普通微生物学实验中显微镜使用教学的几点体会

2018-05-07张江波田广文

科技创新导报 2018年1期

张江波田广文

摘要：根据多年的教学经验，总结了普通微生物学显微镜教学中的几个普遍存在的问题，并从教学方法、学生管理和实验室硬件建设方面提出了改进措施。

关键词：普通光学显微镜学生管理油镜

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0228-03

Abstract： Based on years of teaching experience， several common problems existing in the teaching of microscope in the course of general microbiology were summarize， and corrective actions were proposed on the aspect of teaching methods， as well as the student management and the enhancement of laboratory equipments.

Key Words： General optical microscope； Student management； Oil immersion lens

普通微生物學是生命科学领域一门重要的基础课，国内凡是开设相关专业的高等院校，基本都会开设该门课程[1-4]。此外，一些与生命科学相关或交叉的学科专业，如食品科学、发酵工程、环境工程、生物制药、生物能源、畜牧兽医等等，也会开设该课程[5]。普通微生物学实验是其理论课的重要补充，其对于学生整个生命科学体系课程的学习的重要性甚至超过其理论课，因为微生物实验技术是动物学、植物学、生物化学、基因工程等众多其他生命科学课程实验技术的基础[5-10]。

生物显微镜是生物科学及相关学科教学、科研中观察细微生物及其结构的精密光学仪器。生物显微镜室担负着很多生物类课程，包括动物学、植物学、细胞生物学、遗传学、微生物学、植物生理学，以及生物类相关课程，如环境科学类课程、土壤科学类课程、材料科学类课程、食品科学类课程繁重的实验教学及科研任务[11-12]。显微镜的构造和使用一直是高校普通微生物学实验课程的必选内容之一。尽管随着高校教学条件的改善，各类新型、高级的显微镜越来越多地被应用到微生物学的教学和研究中，如扫描电子显微镜[13]、透射电子显微镜[14]、原子力显微镜[15]、倒置荧光显微镜[16]等，但是普通光学显微镜目前还是国内各高校微生物学实验室的主流配置，其使用教学也还是各高校普通微生物实验课程首要的必学内容，常被安排在第一个或第二个实验进行。笔者从事普通微生物学实验课程的教学十余年，积累了一些经验，现把普通光学显微镜使用教学中发现的一些问题和对策总结于此，期望能对从事相关教学工作的同事提供一定的参考和借鉴。

1 显微镜使用教学中存在的问题

现在高校本科生实验能力、动手能力差已经是教育研究者的共识。实际上在高中生物学中学生一般都学过普通光学显微镜的构造和使用了。尽管如此，笔者在教学实践中发现，多数学生还是不能正确地使用和维护显微镜。

在教学中出现的问题主要集中在以下几个方面：一是观察不清问题。即使通过教师示范学生掌握了正确方法，但是无论怎样调节准焦螺旋和载玻片，图像总是不清晰。这是因为在课程开始时就有一部分显微镜的镜头在上个班上课时没有清洁干净所致。一部分是油镜镜头没擦干净，另一部分是用油镜观察完，在片子已经沾上镜油的情况下由使用高倍镜观察，至使高倍镜镜头也沾了油，而高倍镜镜头在实验结束时一般不要求像油镜那样用洗镜液仔细擦拭，所以造成视野模糊。二是显微镜本身部件老化。在教学实践中，笔者曾遇到一个问题，就是显微镜在已经调好焦距，有清晰图像以后，在学生画图时，在没有任何操作的情况下发现视野越来越模糊。经反复寻找原因，最后发现是由于显微镜的准焦螺旋老化，螺丝松动，不能停留在一个位置，使载物台在重力作用下缓慢下降，导致慢慢失焦，视野也就逐渐模糊。三是学生对显微镜的使用和维护不当，造成显微镜寿命缩短。虽然学生中学时都学过显微镜的操作，所以很多学生对这部分心理上比较轻视，认为很简单，但是由于种种原因操作其实很不过关。有些操作虽然错误，但对显微镜没有什么影响。例如很多学生一开始都习惯闭上一只眼睛，用单眼看显微镜。即使到了实验课结束，仍有少数学生无法学会和习惯用两只眼睛看显微镜，更不用说边看边绘图。再如有的学生视野不清晰，各种原因都找过了，镜头也擦干净了，还是不行，最后发现是学生在擦完目镜后把目镜镜头的凸面和凹面装反了。但是有些操作就会对显微镜造成损害。比较突出的问题包括两个：一是不用显微镜时不习惯关闭光源，以及开、关显微镜时没有把光源调制最小。这些都会导致显微镜光源的寿命减少甚至烧毁。二是有时会出现镜头压断片子的情况。这不但造成标本片的损失，而且也很容易损伤物镜镜头（尽管其有一定弹性）。这主要是因为学生在放好片子后用粗准焦螺旋快速下降镜头时没有从侧面水平观察镜头与盖玻片距离，或是观察过程中因为不能熟练找到细胞层，而只顾调准焦螺旋，忘记留心镜头与盖玻片的距离所致。

根据笔者在近两年开课班级中进行了对比试验和初步统计，仅仅是讲解显微镜的成像原理和构造组成，让学生完全以中学的基础进行观察，仅有约10%～15%的学生能正确使用显微镜，其中仅有约10%的学生能成功清晰地观察到样品或标本片上的微生物。究其原因，学生在高中学习的使用方法较简单，再加上时间过长记忆模糊了以及本身动手能力的不足，所以很难进行准确的操作了。在讲解显微镜的成像原理和构造组成，同时讲解其使用方法和步骤后，能正确使用显微镜的学生比例迅速上升到65%～70%，能成功观察到目标的学生也上升到40%～45%。在讲解原理、构造、使用步骤后，再增加讲解使用易犯错误及注意事项后，能正确使用显微镜的学生达到80%以上，能成功完成观察的学生达到75%左右。最后，在完成上述所有讲解后，教师进行全过程的示范，并在关键步骤反复示范，以上两项比例分别达到了90%和75%。成功完成观察的学生比例没有上升的原因是由于在课程开始时就有一部分显微镜的镜头不干净，至使学生无论怎样努力都无法看清图像。显微镜的镜头清洁工作是显微镜维护的一项重要工作，经笔者初步统计，即使任课教师在实验开始和结束后都反复强调要清洁镜头，但是不同班级仍有20%～25%的学生忘记清洁镜头，或是清洁不彻底，或是清洁方法不正确。

2 对策和展望

2.1 改革教学方法，提高显微镜使用教学的质量和效果

改革教学方法是提高显微镜使用教学效果的根本途径和基础。以上提到的教学中遇到的问题中，第一个问题的统计结果表明，在进行充分细致的讲解和示范后，除了镜头有问题的情况，学生基本都能正确进行操作，并且成功观察到结果，这说明学生对显微镜使用方法掌握不到位是导致实验失败的直接原因，而教学方法的改进能有效解决这一问题。而第三个问题更是直接体现了与学生对显微镜的维护掌握不到位会影响教学设备的寿命，进而影响后续班级的教学效果，也增加了实验耗材的消耗。教学包括教与学两个方面，改革教学方法，主要是在教这个层面。这包括两个方面。一是在教学内容和手段上，应该减少关于显微镜原理、发展等方面的讲授。现在网络发达，这部分学生完全可以在课下自学。增加使用具体方法、尤其是使用经验、注意事项、易犯错误方面的讲授。在现今本科生动手能力普遍较差的大背景下，这就显得更加重要。由以上的统计结果可见，在增加了这部分讲授以后，学生的观察成功率大幅度提高。教师要进行完整、标准的示范，尤其是上述有关镜头拆装擦拭、寻找和观察样品等方面的几个问题，并且尽量让学生对每一个环节都跟着教师进行重复、练习，直至掌握，然后再各自进行自制样品或标本片的观察。二是在教学评价体系上，应该减少理论知识评分所占的比例，增加操作技能的评分比例。

2.2 强化学生管理，提高实验运行效率

在教学两个层面中，加强学生管理是学的层面。教学中学生是主体，所以强化学生管理对于提高教学质量显得更为重要。以上的第一个和第三个问题都一定程度上反映了学生管理的不到位。第一个问题中对学生实验结束后清洁镜头监督检查不到位，至使影响了后续班级的实验效果。统计也表明尽管教师一再强调，1/4左右的学生还有由于自身原因经常忘记清洁镜头，或是清洁不彻底，草草了事。第三个问题也是由于管理监督不够有力，才会出现压断片子、烧毁光源等情况的出现。强化学生管理是解决以上问题的根本途径。强化学生管理，主要是通过制度使学生建立起责任感。有效的措施包括两个方面，一是明确赔偿制度。显微镜和人一一对应。在整个一个学期的实验，包括后续的自主性实验，每个人只能使用自己的显微镜。在第一个实验检查没有问题后，后边实验的损坏要责任自负，按规定赔偿。二是将显微镜的保养维护与实验成绩直接挂钩。每台显微镜设跟踪卡，任课教师在学生操作时观察记录每个学生的与设备维护相关的操作，并在每个人的实验结束后检查其显微鏡的维护状况，对维护不到位的不但扣分，并监督其做好维护工作方可离开。将各人显微镜维护的情况直接按比例计入实验总评，并且对维护各个环节进行细化考评，如镜头擦拭洁净度等，对忘记维护或发生压断片子等事故的予以重罚。由于学生经济能力有限，应以第一个方面的措施为辅，第二个方面的措施为主。

2.3 升级换代设备，提高显微镜教学的硬件保障水平

以上两个方面是从提高显微镜使用教学效果的主观因素方面入手，而升级换代设备，使用更高级的显微镜及附属教学设备则是从客观的方面入手。以上第二个问题就是设备本身老化引起的，而第三个问题中，有些显微镜有防压断载玻片的设计，而采用新型节能灯珠则可大大提高光源的使用寿命。新型显微镜的使用会大幅增加某些实验的教学效果。如暗视野及相差显微镜的使用，能大大提高水浸片或悬滴法观察细菌运动性实验的教育效果。此外，显微镜教学配套附属教学设备的使用也可方便教师讲授示范、方便学生监督管理，即通过方便前两个方面的实施而提高教学效果。如显微成像设备和投影仪的使用，方便了教师的讲授和示范；显微成像和拍照设备则方便对学生的实验结果进行记录和量化评价；实验室的监控设备可以辅助监督管理学生对显微镜的维护等等。

3 结语

普通光学显微镜的构造和使用时微生物实验教学的重要一环，也是基础一环。尽管现在实验教学中强调自主性实验、开放性实验的采用，但是学生必须先学会显微镜的使用，才能进行后续的实验，包括自主创新的实验，也包括动物、植物等其他生物相关学科的相关实验。笔者在多年的显微镜教学实践中，发现了一些教学中普遍存在的问题，如镜头清洁维护、正确寻找和观察样品图像等，并提出了一系列改进方法，包括主观层面的改革教学方法、强化学生管理，以及客观层面的升级换代设备。这些改革措施的采用将有效地提高普通微生物学显微镜使用实验的教学效果。

参考文献

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