌的認識,培養其獨立思考能力,增強其責任感、成就感和協作精神。
2.1 培養基的制備
微生物學實驗對象需要活的、新鮮的材料才能生長繁殖,因此大部分微生物學實驗材料都要提前做準備。此外,由于完成一個菌屬細菌的檢驗需要多個種類的培養基,這不可能由一個學生制備所有自己所需要的培養基。因此,這就要求學生能相互協作交流,每個同學只需制備一個種類的培養基,所有同學共同使用。
2.2 模擬標本的制備
主講教師和實驗教師準備,將沙門菌屬或志賀菌屬的細菌接種于GN增菌液中保存送檢,要求作為菌種的細菌形態、生物學特性、生化反應等典型,血清學凝集現象明顯。
2.3 實驗項目的制定
由模擬糞便標本可進行未知細菌的檢驗,其中包括微生物學基本實驗技術(涂片、染色、顯微鏡鏡檢),微生物的分離、鑒定技術(培養基制備、無菌操作、平板分區劃線、斜面接種、接種針穿刺接種、液體培養基接種),微生物免疫技術(血清學玻片凝集實驗),應用微生物技術(KB法藥敏試驗),等等。這些都是最基本的微生物檢驗實驗項目,能將微生物學理論與臨床實踐結合起來。見圖1。
2.4 分析總結
每完成一個綜合設計性實驗項目,學生在教師的指導下寫出實驗報告,同時針對實驗環節及過程中已經出現和可能出現的問題進行討論、總結和分析,盡可能地發揮學生主觀能動性,積極探討實驗設計中的利與弊,參與檢驗方法與步驟改革,以便更好地應用于臨床。
2.5 開放實驗室
為了配合綜合設計性實驗的實施,盡可能地增加學生動手能力,使學生對每個實驗項目及環節都能保質保量完成,我們采取延長實驗時間、開放實驗室、現場解答實驗問題等措施,確保每個學生遇到的難題及時得以解決。
3 討 論
《微生物學檢驗》是檢驗專業的主要專業課之一,其內容雜亂,章節間邏輯性較差,知識點分散,理論性強,實踐性更強。它既有獨立性,又有系統性,同時與臨床密切相聯系,所以在學生中開展綜合設計性實驗很有必要。高職高專教育不同于本科與研究生教育,其培養目標是培養具有較強的基礎理論知識、熟練的操作技能,工作在市、縣級醫院第一線的技師,因此強化學生實踐操作和技能訓練就非常必要[2]。
綜合設計性實驗的主要宗旨在于使學生學習一定的實驗方法和技術,培養學生創新思維、動手能力及獨立工作能力,它有傳統實驗不可替代的優勢[3]。通過《微生物學檢驗》綜合設計性實驗的完整實施,使學生加深了對微生物學檢驗理論知識的理解,從而掌握了微生物的生物學性狀和培養特性,熟悉了微生物學檢驗的基本方法及臨床應用。從實驗的角度看,該綜合設計性實驗包括了微生物學基本實驗技術,微生物分離、鑒定技術,微生物免疫技術,應用微生物技術等重要的微生物學技術,從而使學生的綜合設計能力有所提高,達到了實驗課的培養要求,為學生畢業后從事臨床微生物檢驗的工作及科研奠定基礎。
《微生物學檢驗》綜合設計性實驗的實施結果表明,綜合設計性實驗避免了學生實驗做完就忘的問題,培養了學生創造性思維及獨立工作的能力,使學生真正成為實驗的主體。
【參考文獻】
[1]景曉紅,曹勵民,姜鳳良,等. 免疫學檢驗綜合設計性實驗的探索及實施[J]. 延安大學學報:醫學科學版, 2005,3(2):63.
【關鍵詞】微生物學實驗 生物工程 教學改革
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2012)03-0009-02
生物工程是在20世紀飛速發展起來的,由微生物學、化學、生物化學、化學工程、計算機等學科交叉結合發展而成的一門新興復合學科,被視為人類21世紀三大前沿學科之一。生物工程技術廣泛應用于農業、工業、醫學、藥物學、能源、環保、冶金、化工原料等領域,經過短短幾十年的發展,已成為新世紀推動社會進步的關鍵技術之一,生物工程產業也逐步成為推動國家經濟發展的新的經濟增長點,它必將對人類社會的政治、經濟、軍事和生活等方面產生巨大影響,為世界面臨的資源、環境等問題的解決提供好的方案。
微生物學是生物工程專業的核心課程,是研究微生物在一定條件下的形態結構、生理生化、遺傳和變異以及微生物的生態、進化、分類及其與人類、動物、植物、自然界之間的相互作用等生命活動規律的一門學科。作為一門實踐性較強的應用生物學科,微生物學實驗是微生物學教學過程中極為重要的一個部分。在強調理論學習的同時,同步進行經典的微生物學實驗,已成為生命科學類各專業本科學生微生物學教學的特點。通過實驗教學,能提高學生的實際動手能力,加深對理論課的理解,使學生更好地將理論與實踐緊密地聯系起來,做到學以致用。
而傳統的微生物學實驗教學模式屬于“填鴨式”教學,通常以教師為中心,學生只是被動地按照實驗要求和操作步驟依樣畫葫蘆,使實驗流于形式,教學效果較差。為了培養出符合社會需要的生物工程專業的人才,就必須對微生物學實驗教學進行改革。課題組在多年的微生物學實驗教學中,逐步總結出了一些提高教學效果的方法和措施,現總結如下,以期為該課程的改革提供一些思路和參考:
一 重視實驗教學
實驗課教學是微生物學一個極為重要的內容,通過實驗教學能激發學生的學習興趣,啟迪學生思維,對于培養其科學方法和創新精神均能產生積極有效的作用。但長久以來,高等教育中重理論輕實踐的觀念一直存在于學生,甚至部分教師頭腦當中,這種觀點的存在從主觀上降低了學生對課程學習的積極性。試想學生如果認為某一課程并不重要,他怎么可能去學好它?生物學是當今發展最為迅速的學科之一,知識更新很快,新技術層出不窮,高校生物學教師在教學觀念上應不斷更新,提高對人才培養工作的認識,把技能培養看成人才培養的關鍵。因此,在微生物學課程的教學過程中,無論是理論課還是實驗課教師都要向學生反復強調實驗教學的重要性,改變學生長久以來形成的輕視實驗課的觀念,為實驗課教學創造一個良好的主動學習氛圍。
二 引入多媒體教學
微生物學實驗中有許多實驗操作技術,如制片、接種、平板劃線分離、涂布等,許多技術又涉及無菌操作,通常情況下都是由教師講解、示范后,學生親自操作。但由于實驗教學的特殊性(如實驗室面積大,學生不易聽清老師的話;實驗器材多,容易吸引學生注意力等),學生注意力經常不集中,不理會老師的講解。以至于我們經常發現在講解時反復強調的問題,許多學生在實際操作過程中會照犯不誤。為了提高老師在講解示范環節的教學效果,在自治區以及學校教改項目的資助下,課題組根據我系生物工程專業微生物學實驗的教學內容,拍攝了整套實驗操作的教學視頻,并制成了多媒體教學課件。在授課過程中,通過播放多媒體視頻,能吸引學生的注意力,最后再由教師歸納、總結。在這兩方面的作用下,絕大部分學生都能掌握微生物學實驗的基本操作技術。
三 重編教材,改革實驗報告制度
針對微生物學實驗,有許多公開發行的教材,但由于各個高校的實際教學情況各不相同,這些教材對于某一獨立的微生物學實驗教學來說并不是最完美的。如某些我們在實驗教學中反復遇到的問題在教材中并未提及;某些實驗原理,教材中講解得過于簡單,學生并不能很好地理解。為了解決這一問題,課題組針對本系微生物學實驗教學的具體情況,重新編寫了教材,教材的編寫掌握3個原則:(1)越詳細越好;(2)原理性的知識點一定寫得易懂;(3)在適當的地方對容易出現的問題進行說明。通過這一措施,我們發現很多問題學生都能在教材中找到答案,而不是一頭霧水地得過且過了。
在實驗報告撰寫中,學生通常花了大量的篇幅來描寫實驗原理、目的、實驗步驟這些“死”內容,而對結果的分析和討論幾乎沒有。高等教育的目的,就是要培養學生分析問題、解決問題的能力,而實驗教學就是訓練學生這一能力的最有效的方法和手段,但傳統的實驗教學卻往往忽略了學生對實驗結果的分析和討論。針對這一問題,課題組在教學過程中不再要求學生撰寫實驗原理、實驗目的、實驗步驟等內容,但必須對結果、思考題以及實驗過程中遇到的問題進行分析,并以此為實驗報告評分。
四 引入考試制度
長久以來,實驗課程作為理論課的配套課程,往往沒有考試環節。受此傳統觀念的影響,雖然如今絕大部分高校的微生物學實驗課都已單獨設課,但也缺少考試環節,一般是通過實驗報告的優劣來判定課程成績。缺少了考試環節,學生也就缺少了壓力,對課程的重視程度會下降,學習的主動性自然也會降低,學習的效果會大打折扣。為了提高教學效果,課題組在微生物學實驗課的最后設置了考試環節,每個學生都要單獨進行考試,成績占總成績的30%。考試分理論考試和實際操作2個部分,理論考試由學生隨機抽取10道選擇題進行解答,實際操作又分為顯微鏡使用和無菌操作2個內容。考試由2名老師負責(實驗室老師和主講老師),一人負責理論考試和顯微鏡使用,一人負責無菌操作。每次考試有2名同學參加,在考完理論和顯微鏡使用后,進入到無菌操作環節,此時另2名同學進入考場,考試理論和顯微鏡使用,依次類推。在考試過程中,教師根據制定的實驗操作評分標準為學生評分(見下表,供參考),不及格者重考。通過這一方法,增強了學生對微生物學實驗課的重視程度,對于提高教學效果十分有幫助。
五 注重“授漁”
微生物學實驗是一門理論與實踐緊密結合的課程,不僅要使學習者加深對理論知識的掌握,更要培養他們的動手能力和分析問題、解決問題的能力。而在傳統的微生物學實驗課程的教學中,從實驗課內容的設置到教師的教學觀念上都忽略了對學生這些能力的培養。課題組在實驗教學中,針對學生實踐能力的培養以及實際的生產情況,設計了相應的實驗,如:環境微生物的分離、殘糖和總糖的測定、發酵罐使用等,并在教學過程中強調教師要引導學生對實驗結果和問題進行分析,以逐步培養學生分析問題和解決問題的能力。
六 開設綜合性的實驗課程
傳統的微生物學實驗教學模式屬于“填鴨式”和“保姆式”的教學,通常以教師為中心,學生只是被動地按照實驗要求和操作步驟依樣畫葫蘆。為了提高微生物學實驗的教學效果,強化學生對實驗技能的掌握,課題組在微生物學實驗這一課程之外,又設置了微生物學綜合實驗課程,目前設計了“環境中酵母菌的分離與酒精發酵”和“常見食品中大腸桿菌總數的測定”兩個實驗。通過開設綜合性實驗,能將傳統的“以教師為主體”的教學模式轉變為“以學生為主體,教師為主導”的教學模式,能大大激發學生的學習興趣。在綜合實驗過程中,學生從最簡單的洗刷玻璃器皿開始,逐步深入地開展實驗,有利于從整體上把握實驗教學的內容及要求,易于學習和記憶。同時也使學生經歷了一個類似于科研工作的流程,初步培養了他們從整體上把握實驗進展的能力,對提高他們今后的就業競爭力大有益處。
七 總結
培養高素質的創新型人才是我國高等教育的重要任務。實踐教學是提高學生動手能力、思維邏輯性、分析和解決問題的能力的最有效方法,是創新型人才培養必不可少的教學手段。微生物學實驗作為生物工程專業最為核心的實驗類課程,對于培養出合格的人才極為重要。針對如何提高微生物學實驗的教學效果,國內各高校的教育工作者提出了大量的改革措施和手段,課題組認為目前微生物學實驗教學中比較重要的、迫切需要解決的問題主要有以下幾個方面:
1.對實驗教學不夠重視
如前文所述,高等教育中一直存在著重理論輕實踐的觀念,這種觀念的存在,從根本上阻礙了實驗教學的改革。因而,要想提高實驗教學的教學效果,首先就要提高對實驗教學的重視程度。
2.學生輕視對實驗結果的分析
對實驗結果和問題的分析,是一個人思維能力的綜合體現。長期的訓練能提高思維的邏輯性,有效培養學生發現問題和解決問題的能力,對于學生的成長有極大的好處。而目前的教學卻常常忽略這一點,教師往往認為只要學生能完成實驗就好,因而沒有積極引導學生對實驗中遇到的問題進行分析。
3.設備欠缺
微生物學實驗教學包含了眾多獨立的或有聯系的實驗內容,涉及許多實驗器材。有的學校由于經費問題,不能滿足一人一套設備的需求,往往采用多人共用一套的方式來解決。這樣一來,常常會形成一人操作、多人看的局面,使教學效果大打折扣,但這又是學校自身難以解決的。因此,還需要國家和地方政府加大對學校的扶持力度,建設好實驗教學的平臺,為微生物學實驗教學的開展奠定基礎。
參考文獻
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關鍵詞:微生物學實驗課程;多學科融合;教學改革;教學質量;創新能力
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)47-0108-03
微生物學是生物學和生命科學領域中極為重要的基礎性學科,同時也是生物工程和生物技術專業的核心課程。由微生物學的發展史不難看出,該學科最重要的特征就是具有實驗性和實踐性,同時具有很強的應用性。微生物學實驗教學既是對微生物基本理論的深化和鞏固,又是培養學生觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題能力的最有效途徑,更是培養學生創新能力、科學思維和提高對本專業學習興趣的重要手段。因此,在開設微生物學課程時,微生物學實驗也是既重要又十分必要的課程。我校的生物工程、釀酒專業和生物技術三門本科專業盡管分屬于工科、理科性質,但均側重于培養本領域具有國際視野、創新思維和解決實際問題的高素質人才。特別是我校“國家生命科學與技術人才培養基地”的人才培養目標明確定位為“培養適合社會發展的具有創新精神、實踐能力和創業能力的新世紀高層次工業生物技術人才”。同時,微生物學是多個相關學科的聯系紐帶,特別是生物化學、分子生物學、細胞生物學和發酵工藝學等本專業的學科平臺課程和專業核心課程,均依賴于微生物學科的支撐。同樣,微生物學和微生物實驗課程的知識體系、基本理論和前沿進展又離不開其他學科的支撐,因此,在學科交叉與知識融合的背景下,在本科課程設置和教學模式改革中,我們特別注重微生物學實驗教學的教學模式改革和實踐效果。
一、微生物學實驗課程的傳統教學模式及不足
微生物學實驗是微生物學的重要組成部分,也是微生物學教學的重要環節。從培養人才目標上來看,微生物學實踐教學與微生物理論教學具有同等重要的地位,甚至更高。就我校生物工程專業,微生物學理論課程設定40學時,而實驗課程設定48學時,這也從一定程度上反映了實驗教學的重要性。傳統的實驗教學雖有區別,但總的來看多以單元操作實驗、結果驗證實驗為模塊進行課程設置,其出發點是以掌握基本實驗技能,加深基本概念和理論為目標的。就其出發點來看,傳統的實驗教學設置課程體系是發揮了良好的效果。但是,對照培養高素質、寬口徑和創新型生物工程人才的培養目標來看,傳統的實驗教學仍有一些不足之處,概況起來有以下幾點。一是在主觀認知上,認為實驗課的目的是驗證課堂講授的理論內容,常采用實驗課堂上教師單純講解示范,學生一味跟蹤模仿,造成了學生被動接受知識的效果。長此以往,實驗教學形式僵化,學生上課興趣降低,導致最終的教學效果很難達到預期目標。二是實驗教學內容的設計上呈現點狀式、碎片化特征,驗證實驗過多,綜合型、設計型實驗環節較少。這種實驗內容的設計優點是強調對基礎實驗技術的掌握,但是很難充分激發學生的創新思維和探索未知世界的興趣。三是實驗安排上采取每周有實驗,理論課和實驗課并行的特征,導致一些連續性的實驗難以及時完成。這種實驗課程學時的安排布局看似合理,實則不符合微生物學實驗的基本規律,因為有些微生物學實驗需要半天、一天甚至更長時間才能完成,而零碎的時間打斷了實驗的節奏,導致不可預知的實驗結果,更為重要的是沒有給學生充分的時間去思考、分析和吸收消化所學知識,教學效果肯定大打折扣。為此,我們在吸收、總結傳統實驗教學精髓的基礎上,根據工科專業人才的培養特征,探討和嘗試了一些微生物學實驗課教學的新舉措。
二、微生物實驗教學改革的探索與實踐
1.微生物實驗課程的體系改革。傳統的微生物學實驗主要包含無菌技術、染色技術、純培養技術、顯微技術這四大技術。如前所述,一方面,這些實驗技術是基本的微生物學實驗操作,隨著生命科學特別是微生物學科的快速發展,僅僅開設這樣實驗內容是跟不上學科發展的步伐的,因此微生物實驗教學體系結構也要有相應的改革和創新,必須體現新內容、新技術、新方法和新進展。另一方面,實驗課程通常將這些實驗技術分散在相對獨立的實驗單元中,各單元之間缺乏方法和內容的有機結合,形成割裂的教學效果,難以有效地培養學生完整的知識體系,融會貫通的理解能力。這種傳統的教學形式不利于創新型人才的培養。因此,我們在課程實驗教學環節,重構課程實驗的教學內容和課程體系,增加綜合和設計型實驗比重,進行基本技能和創新能力的交叉遞進式培養。
首先,通過單元操作技能訓練,培養學生的基本實驗技能(即染色技術、顯微技術、無菌技術、純培養技術)和動手能力。本部分內容主要包括細菌、放線菌、酵母和霉菌的形態學特征;微生物培養基的配制和接種;微生物培養基的配制與滅菌等。單元操作訓練是認識微生物、了解微生物的入門技能,也是開展微生物學研究和微生物工程必備基本技能。在開展單元實驗過程中,為提高學生的積極性和實驗興趣,首先結合教學錄像進行講解,在實驗的關鍵點設置思考題,在觀看錄像過程中,老師隨時就問題和學生互動,讓學生對實驗原理不僅要知其然,還要知其所以然。在問題設置上要能夠從細節入手,讓學生學會知識的交叉運用、思維方式的靈活拓展。如在進行培養基滅菌實驗中,首先設置問題1:常見的滅菌方式有哪些?其適用范圍和特點有哪些?根據所學理論知識和老師引導,學生很容易回答這個問題。接著,設置問題2:無菌操作時,超凈臺面和雙手表面如何殺菌?通過這個問題與接種操作技術結合起來。設置問題3:我們在消毒時為何用70%左右的酒精而不是用無水乙醇?通過這個將微生物學和生物化學兩個學科進行了有機交叉,實現了知識的融合。緊接著設置問題4:如果工程發酵罐中發現了噬菌體污染,如何消毒?這個問題將理論問題與發酵工程相結合,該問題要求學生既要掌握理論知識,也要熟悉發酵工業才能很好地進行回答。通過四個環環相扣的問題實現了知識的遷移、交叉和融合。其次是通過綜合實驗設計,強化學生基本實驗技能和微生物學基礎理論知識的應用。在這一部分中,首先由教師將一系列獨立單元實驗設計成圍繞為解決某一模擬課題而展開的系列關聯的實驗環節,然后學生利用微生物理論知識結合基本實驗技能,在遵循微生物基本原理基礎上在一定范圍內自主選擇實驗對象。讓學生學習和掌握相關的實驗技術和方法并學會對不同實驗結果進行分析比較。以自來水中大腸桿菌菌群檢測為例,利用微生物的生理生化實驗進行微生物的鑒定,并對照水質檢測的國家標準來安排實驗。在這個實驗過程中,不僅利用了微生物學基本實驗操作,而且還將大腸桿菌的形態學特征、生理生化特征以及菌種鑒定等知識融合到實驗中。更為重要的是,讓學生直接認識到微生物特別是大腸菌群在水質監測中作為指標菌的重要應用。再次,通過設計型實驗,提升學生利用微生物學理論和實驗技術開展工業微生物菌株選育的能力。在這一層次上采用學生自主設計、老師負責把關的開放式實驗教學模式,強化工程概念和實踐特征。學生通過完成前面兩個階段的實驗,對微生物基本理論和實驗技能有了較好的理解和掌握。在此基礎上,開放式的實驗教學按照自由組合分組、獨立設計實驗方案、協同完善內容安排、時間分配,強調團隊合作的基本原則開展實驗。老師在整個過程中要起著引導、啟發作用。例如:以“從自然界中篩選產酸性淀粉酶(或有機酸)的芽孢細菌”研究課題開展實驗為例。學生需要完成如下工作:通過生境分析明確采樣地點;完成采樣并查找或自行設計快速檢出方法;進行富集和選擇培養;篩選獲得相對優良的產生菌株;初步鑒定和發酵實驗。整個環節的完成不僅可以提高學生對實驗課的學習興趣,強化團隊協作能力,更重要的是使他們獲得一個真實的實驗研究過程的鍛煉。最后,設置交叉學科的創新課題,引導學有余力的同學積極參與授課老師的相關科研課題,激發學生對生物工程和生命科學的興趣。如前所述,微生物與分子生物學、生物化學、遺傳學、生物信息學等學科有著廣泛的交叉與聯系,當今工業微生物育種技術在多學科交叉融合的發展趨勢下取得了長足的進步。因此,培養創新潛力大、科研素質高的學生,普通的實驗設計難以滿足需要。我們在不斷的探索過程中,初步形成了創新課題的形式,讓部分學生真正參與到科學研究的第一線。創新課題實驗按照學科交叉、由易到難、注重創新的原則設置。在學生能夠獨立完成小型課題的基礎上,再進一步融入到研究生課題的探索中。如,以“表達綠色熒光蛋白的重組大腸桿菌構建”為課題,將微生物學、分子生物學、生物化學、基因工程、生物信息學等相關學科知識交叉、融合其中,讓學生在探索中創新,在創新中實現寬口徑、厚基礎型的人才培養目標。
2.微生物實驗課程的課時安排和考核模式改革。如前所述,傳統的實驗教學課時安排導致不適宜于微生物實驗課程的開展。為了避免分散的課時導致教學效果的降低,教務部門在安排班級教學任務時,會統籌考慮不同課程的差異性,在協調優化課時安排的基礎上,排出相對完整的時間安排微生物實驗課程教學。另外,任課教師統籌利用下午和晚上連續較長的時間開展教學工作。實踐證明,優化課程學時結構,合理安排教學課時能夠保障實驗的連貫性、一致性,提高學生的積極性,從而顯著提升教學效果。考核是實驗教學體系的重要環節,是評估學生學習成效的重要手段。傳統微生物學實驗考核方式相對單一,通常以實驗報告為主,考勤情況等為輔綜合評定的方法作為考核手段。這種評價方法盡管具有標準公平、成績公正、易于操作等優點,不足之處在于導致學生僅注重實驗結果和實驗報告的書寫,而忽視了實驗過程中發現問題、分析問題和解決問題能力的培養,更重要的是這種考核模式難以真實反映學生對微生物學理論和實驗技能的綜合分析能力和創新能力。因此,我們也對微生物學實驗課程考核方法進行了一些探索和嘗試。
首先,我們認為考核的內容不僅應包括對實驗原理的理解和基本實驗技能的掌握,還應包括分析和解決問題的能力、團隊協作精神以及科學嚴謹的態度。因此,實行實驗過程與結果并重的考評方法對于培養學生良好的實驗技能和求真務實的科學態度很有必要。
其次,在加強對實驗課程的管理和考核規范的前提下,淡化和簡化實驗報告中操作步驟按部就班的抄寫,注重結果分析和討論,并在實驗結束后布置一些開放性的思考題讓學生完成。這樣,不僅能促使學生通過查閱資料解決問題,增強其學習主動性和分析問題的能力,也能避免學生對實驗結果作假和抄襲實驗報告的現象發生。
再次,分類考核,全面考查。對于一次實驗課能夠完成的單元操作實驗,指導教師應當場檢查學生的實驗完成情況和結果,發現問題當場指出并評定課堂表現成績。教師將根據實驗課堂表現和實驗報告完成情況,對每個單元實驗的綜合成績進行評分。對于需要多次實驗才能完成的綜合性和設計性實驗,要求提供詳細的原始記錄、實驗結果分析報告作為實驗成績考核的重要依據。
三、結語
江南大學生物工程學院的微生物學理論教學和實驗教學在多年來不斷探索和改革的過程中,逐漸形成了具有特色的學科平臺課程。在教學過程中,微生物學理論課老師一般都要擔任微生物學實驗教學課程,這樣老師能夠更好地自主協調和平衡理論教學與實驗課程在時間、節奏和進度上的合理安排,從而使二者能夠相輔相成,相得益彰,整體上提高微生物學的教學水平和質量。通過單元操作實驗、綜合實驗、設計實驗和創新實驗等由易到難、由淺入深的實驗內容結構安排,對學生更好地理解和消化理論課,培養學生動手能力、創新能力有重要的意義。
參考文獻:
[1]諸葛健,李華鐘.微生物學[M].第2版.北京:科學出版社,2009.
[2]周宜君,劉越,戴景峰,等.微生物學實驗教學改革探索與實踐[J].微生物學通報,2009,36(10):1609-1613.
[關鍵詞]微生物學實驗 教學模式 改革
引言
微生物學是高等院校生物相關專業的必修基礎課程,也是一門應用性和實踐性很強的學科。微生物學的實驗技術和方法已廣泛滲透到現代生命科學的各個領域,成為了現代生命科學的支柱[1]。因此,微生物學實驗教學在高校培養各類應用型人才的過程中顯得尤為重要。如何在有限的學時內讓學生盡可能規范熟練掌握微生物學實驗的基本操作技能,適應高速發展的社會需要,是高校教師實驗教學工作的重要職責[2]。近年來,我校針對不同專業選擇試點班級對微生物學實驗進行了改革嘗試,在教學的各方面進行了一系列探索。
一、改變傳統的實驗教學觀念
面向未來的生物專業人才必須具有深厚而寬廣的理論基礎,具有較強的實驗實踐及創新能力。要使學生具備這樣的素質,首先必須培養學生嫻熟的專業操作技能,并且在技能熟練的基礎上培養其良好的主動學習、獨立思考、提出分析并解決問題的能力及團隊協作能力。傳統的微生物學實驗教學主要是教師在精心準備的基礎上,將實驗的過程完全演示給學生。此種教學模式重在知識和技能的傳授,這種模式培養出來的學生缺乏主動性,依賴性太強,在工作中很難有好的發揮,不符合當代應用型本科人才培養的要求[3-4]。所以,在當代應用型高校高度重視本科實驗教學的趨勢下,教師應該從根本上改變實驗教學依賴理論教學的傳統觀念,將實驗教學與理論教學放在同等重要甚至更高的地位[5]。例如,微生物學實驗獨立開設課程,有獨立的教學體系及方法,在微生物學實驗教學過程中,始終堅持將知識傳授、創新能力培養和綜合素質提高貫穿于實驗教學的全過程。實驗強調重基礎、抓綜合、力求創新,力求微生物學實驗教學能與社會實踐接軌。
二、優化實驗教學內容,合理安排實驗學時
微生物學實驗具有四項基本的實驗操作技術,包括顯微鏡技術,無菌操作技術,純種分離技術和純種培養技術。在傳統的微生物學實驗開設過程中,基本按照理論課教學的順序安排,所包含實驗內容絕大部分為驗證性實驗,并且每次實驗課課時安排較固定,這樣就會造成實驗難度小時學生通常草草了事;實驗難度大,學生又難以在有限的時間內完成,連貫性很差。因此,在32學時的微生物學實驗教學過程中,我們盡量注重單元教學和連貫教學相結合,力求循序漸進從宏觀到微觀,兼顧經典試驗的傳承,增設綜合設計性試驗,優化后的實驗教學次序見表1。例如,第一次開設微生物實驗的2課時,非常有必要給學生提出嚴格的要求,訓練其良好的實驗操作習慣,讓其觀摩并學會操作一些簡單的儀器,教會其常見的玻璃器皿包扎技術。后續實驗依次從觀察菌落菌苔等肉眼可見的實物開始,到微觀的菌體個體形態結構觀察,在給定標準菌株參照的基礎上,對未知的菌株進行生理生化試驗,訓練學生鑒定微生物的能力。整個微生物學實驗具有前后呼應的關系,促進學生對微生物學實驗周期性的理解,提升其對實驗課的興趣。最后增設了學生自主選擇的綜合設計性實驗,增加學生主動參與的機會,同時為課程考核提供參考。
三、加強實驗課程管理,提高學生的主體地位
以往實驗課中很多準備工作都是實驗員老師一手包辦,課程上學生只是操作核心的一部分,并且每個班級每周只上一次課。這樣造成實驗周期間隔太長,導致學生對實驗整體性認識缺乏,責任感缺失,很大一部分同學經常是“看實驗”的狀態,學生的學習非常被動。針對這種情況,我們嘗試按專業班級為單位集中開設微生物學實驗,提前預告給學生實驗課程安排,加強對學生的實驗管理,鼓勵學生參加實驗課前準備,讓其重視實驗過程的條理性,培養其嚴謹的科學實驗態度。
(一)規范實驗要求及基本操作,培養良好的實驗習慣
第一次實驗課上必須給學生提出相應的嚴格規范的實驗要求,比如微生物學實驗必須提前預習并準時到課,實驗課上對于實驗原理重在歸納小結,學生必須提前做好預習,課前或課間課可以不定期抽查,或者以提問的方式進行檢驗。實驗課穿著不允許暴露,必須穿好學校統一的實驗操作服,女生應該梳理長發,避免操作過程中出現意外。實驗課上避免喧嘩,高度提升無菌操作意識。對實驗結果學生應該主動分析得出結論,實驗不理想的提出問題并小結注意事項。實驗報告如果有多份重復,提出批評并從重扣分。對于實驗結束后的整理還原工作,是培養良好實驗習慣的有效方法,要求學生善始善,終保持實驗操作臺整潔。教師平時上課準備一個班級學生考核表,時刻做好記錄。主要包括學生的出勤遲到早退、上課的具體表現、實驗操作過程中是否規范及團隊協作態度等情況,作為最后考核微生物學實驗課的重要依據,并且以此依據有針對性地幫助學生糾正。這樣的管理模式不僅可以增加學生動手操作的機會,還可以培養學生的責任感及細節意識和嚴謹的實驗作風。
我校自1998年開始面向全國招收環境工程專業的本科生,為了適應環境工程專業開展了環境微生物實驗課教學,近年來我們對環境工程微生物的實驗教學進行了改革探索,目的是進一步提高環境工程微生物學實驗教學效率,培養具備理論知識扎實、動手能力強的大學畢業生。
1實驗教學改革
l.1實驗課程的設置
環境工程微生物學實驗2001-2006年之間是環境工程微生物學課程(36學時)的一部分,占其中的4學時,實驗項目2個。實驗內容較少,教學方式單學生缺乏足夠的實驗訓練,不能充分掌握實驗技能,在后續的實踐及科研中感到比較吃力。
為了進一步提高學生的實驗技能,加深學生對環境工程微生物學的認識,2007年開始將“環境工程微生物學實驗”獨立成為環境工程專業的一門專業必修課,共16學時,1學分。
1.2修訂教學內容
環境工程微生物學是微生物學的一個分支,具有突出的專業特點,實驗內容的選擇要做到既能培養學生微生物學的基本操作技能,又要兼顧微生物在環境工程實踐中的應用。例如,培養基的制備、器皿及培養基的滅菌、顯微鏡的操作、微生物的染色及觀察、微生物的培養及分離等實驗內容是必不可少的,這些都是微生物實驗最基本的操作,學生必須扎實掌握,但在實驗微生物種類的選擇上也要照顧到環境工程中的重要微生物,比如普通生物學中較少涉及環境工程微生物中比較重要的藻類、原生動物和微型后生動物等,本人自2007年起,對環境工程微生物學實驗教學不斷完善,及時更新實驗教學內容,加大實驗知識和實驗技術的傳授,同時將教師的科研項目引入實驗教學。將實驗項目拓展到8個,并出版校內講義《環境工程微生物學實驗技術》,作為實驗指導教材;2011年9月,將實驗教學內容進一步修改完善,出版了校內講義《環境工程微生物學實驗技術》(修訂版),將環境工程微生物實驗項目增加到10個,并增加綜合性實驗項目;設計了“環境工程微生物學”實驗內容、實驗項目、學時數和實驗類別等。
1.3改變教學方式
改變以往簡單的學生實驗、編寫報告的教學方法,將實驗教學貫穿到實驗準備、實驗過程、編寫報告、實驗考試等全過程。
傳統的實驗課程教學方法是由實驗教師幫助學生完成很大一部分準備工作,學生只是按教師的講解和實驗手冊的步驟進行操作。我們在環境工程微生物實驗教學中,要求學生提前預習實驗指導書并寫出預習報告(包括實驗目的、原理、儀器、材料、步驟等),做到對所做實驗心中有數。實驗過程中從準備實驗器材、配置試劑到實驗結束每一步都由學生自己動手,教師只起到輔助、監督和示范作用。每個實驗都設置有相關思考題,學生帶著這些問題進行實驗,實驗課程中進行討論、驗證或課后進一步查找資料來解決這些疑問。
1.4改革教學手段
微生物個體微小,學生對它的感性認識不多,這使許多有關微生物的概念變得抽象、難以理解。在實驗教學中,有目的地引入視頻實驗教學等多媒體教學方法,可以增加實驗教學的直觀性和趣味性。采用視頻教學短片,向學生展示基本的實驗操作,以及相關實驗技術的發展及其在生產或科研中的應用,通過屏幕清晰形象準確地展現每一個步驟,如無菌操作技術,微生物的分離和培養技術,消毒滅菌技術,斜面、液體、平板接種培養方法等。采用多媒體進行實驗教學,具有形象、生動、信息量大的優點,結合教師在實驗過程中的講授和示范,使學生可以更好地掌握實驗操作技巧,實驗操作更加規范。因此,我們建立了環境工程微生物學課程網站,制作了環境工程微生物實驗的多媒體教學課件,建立了環境工程微生物圖庫,完成了課程試題庫建設,該網站成為適合學生自學的網絡平臺。
1.5有效的考核和評價方式
建立了一套有效的考核方法。實驗課程考試方式是綜合考核(實驗+閉卷考試),實驗主要考核項目有預習情況、操作情況、數據的記錄及處理、實驗報告的質量等,該部分占考核成績的70%。閉卷考試主要考核實驗涉及到的知識點及操作關鍵點,該部分占30%。
2環境工程微生物學實驗教學改革實踐的特點
2.1讓學生參與實驗準備的全過程
實驗室的前期準備工作很重要,工作量要比實驗課程多許多。讓學生參與到前期準備工作中,不但要認真預習實驗內容,還要準備實驗所需的材料。實驗課分組進行,每組實驗結束后,做好后續整理工作,比如微生物生長量的測定和生長曲線繪制實驗,測試完畢要將實驗菌種和器材進行滅菌后清洗,然后每組分別準備出下一個實驗自己小組所需的器材,要對培養皿、試管、鑷子等消毒滅菌,配置各種試劑,這個過程使學生學習到完整的微生物實驗操作技術。
2.2及時更新實驗教學內容
微生物學和環境科學知識的更新推動著環境工程微生物學不斷向前發展,實驗技術和方法也在不斷改進。隨著生物工程技術的發展,現代生物技術如基因重組、PCR技術也在環境工程得到應用,但是傳統的實驗教學對這些實驗技術在環境工程中運用很少涉及,為了緊跟時代和學科發展的步伐,讓學生熟悉和掌握學科前沿新的理論知識和操作技術,我們及時更新實驗內容,將分子生物學的部分內容寫進教材,如2011年進行實驗教材的改編時,將電泳、凝膠成像、PCR基因擴增等實驗引入到實驗教學中。
2.3增強不同實驗間的連貫性
過去實驗內容多為孤立、連貫性不強的項目,各實驗之間的內容重復較多,學生難以系統地把握微生物學實驗,對此,我們調整了實驗內容,將原來獨立設置的實驗內容整合到一起,形成具有一定連續性的實驗體系,比如培養基的配制和滅菌(實驗一)培養出的微生物可進行觀察細菌的形態結構和染色練習(實驗二),微生物的分離和純化(實驗三)后的微生物進行數量和大小測定(實驗四)以及生長曲線的測定(實驗五)。在這個環環相扣的實驗體系中,有利于培養學生嚴謹的學習態度和實事求是的工作作風,有利于培養學生獨立思考、探索和發現問題、分析問題以及解決問題的能力,也可以系統培養學生的邏輯思維,并使之形成一種良好的思維慣性,對學生在日后的學習或工作中的創造,都有著積極的作用。
2.4結合多媒體實驗教學、更直觀展現實驗內容
環境工程微生物學實驗中的各種微生物需要在光學顯微鏡甚至電子顯微鏡下放大才能看到。由于環境樣品中微生物的復雜性和多樣性,應用傳統的實驗教學方法不便于更好地展示微生物的形態結構、動態變化過程,針對這點我們在多媒體課件中放入大量宏觀及微觀圖片,并建立了污水處理指示性微生物圖庫,從而更直觀更豐富的反應微生物的形態特征,使學生更好的掌握實驗知識。
2.5增加創新性實驗項目,培養創造性思維能力
高等學校實驗室是“知識創新的源頭,人才培養的基地”。增加本科生科技創新實驗項目,是為了有效利用和挖掘實驗室資源條件,充分發揮實驗室在實施素質教育中的重要作用,吸引學生利用課余時間到實驗室參加實驗,提供更多的實踐機會,活躍學生的第二課堂,使學生更好地掌握和鞏固專業知識,提高其動手能力和創新實踐能力,培養學生創新思維,為日后從事科學研究工作奠定較為堅實的基礎。創新性實驗項目把實驗的主動權交給學生,學生在教師有限的啟發引導下,綜合運用所學知識,項目選題、實驗設計、項目實施、結果處理、項目報告評審等均由學生解決。創新性實驗的目的是進一步培養設計實驗和創造性思維的能力,所以在實驗項目的安排原則上不做范圍的限制,只要是實驗室條件滿足就予以安排,創新性實驗結束后指導教師和學生一起總結實驗,找出成功或者不足之處,使學生的創造性思維和分析解決問題能力得到提高。如2013年我校的科技創新項目:微生物處理高氯酸鹽的研究、利用餐廚垃圾發酵廢液培養產油微生物及其油脂提取技術的研究和餐廚垃圾與玉米秸軒混合干式厭氧發酵產沼氣工藝參數優化試驗研究等;2010年的科技創新項目:2-MIB降解菌的生理生化特性的研究、復合生物填料處理垃圾滲濾液的研究和體育館有害微生物研究。每個項目由3-5名本科生,1名指導教師組成。學生自由組織,編寫項目申請書,提交申請,申請通過后實驗室提供場地和實驗材料,項目完成后進行答辯驗收,驗收由3-5名評委進行,優秀的項目可以獲得一定的獎勵。
2.6完善的考核手段
合理的考核方法對學生的學習能起到積極的督促作用。相當一部分學生存在對實驗技能不夠重視的傾向,他們在實驗中不認真操作,基本技能掌握不好,但卻可以寫出很好的實驗報告。為克服這種不良傾向,我們在本課程中建立了一套有效的考核手段,除了實驗操作+實驗報告成績(占70%),環境工程微生物學實驗還增加了閉卷考試(占30%),將實驗中的重要內容或者操作的關鍵點靈活轉化為試題的形式進一步進行考核,有利于加深學生對實驗關鍵點的掌握。
3實驗教學改革的成效
通過對實驗內容的不斷改進,實驗教學環節的優化以及考核評價體系的優化,減少了重復操作,豐富了實驗內容,提高了實驗效率,加深了學生對專業的了解,拓寬了他們的視野,提高了學生分析問題和解決問題的能力及實驗技能,增強了科研意識及專業信心,通過實驗環節和考核方式的改革,培養了學生嚴謹求實、一絲不茍的工作作風,為今后的工作打下了堅實的基礎。
從2007年至2012年,環境工程微生物學實驗教學改革探索進行了5年,取得了非常好的教學效果,連續3年來環境工程微生物學實驗教學在本科教學網評中排名前10%。2010-2011年,“環境工程微生物學”成為校第五批優秀課程建設項目,2012年11月,環境工程微生物學實驗教學改革項目被評為我校第十屆實驗技術成果獎二等獎。為了配合環境工程微生物學實驗教學改革,出版了2本配套講義和1本普通高等教育“十一五”國家級規劃教材,分別是《環境工程微生物學實驗技術》(2007版和2011版,校內講義)和《環境工程微生物學》。
4結語
環境工程微生物學實驗教學已進行了多年,很多學校也進行了不少教學改革探索,目前國內文獻或會議報道的環境微生物學實驗教學改革有讓學生盡量多的參與實驗準備過程、完善教學內容、增強實驗連貫性、增加綜合性實驗的比重、結合多媒體教學等。本論文的特點在于在環境工程微生物學教學改革中,增加了網上教學交流及多媒體教學的比重,采用了更加完善的考核方式(實驗操作+閉卷考試),將分子生物學的內容引入到環境工程微生物實驗教學中,進一步適應目前環境工程微生物技術的要求;本文的創新性在于增加了創新性實驗項目內容,極大地提高了學生的科研能力。
【關鍵詞】環境工程微生物學 實驗教學 探索
環境工程微生物學是環境工程專業的專業基礎必修課。它是生命科學和環境科學與工程的交叉學科,具有極強的實踐性和應用性。環境工程微生物學實驗是加深學生對理論知識的理解,培養學生實驗技能、實驗思維和動手能力的一個重要途徑。同時,該實驗又是一門操作性很強的課程,需要大量的實驗儀器,以及老師手把手傳授實驗技能,如果沒有先進的教學方法做支持,掌握其中的操作技術是很困難的。下面提出幾點心得體會,將有利于提高實驗教學的質量,深化學生對微生物的認識。
1 讓學生參與實驗準備的全過程
實驗室的前期準備工作是很重要,工作量要比實驗課程多許多。老師除了要認真備課外,還需要對培養皿、試管、鑷子等消毒滅菌,配制各種試劑,最好還要進行預實驗,不但更加熟悉實驗步驟,而且能保證實驗課程的順利進行。
通過讓學生參與實驗準備過程,可以讓學生學習到完整微生物實驗操作技術,這樣一個完整流程學生完全參與下來,不但讓學生體會到實驗過程的艱辛,進而更加珍惜來之不易的實驗課程,還可以培養學生科研思維,提高科研能力,使他們在課堂上學到的知識在實驗操作中體會得更形象、更具體、更全面,從而激發他們學習興趣。在鞏固專業知識的同時,還培養了其發現問題、綜合分析和解決問題的能力。這些對于提高學生的實際動手能力都有很大的幫助。
2 更新實驗教學內容, 加大新知識和新技術的傳授
微生物學和環境科學知識的更新推動著環境工程微生物學這門新興的邊緣學科不斷向前發展。特別是日新月異的分子生物學技術已滲透到環境工程應用的各個領域。為了緊跟時代和學科發展的步伐, 培養高質量人才,讓學生熟悉和掌握學科前沿新的理論知識和操作技術, 為他們將來工作研究或是碩士博士階段的深造打下良好的基礎。
例如,過去研究環境中微生物的方法是建立在平板分離基礎上的,但迄今為止利用這種方法培養出的微生物只占總微生物種類的0.1%~10%。固體培養基其實是人類為微生物創造的人工培養環境,與微生物的實際生存環境有很大差異,用它來培養環境中的微生物相當于是對自然微生物群落進行了一次強制的人工篩選。所以,用平板分離的方法來研究自然環境的微生物生態時,往往不能準確反映微生物群落的實際組成和存在狀態。分子生物學、基因組學和生物信息學等學科的發展及其向微生物學領域的滲透,形成一個新的交叉學科分支——微生物分子生態學 (molecular microbial ecology),它為我們全面客觀地研究微生物生態系統提供了新的技術手段。微生物分子生態學是以微生物基因組dna的序列信息為依據,通過分析環境樣品中dna分子的種類、數量和分布特征來反映微生物區系組成和群落結構[2,3]。所以,這項技術就需要研究者掌握dna提取及純化技術、dna瓊脂糖凝膠電泳技術和pcr基因擴增技術。針對這一點,我們就可以給學生設計一個微生物大實驗,以活性污泥為樣品,從dna的提取、純化,凝膠電泳檢測,到細菌16s rdna基因擴增,都讓學生自己操作一遍。通過這一實驗的學習,使學生對當今環境工程微生物學的前沿技術都有一定的了解和掌握。
3 增強不同實驗間的連貫性,以及實驗和理論知識的連貫性
3.1 增強各實驗間的連貫性
過去實驗內容多為孤立、連貫性不強的項目,各實驗之間的內容重復較多,學生難以系統地把握微生物學實驗,既浪費了有限的實驗學時,又不利于培養學生的科學素養。對此,我們調整了實驗內容,將原來獨立設置的實驗內容整合到一起,形成一個綜合實驗,通過一個綜合實驗就能使學生學到以前3-4個實驗項目的實驗技能。
3.2 增強實驗和理論知識的連貫性
環境工程微生物學是一門實踐性很強的學科,涉及到的內容覆蓋面廣,要學好這門課,僅僅依靠理論教學是遠遠不夠的,實驗教學可以彌補理論教學的不足,將微生物學的基礎理論在實驗教學中延伸、深化,并通過實驗,加強基本技能的訓練。
4 實現多媒體實驗教學,更直觀展現實驗內容
環境工程微生物學實驗中的各種微生物需要在光學顯微鏡甚至電子顯微鏡下放大才能看到。由于環境樣品中微生物的復雜性和多樣性,應用傳統的實驗教學方法不便于更好的展示微生物的形態結構、動態變化過程,多媒體教學與傳統教學相比,能更加生動形象、栩栩如生的展現微生物的特點,提高學生的學習興趣和參與度,從而使學生更好的掌握實驗知識。
首先,可以在多媒體課件中放入大量彩色的宏觀及微觀圖片、flash動畫,從而更直觀的反應微生物的形態特征,利于學生對新知識的吸收掌握,有了這些認識,才能在自己動手實驗中達到很好的實驗結果。
其次,也可以使用錄像教學。教學錄像具有較強的直觀性,它可以通過屏幕清晰形象準確地展現每一個步驟,使學生掌握實驗操作技能的關鍵所在。同時節約時間,提高實驗教學的效率。如配置培養基實驗,稱量-溶化-調ph-過濾-分裝-加塞-包扎-滅菌-擱置斜面-無菌檢查等步驟,如果沒有錄像,需要老師反復強調實驗順序及注意要點,才能保證大部分學生配好正確的培養基。但是,如果有錄像,老師只需要先播放一遍錄像,從旁作簡單介紹,播放完后再講一下原理及注意要點,然后再播放一遍錄像,學生就可以開始實驗了。
最后,還可以利用電視顯微鏡進行教學。老師將樣品放在顯微鏡下,找到微生物個體,讓學生先有感性認識,然后再觀察自己的樣品。該方法既明確了實驗目標,又能讓全班學生同時看到老師顯微鏡里樣品的特點,避免了以往同學們一個個排隊去老師顯微鏡目鏡里觀察樣品,提高了教學效率。
環境工程微生物學是一門來自實踐的科學,學生掌握了它之后也最終要應用于實踐。所以,實驗教學是培養學生具備從事科學實驗能力和嚴謹求實的科學素質的重要途徑,許多問題還需要我們不斷探索、實施和進一步完善。
參考文獻
[1] 周群英,高廷耀. 環境工程微生物學(第三版).北京高等教育出版社,2008.
[2] watanabe k,kodama y.molecular characterization of bacterial populations in petroleum-contaminated groundwaterdischarged from underground crude oil storage cavities [j].applied and environmental microbiology,2000,66: 4803-4809.
論文摘要:環境工程微生物學實驗作為環境工程專業的一門重要基礎課,作者在多年來的教學中深刻體會到嚴格遵守實驗操作規程,養成良好的科研及實驗習慣的重要性,并嘗試采用開放教學和靈活的考核方法,充分調動學生的積極性,強化實驗效果,收到了良好的教學效果。
環境工程微生物學是環境工程專業重要的專業基礎課,而環境工程微生物學實驗是環境工程微生物學理論知識的實驗技能培養課,二者相輔相承。目前,環境工程微生物學實驗教學還存在很多不足,如缺乏專業特點等。因此,為了達到較好的實驗教學效果,教學內容安排及教學模式必須要具有環境工程專業的特色,符合教學規律。
一、實驗內容的選擇及安排
環境工程微生物學是微生物學的一個分支,具有突出的專業特點,實驗內容的選擇要做到既能培養學生微生物學的基本操作技能,又要兼顧微生物在環境工程實踐中應用。例如,培養基的制備、器皿及培養基的滅菌、顯微鏡的操作、微生物的染色及觀察、微生物的培養及分離等實驗內容是必不可少的,這些都是微生物實驗最基本的操作,學生必須要扎實掌握,但在實驗微生物種類的選擇上要照顧到環境工程中的重要微生物,比如普通生物學中較少涉及而環境工程微生物中比較重要的藻類、原生動物和微型后生動物等。另一方面,實驗內容中要有環境工程微生物應用技術,例如細菌總數的測定、水中大腸菌群數的測定、菌膠團的觀察及活性鑒定、活性污泥的培養及馴化等。
實驗進度的安排盡量要和理論教學同步。微生物學主要是給學生介紹自然界中客觀存在的微生物的形態、結構及生理,依靠邏輯推理的知識較少,實驗能給學生非常直觀的感受,視野中真實的圖形和現象是對課堂講解知識最好的詮釋。另外,微生物實驗又具有自身的特點,即幾個實驗間的內容具有連續性,比如培養基的制備、微生物的培養、微生物的染色及觀察,雖然可以分割成獨立的實驗,但又完全可以作為一個完整的大實驗,但至少要連續幾天才能完成,因此需要安排好學生的實驗時間。
另外,在實驗教材的選擇上要便于學生學習,又要和實驗教學內容相呼應。目前獨立的環境工程微生物學實驗教材比較少,已有多個版本教材把實驗部分放在理論教材的后面,但內容不是非常詳盡,學生需要參考更為詳盡的教材才能全面地理解掌握。微生物學實驗教材版本雖然較多,但有關環境工程應用技術方面的內容又較少。因此,教師必須采取較好的教學方式加以彌補。
二、嚴格遵守實驗操作規程,養成良好的科研及實驗習慣
實驗過程中一定要嚴守實驗操作規程,加強對學生科學實驗習慣的培養。首先,微生物實驗的實驗對象—微生物本身對環境可以造成生物污染,有些還是致病菌,因此要求學生在實驗結束時必須要對丟棄的培養物進行滅菌,在實驗過程中,對取菌后的接種針和接種環要嚴格按照實驗規程及時滅菌,不能隨意亂放,以免造成環境污染。其次,在實驗過程中要強化無菌操作的意識。在環境治理過程中,如廢水的治理過程,微生物應用的形式多為雜菌形式,往往無菌操作會被環境工程的學生忽視。因此更應該強調無菌操作的重要性。為了保證實驗結果的精確性,嚴守無菌操作實驗規程是必需的。再有,實驗設備的操作要嚴守實驗規程,確保實驗室安全。如高壓蒸汽滅菌,目前,學生實驗室中的許多高壓蒸汽滅菌鍋沒有自動保壓裝置,只能依靠人工調節,多采用臨時關掉電源或保持排氣閥小幅度的開啟,無論哪種操作方式,時刻都需要人員看守。在實驗過程中,有的學生為了盡快結束實驗,保壓前冷空氣的排除不徹底,保壓結束后為了縮短冷卻等待時間,帶壓情況下大幅度打開排氣閥,這些操作不僅會帶來實驗失敗,而且往往會造成實驗事故。
三、充分調動學生的積極性,強化實驗效果
為了保證實驗效果,教師必須嚴格督促學生認真完成課程學習的各個環節。學生必須要對實驗內容進行課前預習,明確實驗步驟。微生物實驗準備是比較煩瑣的,而對于將來要獨立工作的學生來說也是很重要的環節,因此,利用學生課余時間,對學生進行分組輪流進行實驗準備,確實強化了學生對實驗整體的理解,而且也得到了學生很好的反饋。在實驗過程中,為了強化實驗效果,需要對典型的好的實驗結果,如染色結果、形態觀察結果等利用顯微鏡圖像采集設備進行采集并集中展示,也起到了鞭策后進的目的,充分調動了學生的實驗積極性。
四、開放教學,滿足學生的求知欲望
在目前學生就業不樂觀的現實面前,很多學生選擇用更多的知識和技能武裝自己,以增強自身的競爭力。實驗課程要給他們提供充分的發揮空間。我系環境工程微生物實驗室抽出固定的時間,對學生開放,學生可任意選做開放實驗,也可對以前做過的實驗加以進一步的驗證。學生如有特殊要求的,可提前提出,實驗室可根據自身條件為學生提供一切條件。這個環節不僅激發了學生對課程的興趣,有利于培養學生的主動性和創造性,提高了學生的自主實驗能力,同時也進一步豐富并充實了本課程的實驗內容。
五、采取靈活的考核方法,接受反饋,積極改進課程
在不同的壓力下學生獲得的知識是不同的,因此實驗教學同樣要給學生一定的壓力。適當的考核形式會給學生一定的壓力,更是對學生實驗技能的深化。很多實驗課程成績的最后評定主要依據實驗報告。我院環境工程微生物學實驗的考核則采用了多種形式相結合,主要包括三種,其中實驗報告的內容和質量占60%,實驗技能現場操作考核占30%,平時實驗操作技能及規范性占10%。其中,實驗技能現場考核采用抽簽方式,學生根據抽到的結果進行現場操作,從而給出該部分的成績,該環節也使學生在平時實驗過程中,對每個操作環節都給與了充分的重視,強化了實驗效果。另外,對于在開放教學環節中自主實驗內容新穎、具有創新性的學生給予充分肯定,可適當提高評定等級。
接受學生的反饋是促進課程建設很重要的一個途徑。我系建立了環境工程微生物學及實驗課程的公共郵箱,學生可以不記名發表意見和提出建議,以加強師生之間的溝通,同時也對教師的教學工作起到了監督和促進作用,得到了大家的肯定。
六、結束語
環境工程微生物學實驗的課程建設還有較遠的路要走,在課程的教學模式上應該多采用現代化輔助教學手段,Harry Brenton等人在解剖學教學中采用多媒體和計算機三維模型,建立網絡課件等,不僅收到了良好的教學效果,而且也籍此建立起了同行之間交流的橋梁,這一點很值得借鑒。在教學內容上更要適應學科發展的節奏,不斷更新,精益求精。實驗教學就是要讓學生成為知識的主宰者和應用者,給予他們把理論知識應用于實踐的技能,從而實現知識的工程化、產業化。
參考文獻:
[1]王國惠.微生物學通報.2006,33(6):144~145.
[2]周群英,高廷耀主編.環境工程微生物學.北京:高等教育出版社,2002.287-337.