“微生物学综合研究性实验”课程教学模式构建与实践

张 琇，屈 欢，李 敏，马海军，赵会君

（北方民族大学生物科学与工程学院 宁夏特殊生境微生物资源开发与利用重点实验室，宁夏 银川 750021）

教育部等部门在《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》中指出，各高校要把加强实践教学方法改革作为专业建设的重要内容，重点推行基于问题、基于项目、基于案例的教学方法和学习方法，加强综合性实践科目设计和应用［1］。提高实践教学质量，培养学生创新能力，关键是要深化实践教学课程改革。

北方民族大学生物科学与工程学院生物工程专业培养方案从2008年至今共修订了三次，分别为2008版、2014版和2019版，在每一版培养方案修订中均体现出了实践教学学分比例不少于专业总学分的三分之一。微生物学是生命科学中实践性最强的学科之一，实验课程又是微生物学教学中较为重要的组成部分［2］。学院微生物学类实验课程一直处于改革前列，积累了较为丰富的实践经验。微生物学类实验课程内容设计由最初以基础性实验为主，逐步发展至以基础性和综合性实验并重，再延伸至构建和优化以综合性研究性实验为主的实验教学体系［3］。在每一个阶段的探索和实践中均取得了较为显著的教学效果［4］。

按照教育部《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》的精神，因课制宜选择课堂教学方式方法，积极引导学生自我管理、主动学习，激发求知欲望，提高学习效率，提升自主学习能力。课程组积极探索以微生物类实验课程群中的“微生物学综合研究性实验”课程为研究对象，持续开展教学改革研究，该门课程总学时为72学时，设立4个实验项目，均为综合研究性实验［5］，其中包括：蛋白酶产生菌的分离、筛选及其鉴定；固氮微生物分离筛选及其功能测定；酿酒酵母菌的分离筛选及其性能测定；耐盐碱微生物的分离筛选及其促进玉米抗盐碱能力的测定。对上述四个实验项目实施动态调整，并依据课程组承担的科研项目和学科方向进行更新，旨在不断探索以学生为中心，引导学生自主学习、自主实践和自主创新的教学模式。

一、课前动员

根据培养方案执行进度和专业培养要求，对综合研究性实验课程内容进行适时调整和更新。在大学一年级、二年级期间，生物工程专业学生完成了“工业微生物学”“细胞生物学”“生物化学”“分子生物学”“化学”等基础性课程的实验课程，已掌握了基本专业实践操作技能。为了进一步提高学生的综合能力，以及思考问题、解决问题的能力，在综合研究性实验课程中设置一些具有探索性和创新性的实验内容［6-7］。如何让学生有兴趣并能顺利完成该门实验课程成为关键。通过结合科研项目研究内容，选取其部分内容如耐盐碱微生物菌种的筛选及其促进植物在盐碱胁迫下的生长研究［8-9］。为了充分调动学生对该内容的学习积极性，在开展实验内容之前，让学生了解我国可耕地面积的人均水平仍低于全世界平均水平，且我国盐碱地分布很广，如果得不到合理开发，粮食危机凸显，而通过微生物技术利用和改良盐碱地，具有独特的优势，通过该门实验课程的学习和实践，筛选获得一批促进植物耐盐碱的微生物，有望解决上述现实问题。同时，展示课题组近期的研究成果，分析该研究途径的可行性。通过上述讲解和介绍能够激发学生的学习兴趣，为后期该门课程的顺利开展奠定良好基础。

二、实验方案制定与论证

为了使学生具备自主设计实验方案和独立开展综合研究性实验的能力，在该环节中，要求学生查阅文献，制定实验方案。将学生分成若干小组［10-11］。根据实验项目内容，通过查询资料，学生自行开展方案设计、计划安排等。以耐盐碱微生物筛选为例，可以设定耐盐、耐碱、耐盐碱微生物的筛选及其功能验证。筛菌样品可以取自水样、土样、水果样等。虽然实验目标相同，但实验材料、实验设计、实验步骤略有区别，实验结果通常亦不一样，这样会使实验内容变得多样化，结果也会随之呈现多样性。

为了确保实验方案的可行性，实验方案制定完成后，要开展实验方案的论证会。每组学生通过板书或PPT的形式展示各组实验方案和分工情况等，随后授课教师进行指导和点评。以一个自然班40人为例，共分10组，学生可以了解10个小组的实验方案和设计思路，结合教师对每一组实验方案的指正，学生将会听到不少于10遍的讲解，且能够参与各组实验方案的修改和讨论，充分理解和掌握每个实验环节的作用和意义。这样，在正式实验开展之前，学生就已对实验材料、实验步骤、实验关键环节和关键问题等熟记于心，为后期实验开展奠定良好的基础。

三、实验实施和过程管理

在正式开展实验期间，教师对于大多数学生操作不太熟练的细节或者普遍存在的问题进行重点讲解和演示操作。通过利用某些实验过程中的空档期如高压灭菌阶段（一般需要等待1个小时左右），召集学生进行集中讲解和讨论，从而确保遇到的操作问题能够得到及时纠正和解决，保障实验顺利进行。由于综合研究性实验周期普遍较长，例如，培养微生物通常需要连续2～3天，种植玉米苗并观察其生长过程需要1～2周，因此小组成员分工协作显得尤为重要，要求每天均有小组成员到实验室进行必要的操作（如接菌于玉米苗根部、浇水等），并做好相应的实验记录，做好实验工作衔接。实验记录是后期分析和讨论实验结果的重要依据。学生在实验期间所观察到的数据和结果图片应及时发至授课教师的微信、QQ或邮箱。授课教师组织学生在实验课堂上进行交流和讨论，分析实验现象。

四、实验结果总结与分析

实验结束后开展讨论分析，每个小组向全班同学进行总结汇报，并分析实验结果。教师针对共性问题和个性问题与学生一起讨论和交流，全班学生分享各实验小组的成功经验和失败教训。实验总结汇报过程中，从方案、步骤、过程、结果等环节进行认真分析和讨论。以耐盐碱微生物筛选为例，有的小组筛选获得了耐盐碱微生物，而有的小组却没有，学生分析原因可能有：一是所选择的样品不一样，有土样、水样、水果样，这样因样品之间的差异会造成所分离获得的微生物在数量、种类等方面有所不同；二是操作问题，接种环灼烧后，未等冷却立即涂布，造成微生物被直接消灭；三是稀释倍数过高，使得微生物数量极少；四是培养基的配制有误等。学生从各个角度和方面进行假设和分析，为重复实验提供依据，也进一步促使学生对实验的每个环节有了新的认识和理解，明显提高了学生分析和解决问题能力。此外，有的菌可促进玉米耐盐碱功能，而有的菌则无此功能，学生分析问题原因有：一是所筛选获得的菌的种类不同，作用不同；二是由于玉米种子的个体差异造成，对菌的作用不敏感；三是菌接触玉米根系方式和位置不同等。类似这样的实验结果有很多种，促使学生主动查询资料，互相讨论，或与指导教师交流，甚至课下询问其他专业相关教师，使学生由“要我学”向“我要学”转变［12］。

五、撰写实验总结报告

实验结束后，要求学生在实验报告中不仅要详细写出实验过程和操作步骤，还要有实验数据和照片等，同时强调学生要对实验结果进行分析。在实验总结报告中对实验方案、实验记录和实验结果进行系统分析和关联分析，并提出实验方案进一步优化的意见和建议。虽然实验以小组形式进行，但是实验报告要求每人一份。小组成员可以在报告中有不同于其他成员的感受、认识及思考等。根据学生的实验总结报告，教师进一步优化实验教学内容，改进教学方法。学生在撰写实验报告中，不仅对实验过程进行详细记录和总结，还要进行分析和讨论，避免了学生之间抄写实验报告的现象。

六、改进考核方式

目前，大多数实验课程的考核方式以平时考勤、实验报告为主要依据，不能客观考查学生对于实验操作和实验内容的掌握和理解程度。为了全面、客观反映学生对实验课程的学习和掌握情况，从方案制定、过程管理、实验总结、实验报告等方面进行考核，并结合期末考核。实验课程的成绩由实验报告、实际操作、实验总结汇报、期末考核等成绩组成［13］。

七、教学效果

“微生物学综合研究性实验”课程中融入科研项目内容，选取对于生产实践具有重要应用价值的科研项目内容融入实验项目，使学生不仅对该门课程产生浓厚兴趣和探索欲望，也对专业定位和培养目标有了更为清晰的认识。

通过查阅文献，制定实验方案，可锻炼学生的文献阅读能力、分析和设计能力及独立思考问题的能力。实验项目以小组形式实施，明显提升和加强了学生的团队意识和协作意识。通过在实验方案论证和实验总结过程中的发言交流，锻炼了学生的口头表达能力和思辨能力，交流机会明显增多。学生不仅能清楚地了解和掌握整个实验流程，并且能够对于实验结果进行分析和总结，并加以改进，能够将理论知识和实验知识有机结合，融会贯通。通过考核形式的改变，学生更加专注于实验过程的操作和能力提升，而不再因忙于撰写报告而忽略实验操作。

综合研究性教学模式的构建，以培养学生自主学习能力、科研能力和创新能力为目标，根据学校人才培养目标要求，对实验教学内容和课程体系进行优化整合，做到实验教学和理论教学的相互协调促进，丰富了实验内容，使综合研究性实验教学更系统、更完整。课程考核方式的改进，不仅能对学生的实验成绩和实际学习效果进行客观、准确的评价，而且还能充分提高和激发学生的学习主动性和创造性。