结合学科建设的应用型本科院校的微生物学实验教学改革

任嘉红, 陈艳彬, 李云玲, 晋婷婷, 刘瑞祥

(长治学院 生物科学与技术系，山西 长治 046011)

随着我国经济发展进入新常态，为适应人才供给与社会需求关系的变化，党中央、国务院做出重大决策部署，推动本科高校向应用型转变。2015年10月教育部、发改委和财政部颁布《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，积极推进地方高校的转型发展。进行应用转型需创新人才培养模式，培养具有创新能力、适应区域经济的发展、满足当地行业和企业需求的创新型应用本科人才，已成为地方本科院校明确的人才培养目标[1-2]。长治学院是山西省地方高等院校之一，生物科学专业成立于1980年，从2001年开始招收本科生，已具备了一定的办学规模并具有扎实的本科教学基础。实验教学在培养学生综合素质和创新能力方面发挥着重要作用，是高等院校教学体系的重要组成部分[2-3]。随着实验教学改革的不断深入，实验教学已不仅仅是理论教学的辅助，而是在学生学习理论知识的前提下，为学生提供学会应用所学知识分析和解决问题的实践平台[4]。实验教学已经成为培养学生创新动手能力和分析解决问题能力的重要教学途径，是培养创新性人才的重要平台[5-6]。长治学院生物科学与技术系拥有山西省“药用植物产业化学科群”及山西省“1331工程”生态学优势特色学科等建设平台，在此基础上结合长治学院学科建设及服务地方经济的人才培养理念，对微生物学实验教学进行了全面改革，创建了适合培养我校生物科学专业本科生创新实践能力的实验教学体系，并且初见成效。

1 微生物学实验教学改革的必要性

微生物学作为生物类相关专业非常重要的一门基础学科，是所有生命科学的研究基础，是生命科学领域中最为重要的二级学科之一。想要学好生命科学的其他课程，除了要熟悉微生物学，还必需掌握微生物学的基本操作技能[7-8]。微生物学实验教学是学生理解和掌握微生物学基本原理的必需环节，在创新人才培养和素质教育中起着非常重要的作用[9]。怎样提高微生物学实验课程教学效果是需要认真思考的问题[10]。

传统微生物学实验以验证性实验为主导，综合性和设计性实验很少，甚至没有，这种实验教学体系极大地束缚了学生的思维，限制了学生的视野。学生不能将所学知识融会贯通，缺乏独立思考、综合分析问题能力和创新意识[11]，目前的微生物学实验课程体系、内容、方法及教学模式等方面都需要改革，创建适合培养现代应用型本科生创新能力的微生物学实验教学体系势在必行。

2 创新实验教学体系，建立实验教学新模式

2.1 重视基础实验，强化基本操作

基本实验技能的培养对于微生物学实验这门实验性很强的学科来说尤为重要，目前大学生动手能力普遍较差，并且眼高手低。因此在微生物学实验教学中需遵循强化基础操作的原则，目的在于培养学生最基本的实验操作技能，如显微镜的使用、无菌操作、染色制片、配制培养基等。如果不能很好掌握这些最基本的操作技能，一方面学生的验证性实验成功率得不到保障，另一方面后期的综合性和设计性实验也无法顺利开展。教学中优选的经典基础实验包括细菌的革兰染色、芽胞染色、鞭毛染色及其运动的观察、培养基的制备和灭菌等。

实验教学中教师首先在课前给学生发布相关的实验操作视频，让学生对即将进行的实验有一个直观认识；其次在实验课堂上着重强调基本要领和关键动作，每次实验都会亲自示范，让学生勤加练习，并在每次实验中随时观察学生情况，针对学生的错误操作及时纠正指导；最后在课堂结束时针对规范要求进行实验操作考核。通过对基本实验操作规范的训练和考核，学生在验证性实验中实验结果的准确率和教学效果均明显提高，同时熟练掌握了基本操作技能，为后续设计性实验和毕业论文(设计)等的顺利开展奠定了扎实的基础。

2.2 开展综合性设计性实验，充分调动学生积极主动性

随着教育改革的深入，很多高校在微生物学实验中引入了综合性和设计性实验内容。综合性实验可以帮助学生全面系统地把握实验内容，有效提高学生综合实践能力，培养学生分析问题、解决问题的能力[12]。与科研相结合的综合设计性实验的开设是高校人才培养的一个重要组成部分[13]。

结合长治学院药用植物学科群和生态学学科建设，在开展“土壤微生物的分离与纯化”综合性实验项目时，以长治当地的药用植物根际土为材料，要求学生完成土样采集、培养基配制、微生物分离、纯化、染色、生理与生化鉴定等多项内容，这种系统性连续性的实验将分散的微生物实验项目有机结合起来，使学生成为实验的主体，极大地激发了学生参与实验设计的兴趣和主动性。教师在此类型实验中“放手但不放任”，对学生起到引导思维、审核方案、对实验结果进行指导分析讨论的作用。

另外，在综合性和设计性实验分组时将实验技能较强和较弱的学生进行混搭，最终实验成绩以小组为单位进行考核，因此实验技能较强又爱学习的学生会积极主动指导实验技能较弱的学生，从而带动整个小组积极参与实验，踊跃讨论解决问题的方法。这种教学方式可以调动小组内所有人员的积极主动性，增强了学生的集体意识，激发了团队协作精神。

2.3 开放实验室，搭建科研创新实践平台

实验室是培养学生创新与实践能力的重要场所，实践技能的训练是创新性应用型人才培养的一个必要举措，科研创新能力的培养是创新人才培养模式中实验技能培养的最高层次。开放实验室可以给学生提供更多自主学习的机会。科学研究是设置“研究创新性实验”最大的平台，也是学生进行“研究创新型实验”的最好课堂[14]。为了让学生从实验的参与者变为主导者，充分发挥他们的主观能动性，经过双向选择选拔部分学有余力且对微生物学感兴趣的学生及早加入实验室参与科研活动，主要采取的以下措施。

2.3.1 参与微生物学教学团队一线教师的科研项目 要求学生自己查阅资料并设计实验，定期向指导教师总结汇报实验进展，共同探讨改进实验方案，及时记录原始数据，项目完成时要求学生写出科技论文。在此过程中，学生进一步巩固了基础知识和操作，除了高质量完成实训内容，还可以锻炼学生的实验设计能力，如培养基最优配方摸索、微生物最适生长条件优化等。科研项目训练历时长，需不断摸索才可能得到预期结果，往往还会经历“失败”，所以学生除需熟练掌握操作技能外还要有好的心理素质来应对。在此过程中锻炼了他们查阅文献、撰写论文等能力，培养了不畏艰难的科学精神，为今后从事科学研究工作奠定了基础。

2.3.2 指导学生申报各级各类项目和参加各类竞赛 如大学生科技创新实验计划项目、全国大学生生命科学竞赛等。结合长治学院的学科建设，设立了“药用植物产业化学科群”本科生项目和“1331工程”生态学优势特色学科的本科生创新项目。学生申报的项目具有较强的地方应用性，如“党参根际产ACC脱氨酶细菌的筛选及接种效应”“潞党参根际自毒物质高效降解菌的分离、筛选及其接种效应研究”“药用植物大黄根际产IAA细菌的促生特性研究”等。学生需制定试验方案、准备实验材料、独立操作以及对实验结果进行分析等。通过开展项目和科学实践锻炼，进一步巩固了实验操作技能。近五年长治学院微生物学教学团队共承担省级以上教学项目 1 项及科学研究项目5项；指导学生参加全国大学生生命科学竞赛，“药用植物大黄根际产IAA细菌的促生特性研究”项目获二等奖(2018)，“濒危植物太行菊根际产ACC脱氨酶细菌的分离、筛选及鉴定”项目获三等奖(2019)。

2.3.3 建立校外实验教学基地，实验教学与生产实际相结合 作为一门应用性较强的学科，如何将理论与实践结合起来，真正做到学以致用，是教师和学生共同关注的话题。为此与地方企业积极合作，建立了多个校外实训基地，包括长治市生活污水处理厂、长治麒麟源煤业(工业污水处理)、长治市郊区疾病预防控制中心、长治市潞酒有限公司、长治市食品药品检验所等。带领学生走出校门走出课堂，到基地进行实训，由生产一线技术人员讲解生产环节，学生观摩或参与部分实践操作，拉近理论与生产实践距离。通过走进企业参观学习实践，学生不仅拓宽了专业视野，也深刻认识到微生物在实际生产生活中发挥的巨大作用。

2.3.4 搭建校企合作平台，实现企业学生双赢 依托生物科学系“太行山药用植物生物肥料工程研究中心”与当地企业进行深度合作，取得了一定的成果。目前与长治县精卫农业有限公司合作开展了中药渣高效安全栽培食用菌研究，将中草药和中成药生产加工过程中产生的药渣用于平菇栽培，并从栽培基质的优化、药渣的生物降解、药渣组分对食用菌生物活性物质和食用安全性的影响几方面进行具体研究。另外，还与长治市振东制药有限公司合作开展了苦参药渣条垛式堆肥应用基础研究，筛选获得了苦参药渣最优堆肥条件，研究了苦参药渣堆肥过程中的物质转化、微生物变化等特征，筛选出了适合苦参堆肥的菌株，并合成具有自主知识产权的发酵菌剂。结合工程中心前期研制的具有生物活性的育苗基质，与山西振东道地药材开发有限公司在国家级扶贫开发重点县山西省平顺县合作建立了50亩微生物有机肥中药材种植试验田。学生全程参与研发应用，一方面提高了学生的专业兴趣，增强了对所学专业的自信心；另一方面增加了对企业的认知度，减少了就业盲目性。部分学生选择了在合作企业就业，从一定程度上也解决了企业培训成本，产教融合实现了双赢。

3 基于微信的“线上+线下”混合教学模式

国家中长期教育改革和发展规划纲要(2011至2020年)中指出“信息技术对教育改革发展具有革命性影响，强化信息技术应用，提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果，鼓励学生利用信息技术手段主动学习、自主学习”[15]。网络时代的来临也改变着人们的生活方式，网络平台和手机的普及让人们获取知识的渠道也变得多样化[16]。微信是腾讯公司于2011年开发的一款即时通讯应用程序，具有推送对象精准、参与程度高、支持多种格式文件的发送和下载、信息传播方便快捷等特点。随着智能手机的普及，大学生微信的使用率接近100%。微生物学实验教师可以充分利用微信平台进行辅助教学，与学生交流互动。学期开始先建立微生物实验课班级群，实验课前教师会将相关的知识点以课件、文本、图片等多种形式上传到微信群中，方便学生提前预习，鼓励学生将预习中存在的疑问及时反馈到群里进行在线讨论。教师还可以通过微信群向学生推送一些实验室的基础性规范操作视频，如十倍稀释法、稀释倒平皿、平皿划线接种、斜面转接、油镜使用等。学生提前有视觉冲击，有助于提高实验操作的规范化。另外，微信平台上传的内容有可下载长期保留的特点，学生可以利用吃饭、睡前等碎片化的时间进行反复观看学习，突破课堂局限性，实现了教学空间和时间的延伸。

另外，可以借助微信平台将学生实验报告情况等反馈给学生本人。传统实验教学中批改实验报告只是打分，许多学生对批改后的实验报告并不进行认真反思和整理，纸质的实验报告也不便于在学业完成后带到工作岗位，所以导致一些学习主动性较差的学生实验操作技能得不到专业性提升。本项目组将批改后的实验报告以图片的形式通过微信平台反馈给学生，并在微信平台进行互动，及时针对性探讨解决学生存在的问题；同时也让学生能够永久性保存实验报告，为将来查阅提供了方便。

微信平台发挥的教学功能，为高校的教学开创了新场所。微信平台让教师能及时了解学生对知识的掌握情况，并及时答疑解惑。微信平台方便快捷的宣传方式突破了传统课堂教学受到场地和时间限制的不足，开拓了学生视野、提高了教学资源利用率、激发了学生学习兴趣，对微生物学实验教学改革具有重要意义。长治学院微生物学教学团队利用丰富的网络资源开展微信平台辅助性教学，及时了解学生们对知识的掌握情况并答疑解惑，提高了教学资源利用率，激发了学生学习兴趣，提髙了教学效率，拓宽了学生知识面，深受学生欢迎。

4 制定科学考核标准，综合评价学生能力

考核是实验教学中的重要一环，直接影响学生的学习动力、学习态度和教学效果[9]。实验教学体系改革后需建立科学的考核体系与之配套，否则将流于形式。传统教学中教师主要通过实验报告对实验教学进行考核，对实验操作重视不够，导致部分学生只重视实验报告而忽视具体实验操作环节，实验报告千篇一律，学生在实验过程中对知识的理解和重视不够[17]。

为全面客观考核学生的综合实验能力，采取理论与操作并重，成绩评定采用平时成绩占70%，期末综合技能成绩占30%相结合的方式进行综合评定。平时考核成绩由考勤率(10%)、实验操作(60%)和实验报告(30%)三部分组成。实验操作主要对操作技能的规范性和实验结果的正确性进行评定，在每次实验课上随堂考核打出，例如革兰染色中考核学生能否正确使用油镜、染色制片、结果是否正确；培养基平板制备时要求学生在规定时间内正确操作，独立完成倒平板。实验报告成绩主要考核学生的绘图技术，对本次实验结果的进一步分析，实验过程中出现的问题及解决办法等。对于设计性和综合性实验则重视整个实践过程，进行综合评定而不一味追求结果的完美。平时考核成绩比例的提升，促使学生重视基本操作和技能的学习，认真对待每一次实验，整体提高了学生的实验操作水平。

期末综合技能考核主要设置基础操作(倒平板、培养皿包扎、油镜使用等)和综合技能提升(平板涂布、革兰染色、划线操作等)两个板块。学生随机分别抽取一个基础操作和一个综合技能实验进行考试，现场撰写实验报告。教师根据评分考核表进行量化考核打分。这种多元化的考核方式有助于强化学生的自主学习意识，促进学生综合素质的提高。

5 改革取得的初步效果

通过三年的教学改革，长治学院微生物学实验目前已形成了稳定的教学模式。为了能更好地培养学生操作技能及科研素养，对长治学院2015～2017级7个班的生物科学专业学生在结束微生物学实验课程学习后，进行了问卷调查。结合学科实际情况设计12个问卷题目，目的在于了解调查对象对微生物学实验课程的看法。发放调查问卷326份，收回有效问卷326份，调查结果见表1。

由表1可以看出，92.6%学生认为混搭分组能起到积极的促进作用；89.6%的学生认为微信平台在辅助教学中起到了积极的推进作用；96.3%的学生在实验课上会做实验记录，使学生形成了良好的学习习惯；87.5%的学生每次实验后会自己处理数据并完成实验报告；83.6%的学生会课前预习课前复习，学生自主学习能力明显提高；87.2%的学生处理错误实验结果时会认真对待，当实验过程中遇到问题时，绝大多数学生会选择请教老师和学生探讨或独立思考自行解决。绝大多数学生认为改革后的微生物实验教学模式在提高思维能力、组织能力、动手能力以及培养良好科研习惯方面起到了积极的促进作用。

表1 微生物学实验教学问卷调查

6 小 结

微生物实验教学以培养学生能力为核心，良好的实验教学能提高课程的水平和质量，通过对实验教学内容、教学方法和考核体系多方面的改革，摸索出培养学生开放性思维和创新能力的实验教学“新”模式，学生能更好地理解消化课堂理论知识，提升了微生物实验的整体教学水平，取得了良好的教学效果。

改革后的《微生物学实验》体系，给予了学生充分的发挥空间，有力地调动了学生的学习积极性和科学探索兴趣，有助于学生了解本学科的发展动态以及科研思维、创新能力和协作精神的培养。新的教改模式下也有力地助推了长治学院“药用植物产业化学科群”及山西省“1331工程”生态学优势特色学科的建设和发展。学科建设又为新一轮课程改革带来了新的机遇，二者相辅相成相互促进，在“学生中心，产出导向，持续改进”的核心理念指导下，地方应用型本科院校实验教学改革还将不断地探索。