微生物学实验“融合式”教学模式的探索与实践

微生物学实验“融合式”教学模式的探索与实践摘要：微生物学是重要的生物学基础学科，微生物学实验是微生物学课程教学的一个重要实践环节。本文探讨了微生物学实验课程在秉承传统的基础上，提出了微生物实验的“融合式”教学模式，即将本科实验技能竞赛培训、科学研究项目、《普遍高中生物课程标准》实验课程、数字化实验课程与传统的微生物学实验课程优化融合。实践证明“融合式”教学模式有利于学生实验能力、创新能力和科研素质的培养和提高。关键词：微生物学实验，创新，“融合式”教学模式，数字化课程ExplorationandPracticeof“Integrated”TeachingModeforMicrobiologicalExperiment微生物学是研究微生物及其生命活动规律的科学，是生物学领域中一门非常重要的基础学科，这门学科的特点是具有很强的实验性和应用性⑴。微生物学是一门实验科学，其知识主要源于实验研究,实验教学是微生物教学的重要环节⑵。通过微生物实验教学，不仅使学生掌握微生物学实验所需的基本操作和技能训练，而且使学生研究能力、综合能力及实验兴趣得到培养。传统的实验教学注重培养学生的动手能力和实验技能，开设的实验多数为操作性和验证性实验。然而随着高校教学改革的不断深化，实验教学越来越注重创新型、研究型人才的培养，实验教学模式势必需要进行改革，在秉承传统的实验教学的同时,需要加注新的内涵[3-5]o针对目前实验课实际状况,在对学生进行入门教育、基础实验、综合实验、开放课题的实践教学基础上加以不断探索与改革，将本科生实验技能竞赛培训、导师科学研究项目、《普通高中生物课程标准》实验课程、数字化实验课程与微生物学实验课程优化融合，构建出新的实验教学模式，目的是不断提高实验课的教学效果，加强学生的综合素质训练，培养既具备理论知识，又具备较强动手能力及创新能力的科技素质人才，以适应学科的发展趋势和师范院校培养基础教育人才的目标1实验技能竞赛培训和微生物实验课程融合普通微生物学实验为生命科学学院生物科学和生物技术专业的专业基础课，课程于第3学期开设。学生通过本课程的学习，能够了解微生物学实验的现状和发展方向，掌握微生物学的基本研究方法及实验技能，着力培养学生成为卓越的中学生物学教师。“微生物学实验技术”是学院专门为生物技术专业的学生开设的实验课，属于生物学综合实验技能系列，课程于第4学期开设。本课程对多种实验内容及方法进行了有效整合，学生通过该课程的学习，能够加强对微生物科学实践的认识，并提高实验技术综合运用及对实验结果综合分析的能力，着力培养学生成为科学研究领域的应用型人才。按照传统的教学计划，生物科学专业的学生只要修完普通微生物学实验一门实验课即完成教学计划，由于验证性的实验较多，学生动手机会少，尚不能完全满足生物科学专业学生的学习需求。近年来，随着各省及全国竞赛的开展，我们尝试借助学生参加技能竞赛的机会，对生物科学专业的学生进行阶段性培训，以竞赛促进实验课教学，取得了很好的实验教学效果。1.1赛前选拔阶段根据竞赛要求，由两名学生自由组队，其中一名学生负责实验操作，另一名学生负责完成实验报告，各组学生按要求操作，两名教师评选打分，择优选出十组学生参赛。经过赛前选拔阶段的挑选,使大多数学生有机会参与竞赛，同时也激发了学生对微生物实验课学习的兴趣。1.2集中辅导阶段教师为参赛学生讲解实验的基本原理、操作步骤及各环节的注意事项，学生通过集中辅导阶段的学习，进一步巩固和加深对实验基本概念和基本原理的理解，掌握对实验结果分析讨论的基本方法,培养学生严谨的工作作风和良好的实验素养⑺。1.3集中培训阶段集中培训阶段要求学生在规定时间内完成实验的全部操作过程，教师对学生操作进行指导，观察并对不规范的操作进行及时纠正，使学生操作规范化。同时小组间进行互动交流，共同探讨实验成功的经验以及失败的原因，通过集中培训阶段的练习，学生的动手能力、综合分析能力和团队合作能力得到显著提高。1.4开放练习阶段实验室全面开放，学生根据自己的实际情况在课后安排练习时间，指导教师负责答疑，学生之间相互探讨学习。通过开放练习阶段训练，学生学习实验课的主动性、自觉性得到加强。1.5模拟考试阶段模拟考试严格按照竞赛的评分标准进行考试,学生按照要求模拟竞赛，两名教师现场评分。通过模拟考试阶段的训练，不但使参赛的学生对实验的目的、原理、器材与材料、操作步骤更加熟悉，而且培养了学生从容淡定面对考试的良好的心理素质。近年来，本学院多名学生连续六届在“吉林省大学生生物实验技能大赛”上取得优异成绩，其中一名学生获得“全国大学生生命科学竞赛”一等奖。通过竞赛训练，学生养成了良好的科学素养，实践能力得到了极大的提高。2微生物学科学研究项目与微生物实验课程融合高水平的科研是提高教学水平的助推器，将科研和教学有效整合是提高教学水平的有效途径之一⑻,高等学校在实验教学中越来越重视将科研内容转化为教学内容[9-11]o在大二微生物学理论课和普通微生物学实验课结束后，在大三设置“微生物学实验技术”课程。本门课程有效融合了导师科学研究项目，例如：微生物学专业教师近年来的研究方向主要围绕资源微生物及其产生的降解酶类对大分子的生物降解，在国家及省自然科学基金“聚3-羟基丁酸酯（PHB）可控生物降解的研究”“碱性糖苷水解酶的筛选及其耐碱性结构基础研究”等项目的支撑下，搭建了成熟的微生物筛选、鉴定和酶功能研究的平台。在这些项目的驱动下，我们改革了微生物学实验技术课程的内容，设置了以产酶微生物筛选、鉴定及产酶过程研究为主线的综合性实验，并将实验内容与教师科研工作对接。学生通过该课程的学习，能够加强对微生物学科学实践的认识，并提高实验技术综合运用及对实验结果综合分析的能力，培养系统的科研思维及创新意识。其中一些对微生物学实验感兴趣同学，可以自由组成小组申报各级的大学生本科科研项目，申报成功的学生可以按要求进入实验室进行科研项目研究。科研结束后，通过总结实验结果和完成项目的全过程，学生的创新意识和团队意识也得到了加强[12]o3《普通高中生物课程标准》实验课程与微生物实验课程融合按照2003年教育部颁发的《普通高中生物课程标准》（以下简称《高中课标》），高中生物学实验教材中的实验内容有较大幅度的变动，实验的数量增加、难度加大，同时对实验室仪器设备的使用要求也提高了[14]o由于本科实验教学是对中学实验教学的直接指导和全面拓展，而传统的师范大学生物学教程与中学生物学教程脱节是长期存在的问题，在实验教学中也存在同样的现象。为了使学生尽快适应高中新课程标准，为将来从事中学生物实验教学任务做准备，在微生物学实验课程中添加了《高中课标》中涉及的实验内容，我们根据《高中课标》书中提供简易的实验装置图和实验参考资料，设计出完整的酵母菌呼吸装置和实验方案，同时又对书中给出的酵母菌发酵时间及无氧呼吸装置进行了改进，大大提高了实践教学实施效率和效果。自制酵母菌实验装置和改进实验方案，虽然源于教学，但却另有收获，培养学生发散思维，从细节入手，结合实际应用，动手、动脑、勇于创新的精神[15-16]O4数字化实验课程与微生物学实验课程融合数字化教学是利用多媒体教室、电脑等现代化多媒体载体进行的教学。数字化教学集字、声、形、色为一体，具有教学资源多样化、学习个性化、多层次高效互动等特点，被逐渐应用于实验教学中。“丝状微生物形态观察技术”实验是在大二开设的基础实验，此实验不但涉及多项微生物实验技术，而且实验操作时间长，学生无法在规定课时内完成实验操作，教师要在实验课前做好实验器材和菌丝的扦片培养的准备工作，学生上课时直接取长有菌丝的扦片在显微镜下观察。这样传统的教学方法使学生不能系统地掌握实验操作的全过程，影响教学效果。早在2016年，学院组织教师对部分实验进行数字化实验课程统一设计及录制，包括设计实验台词及撰写实验过程脚本；录制实验材料、实验操作过程、补充实验习题和PPT课件，经过反复校对和修改，数字课程于2019年底已由高等教育出版社出版[17]，并将“丝状微生物形态观察技术”数字化实验课程应用在传统实验教学课程中，经实验教学实践证明，实施数字化实验教学与传统实验教学在实验课堂上的优化融合，探索了更适合本科实验的教学方法，具体体现在以下方面。4.1提高实验教学质量将数字化实验课程与传统实验课程融合，因视频内容包括本实验完整的实验操作过程，有效解决了传统实验教学中课时不足的问题，使学生系统掌握实验操作流程，提高了实验教学质量。4.2提高学生自主学习能力传统实验教学中，学生没有课前预习的习惯，学生始终处于被动接受的学习状态，不利于学生个性化发展和创新能力的培养。将数字化课程视频课前发给学生，学生通过课前观看视频，预习发现不理解的知识点，上课听讲时便有更强的针对性，加深学习认识，提高自主学习的能力。4.3课堂体验效果好传统实验教学中，教师做演示实验，后排学生看不清操作步骤，影响实验课效果。将数字化实验课程视频和传统实验课融合，学生观看时很清楚，有一种老师在每个同学面前操作的感觉，使学生没有坐在后排看不清的担忧，课堂体验效果好。4.4提高实验教学效率传统实验教学中，为了保证实验教学质量，本科实验一直采取小班授课，每组学生在30人左右，但近几年来，由于学生人数不断增加，而且实验教室场地有限，同一个实验就要分4~5组，一个实验教师要反复讲解并演示实验。通过将数字化实验教学与传统实验课堂相融合，教师可以通过讲授和放视频相结合的方式进行教学，减轻教师的重复工作,将教师从繁琐重复的教学任务中解放出来，使教师有更多的时间和学生进行交流，拓展学生的实验创新思维，提高实验教学效率及效果[18]o4.5特殊时期实验课程有预案突如其来的疫情，使大学生不能如期返校上课,但停课不停学，采取在家网上授课。教师可以利用网络平台，采用PPT与讲解相结合的形式进行网络授课，方便学生观看和学习；同时教师也可以通过微信发放实验视频给学生，学生通过观看数字化实验视频、做思考题及课后习题加深对实验课的了解和掌握。数字化实验课程为教师进行网上教学提供了教学预案，成为实现网上课程