基于创新能力培养的食品微生物实验教学探索与反思

2018-03-30朱本伟孙芸姚忠

生物学杂志 2018年5期

朱本伟，孙芸，姚忠

(南京工业大学食品与轻工学院，南京 211816)

食品微生物作为食品专业的必修课和基础课，在构建学生相关知识体系，锻炼学生科研能力中扮演着重要的角色[1]。食品微生物学作为先修课程，主要为学生传授微生物的分类、形态、生长繁殖的规律，以及微生物遗传和代谢的主要调控因素等基础理论知识，让学生对食品微生物的知识框架有大体的印象和了解，再开展实验课程来巩固和验证所学的知识。因此，食品微生物实验是食品微生物教学中不可缺少的组成部分，是促进学生理论联系实际、培养科研素质和创新能力的重要途径和环节[2]。随着社会的发展和技术的进步，食品相关企业和机构对于食品专业人才所具备的技能和素质提出了更高的要求，即在具备扎实的知识基础上，要具有一定的创新能力和探索精神，将理论知识运用于实际，用以解决生产实践中遇到的问题。传统的实验教学大多采用教师主导的模式，即以教师授课为主，学生被动地按照教材上的步骤去完成实验，缺乏主动的思考与探索，往往应付了事，而且实验内容陈旧，与生产实际严重脱节，已无法满足企业多样化的需求。这样的实验教学模式不能有效地调动学生的学习积极性，不能培养学生的创新能力和科研素质，急需进行调整和改革[3]。为解决上述问题，作者结合自己从事食品微生物的教学实践，在原有验证性实验的基础上，根据生产实际和学生专业特点，以培养学生的创新能力和科研素质为目标，选择性地对食品微生物实验的教学方式、内容设置和评价标准进行调整和修改，取得了一定的效果，并就此进行一些探讨，仅供各位同仁参考。

1 优化基础实验内容设置，结合生活实际和生产实践，提高学生学习的积极性

食品微生物实验共有48学时，分为基础性实验(36学时)和探究性实验两个部分(12学时)；在食品微生物实验教学中，基础性实验所占的比例较大(75%)，其中涉及的微生物学基础知识和基本技能是培养学生创新能力的重要开端，因此通过练习基础性实验来提高学生基本实验技能具有十分重要的意义[4]。在教学过程中，我们尝试对基础性实验内容进行调整，删去了溶液配制等基础化学实验，引入与生活实际与生产实践相关的内容。例如让学生观察食物的腐败，从腐烂的水果和蔬菜以及变质的肉制品上采集样品，从中分离出微生物，观察其形态特征，结合生理生化实验结果对其进行初步鉴定，找出食品腐败变质的原因；并自己动手制作“手印”平板，将未洗的手掌印在事先配制好的固体培养平板上，观察平板上菌落的生长，形态及颜色变化，亲身体验微生物与人类生活的息息相关，以增强学生的好奇心和求知欲，并逐步引导他们使用显微镜对微生物的形态特征进行观察和描述，提高对微生物实验的兴趣和探索积极性。这些实验整合了微生物实验的基本操作，如玻璃器皿的清洗与包扎，培养基的配制、灭菌，微生物的分离与筛选，菌种的保存与复壮，制片及染色，菌株形态观察及显微镜的使用等，通过教师演示和指导，带领学生系统性地掌握这些基本操作[5]。这种教学模式不仅极大地提高了学生学习的兴趣和积极性，锻炼了自主动手能力和思考能力，还通过实践加深了对理论知识的掌握，例如分离培养微生物，加深了学生对于微生物分布规律、微生物与人类关系的认识，掌握了微生物分离技术的基本操作。通过理论知识结合实践练习，很好地培养了学生的自主创新能力和科研素质。

2 改革传统教学方式，突出学生主体地位，增强学生自主学习和创新能力

传统的微生物实验以教师讲授为主，即教师先讲解实验原理和注意事项，然后按照实验教材的步骤进行演示，并板书进行强调，而学生只需按照步骤进行实验操作，缺乏主动思考，只是被动地接受，同时板书过于刻板难以吸引学生的注意力，因而学生对内容的理解过于粗浅，教学效果较差。鉴于此，我们尝试将多媒体技术引入课堂教学，充分利用网络课程资源，在网络上寻找微生物实验操作的标准教程视频，视频教学具有很好的直观性和易读性，很容易抓取学生的注意力，激发学生的兴趣和积极性。学生通过观看直观的视频教学资料，结合教师的现场演示，可以很容易地掌握基本操作技巧。这样学生从视频中获得直观的视觉感受，结合教师现场演示和板书，紧跟教师的思路，从而对知识框架形成完整的认知体系。以微生物接种操作为例，实验前要求学生对实验进行预习，发动学生充分利用网络课程资源，通过预先观看样品的处理、划线接种等操作的视频，对实验流程形成一个大体的认识，然后根据实验目的和实验材料，形成具体的实验方案和路线，并以书面形式交给任课教师进行评阅和审核，从实验方案的可行性等方面进行补充。这样就把学生从传统教学方式中解脱出来，让学生成为教学的主体。同时，为了让学生更好地熟悉微生物实验的操作流程，还让学生主动参与到微生物实验的准备工作中，在教师的指导下参与实验的准备过程，包括仪器的调制、试剂的准备和配制，器皿的清洗、包扎和灭菌等，教师可在实验准备过程中将操作要点及注意事项告知学生，让学生做好相关的准备；结合基础实验的内容，让学生熟练掌握常用仪器的使用等微生物实验的基本操作和技能，培养了学生的自主学习能力和动手能力，提升学生以后参与到科研工作中所必须具备的科研素质。

3 结合多学科知识，整合学院科研平台优势，培养学生的自主创新能力和综合素质

食品微生物作为食品专业的基础课和核心课程，与其他专业课程如发酵食品工艺学、食品化学和食品生物化学等课程联系紧密。尤其是发酵食品工艺学，其中的许多章节都是以微生物知识为基础开展的应用研究，例如菌种的选育、保藏和复壮，微生物代谢调控理论及其应用，酒精、氨基酸和有机酸发酵，发酵豆制品等功能性食品等[6]。这些内容都是食品微生物知识的具体应用，与生产实践密切相关，因此我们尝试将发酵食品工艺学中的部分内容引入食品微生物实验的设计型实验中，结合学生专业特色，选择性地选取了酿酒酵母的分离和染色观察、乳酸杆菌的分离及发酵实验、酸奶的制作等，让学生熟悉传统发酵食品的制作过程和工艺。我们要求学生根据选题自主查阅资料，设计实验方案，经教师审核后开展实验，包括准备试剂和仪器，自主制定技术路线并完成相关实验。这种准研究生的培养模式不仅提高了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，还增强了学生查阅文献、设计方案的科研能力；最重要的是这种自主探索的学习模式使得学生将课本上的理论知识运用到实践中来，加深了对理论知识的理解和掌握，培养了学生实事求是的科学态度及谨慎细微的工作作风[7]。其次，为了充分利用学院科研平台的仪器与设备资源，我们鼓励学生到各个课题组区开展创新型实验，例如学院的发酵工程是江苏省重点学科，具备发酵罐、高效液相、离子色谱仪的仪器设备。我们尝试应用学院的发酵设备开展微生物的发酵实验，通过发酵罐设备控制发酵条件等来考察微生物的生长与产物产生规律。学生通过对培养基配制、种子液培养、发酵、生长曲线和产物的分离鉴定等实验流程，熟悉和巩固了基本实验操作和技能，培养了他们综合分析问题和解决问题的能力。通过整个流程的学习，锻炼了学生耐心细致的心理素质，克服了粗心大意、急于求成的毛病，取得了良好的学习效果[8]。

4 引入创新性考核方式，实行多元化考核，提高学生的积极性和团队协作能力

考核可以直观有效地反映学生前阶段学习的质量,是检验教学效果的主要手段,是教学过程中的重要环节,同时也是实验教学课程的延续[9]。科学合理的考评体系不仅能考查学生对理论知识的理解深度和实际操作水平,还能提高学生做好实验的积极性、提升学生独立分析解决实际问题的能力,是培养学生想象力和创新精神的有效手段[10]。而传统的考核方式过于单一，只是把考勤和实验报告作为评判标准，甚至学生没有亲自动手操作，仅仅是抄写别人实验报告也可以获得高分，不能真实地反映学生的成绩。而作为实验学科，应该真实、公正地体现出学生的综合能力。因此我们在原有的考核方式上进行改革，引入创新性的考核方式，首先对于创新性实验的考核方式，我们从实验对象选取、实验方案确定、可行性分析、结果与讨论几个方面进行评价，再综合各部分成绩进行考核打分[11]。其次，引入多元化的考核机制，将实验成绩分为3块：平时成绩+综合技能操作+实验设计。其中平时成绩(30%)包括考勤、实验准备工作、实验态度和团队协作，由组内成员互相评分；综合技能操作(40%)包括基本技能(培养基配制及灭菌、器皿的包扎和清洗等)、微生物的分离、微生物的染色和观察、生理生化实验和微生物的鉴定，主要考核学生对于基本操作掌握的熟练程度和综合运用实验技能解决问题的能力，这部分由教师进行评分；实验设计部分(30%)包括实验对象的选取、实验方案和技术路线的确定、实验结果分析和总结，这部分成绩以实验报告的形式交由教师进行评定，并挑选出优秀的实验报告作为样本在课堂上进行点评和总结，主要考查学生自主学习能力和探索精神，鼓励学生积极探索、独立思考，提高学生的学习积极性。