突出应用型人才培养的微生物遗传育种实验教学体系的构建

成 堃，王小霞，高 星，蔡晓明，张明轩

(齐鲁理工学院 化学与生物工程学院，山东 济南 250200)

2018年，全国第一个新旧动能转换综合试验区在山东设立，综合试验区的设立为全面增强山东省的科技创新力和竞争力提供了重大机遇，也对专业技术人才的创新能力、专业素养提出了更高的要求[1]。我校是应用型本科院校，我校开设的生物工程专业立足山东，面向全国，旨在培养生物工程专业的应用型学生，更好的从事生物工程领域的新兴产业，为产业的发展提供有力的人才支撑。

微生物是生物工程的重要组成部分，优良的微生物在酿酒、酶制剂、制药、化工污水处理等领域发挥着重要作用[2-5]。因此，对微生物、尤其是工业微生物进行诱变选育，以筛选出符合规模化生产要求、性能优良的菌种，对行业发展具有重要意义。微生物遗传育种是研究微生物遗传学原理、育种方法的一门学科，是生物工程、生物技术等相关专业的必修课程之一，而实验教学是重要的组成部分，是学生强化所学理论知识、掌握微生物遗传育种的思路、基本实验方法和操作技能的重要途径[6]，为今后在工作岗位中能够独立开展微生物选育工作奠定基础。

但是，由于微生物遗传育种的实验成功率偏低，实验条件有限，实验内容更新慢、与生产实践脱节严重，而且不同实验课程之间存在实验重复的现象，造成学生对微生物遗传育种实验的重视度不高，学习积极性差，虽然课堂出勤率高，但是对待实验态度消极，敷衍了事。根据实验教学中暴露出来的问题，结合近几年的教学经验总结，我们从实验教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了改革，努力提高实验教学质量，培养实验动手能力强、思路活跃、独立思考能力强的学生。

1 修订实验教学内容，构建应用型实验教学体系

我校生物工程专业微生物遗传育种实验共计24学时，改革之前的教学大纲，实验项目偏多(表1)，主要针对学生基本技能的培养，每个实验项目之间都是孤立的，缺少连贯性和应用性；少数实验项目与其他实验课程的有重复。因此，我们认真学习、研究了《微生物学实验》、《分子生物学实验》等相关实验课程教学大纲；并对山东省内的一些生物发酵类、环保类企业开展调研，了解企业对生产、技术人员的知识储备需求和现状；通过对课堂教学、企业的深入了解，重新构建了微生物遗传育种实验教学的内容体系，修改完善教学大纲。

首先删减了与微生物学实验、分子生物学实验等重复的实验项目，将部分基础性实验整合，修订后的实验项目全部为应用性、综合性实验(表2)。例如，大肠杆菌质粒的提取、感受态的制备与转化在分子生物学实验中已经开设过，而生产上以芽孢杆菌属细菌为生产菌种的生物产品不在少数，如碱性蛋白酶[3]、核黄素[4]等，但是芽孢杆菌属细菌感受态的制备、转化与大肠杆菌差别很大，因此，我们将大肠杆菌基因重组育种的内容调整为枯草芽孢杆菌的基因重组育种。修订后的微生物遗传育种实验大纲中还增加了选做实验，供任课教师灵活选用，避免每个开课班级、学期实验重复率高。

表1 微生物遗传育种实验改革前的教学内容

表2 修订后的微生物遗传育种实验教学内容

2 合理利用翻转课堂，构建实验教学方法体系

翻转课堂是近年来出现的一种新的教学模式，除了在理论课教学中被广泛使用，越来越多的实验课程也将翻转课堂引入到教学中[7-9]。利用翻转课堂，学生可以在线上学习实验原理，预习实验流程，大大减少了教师在课堂上的讲解时间，将课堂时间最大限度的用于实验的开展。

在教学过程中，我们发现，由学生替代教师讲解某个知识点，更能吸引学生的注意力，教学效果比教师讲解更好。因此，我们尝试安排每个实验小组负责将一个实验项目的实验原理录制成视频，每个视频时长5～10 min。通过安排学生录制视频，激励了学生课下认真准备，只有自己把实验原理吃透，才能在录制视频时表现的驾轻就熟。同时，鼓励各个小组从网上搜集与实验主题有关的素材，不断丰富完善线上内容。授课教师负责将实验过程中的关键操作技术录制成视频供学生观看，以帮助学生预习实验流程，了解实验过程中的注意事项。

3 完善实践教学的考核方法，建立科学合理的考核评分体系

考核是反映教学效果、检验学生学习质量的重要手段。通过考核，能够发现学生对实验原理、实验流程中相关知识点的掌握情况，同时也能了解学生的实验动手操作情况，对仪器设备的操作使用掌握情况，并且提高学生参与实验的积极性、主动性，更好的促进对理论课程的学习。因此，制定一套科学合理、相对公平公正、能够反映学生真实学习情况的考核评分体系是十分重要的。改革前的微生物遗传育种实验考核包括预习报告、实验前、实验操作、实验报告四部分，对学生的考核仍不够全面。对此，我们结合实际，对考核方法进行细化、改革。

新的考核评分体系分为平时成绩、操作考试和笔试三部分，其中平时成绩占总成绩的50%，包括实验前的准备阶段、实验中、实验后三部分；操作考试、笔试分别占总成绩的30%、20%。

3.1 平时成绩

实验前准备占平时成绩的30%，一般提前一周向学生发布新的实验项目，小组根据实验项目，进行文献资料的查阅、实验方案的设计、仪器设备、药品试剂等的准备，并形成实验预习报告，于实验前2天交上。实验前准备阶段重在考察学生的实验思路是否正确、新颖。例如，针对枯草芽孢杆菌的转化，有的小组采用经典的化学转化法[10]，有的小组采用电转化法[11]；对于化学转化法所需仪器设备简单，但是转化率低；电转化法转化率高，但是需要使用较为精密昂贵的电转仪进行质粒转化。根据每个小组上交的实验方案，指导教师给予点评，对不合理的方案提出修改意见，这可以综合体现出学生对中外文献资料的查阅能力和综合运用所学知识解决实际科研问题的能力。每个小组的成员分工合作，有的同学负责准备药品、试剂、各种实验耗材；有的同学负责配制试验用溶液；有的同学负责协调、准备、调试仪器设备。任何一位同学的工作都有可能影响到实验结果，因此，通过这个过程很好的培养了学生的团队协作精神。

实验中占平时成绩的30%，考查学生的动手能力，培养学生良好的实验习惯，如出勤率、仪器设备使用的规范性、实验操作的规范性、实验结束后实验室的清洁、仪器设备、药品的归位、小组成员之间的团队协作等。

实验后考核重点为实验报告的完成质量，占平时成绩的40%，要求学生如实报告实验结果并附上原始实验记录，实验报告的重点应体现在分析、讨论实验中的不足及改进措施等。明确考核成绩不以实验结果为唯一标准，对于未得出满意的实验结果、但是认真分析讨论的实验报告仍然判高分。例如，在“大肠杆菌营养缺陷型突变株的筛选”实验项目中，有的小组未能筛选出营养缺陷型，在实验报告中进行了详尽的讨论。有的小组选择紫外线作为诱变剂，认为在诱变过程中可能由于操作不当，发生了光复活，导致突变率降低；有的小组采用亚硝酸钠制备亚硝酸，用亚硝酸进行诱变育种。亚硝酸不稳定，易分解，也可能导致突变率降低。学生经过对实验结果的深入分析、总结，既查漏补缺，夯实了理论知识，又促进学生不断完善实验方案，达到了实验教学目的。

3.2 操作考试和笔试

操作考试为学生在现场抽签确定实验考核内容并在规定时间内独立完成实验操作，所有考核内容都制定了考核评分标准并赋分，使考核尽可能客观的评定学生的掌握情况。笔试采用闭卷形式，考试时间限定为60 min。笔试内容主要以综合题为主，考察学生对实验原理的掌握、对所学知识的活学活用。

4 结语

改革后的微生物遗传育种实验，从实验教学内容、教学方法、考核方式三个方面综合培养学生的实验动手能力、运用理论知识分析问题、解决问题的能力，同时还激发了学生主动学习的热情，学生的实验态度、技能、对理论知识的掌握与灵活运用比改革前发生了极大的改善与提高。微生物遗传育种技能是生物工程专业学生必须具备的专业技能，作为应用型本科院校，我们在实验教学中还将不断完善微生物遗传育种实验的课程建设，努力提高学生的专业素养与能力。