微生物學實驗教學中開展設計性實驗的做法與體會

曾馳 胡申才 繆禮鴻

摘 要： 本文探討了微生物學實驗教學中開展設計性實驗的一些做法，分析了開展設計性實驗過程中有待解決的問題。實踐證明，設計性實驗能提高學生的學習能動性，在培養學生動手動腦能力及科學思維等方面具有明顯優勢，是實驗教學改革的一個方向。

關鍵詞： 微生物學實驗 設計性實驗 做法 體會

微生物學作為生物科學專業和生物技術專業的基礎必修課，是一門實踐性很強的學科。微生物學實驗包含大量的基本操作技能，如油鏡的使用、菌涂片的制備及染色、無菌操作技術、培養基的配制及消毒滅菌技術、微生物的培養及分離純化技術等。實驗教學的目的在于培養學生的動手能力和創新思維。以往我們在教學中以開展驗證性實驗為主，學生被動學習，教學效果不顯著。

教育理念在更新，高等教育的內涵也在發生變化。21世紀對年輕人能力素養的培養應包括學習能力、信息素養、創新思維、合作精神和實踐能力的培養[1]?？梢?，教育的主要目的是使學生成為自己知識結構的設計者。在提倡終身學習的今天，學習能力的培養非常重要，所以我們要發揮學生的自主能動性，變被動學習為主動學習，因為他們才是學習的主體，教師在教學過程中只是指導者。為此我們在微生物學實驗中嘗試開展設計性實驗，并且開放了實驗室，學生的反饋非常好?，F將開展設計性實驗的一些做法、體會和有待解決的問題總結如下。

1.開展設計性實驗的必要性

傳統的驗證性實驗是以教師為中心的教學模式，學生沒有參與實驗設計和實驗準備，課堂上只是很機械地模仿和驗證，學習積極性差。這種教學模式扼殺了學生的能動性，學生得不到鍛煉，不利于科學思維的培養，有違教育的目的。

設計性實驗是學生根據某一專題的目的要求，運用相關知識和技能，對實驗材料、儀器設備、方法和步驟等進行設計并實施，最后對結果進行分析評價的過程，這是一個發現問題、解決問題的探究式學習過程[2]。它彌補了驗證性實驗的不足，學生成了學習的主體，教師只是指導者[3]。這種教學模式有利于培養學生發現問題的能力和創新思維能力。

2.開展設計性實驗的一些做法

為了提高學生的動手能力，培養學生的科學思維和合作精神，使實驗課成為綜合能力的訓練課，在實驗內容上我們采用驗證性實驗與設計性實驗相結合的方法，前期安排驗證性實驗以訓練學生的基本操作技能，后期安排幾個綜合性較強的設計性實驗，包括“土壤微生物的分離純化及其鑒定、環境水中腸道致病菌（沙門氏菌和志賀氏菌）的檢測”等。要求學生自行設計實驗方案，由指導教師審核通過后才能進實驗室實施。這除了要求學生對所學知識融會貫通外，還要充分利用圖書館資源和網絡資源獲取知識。實驗以4—5人為一小組，這要求學生有較好的團隊協作精神。在實驗的實施階段，學生自己準備實驗，包括蒸餾水的制備，配制試劑、染料和培養基等，然后進行微生物的培養、形態觀察、生理生化鑒定到結果分析，最終作出評價報告等。儀器的使用在教師的指導下進行，學生在實驗中步步深入，將孤立的、不連續的驗證性實驗組成一個連續的探究式的實驗體系。土壤微生物的分離純化以分離好氧細菌為主，學生除了用牛肉膏蛋白胨培養基分離出好氧細菌外，還嘗試用查氏培養基和高氏1號培養基培養出真菌和放線菌，升華了對培養基的認識，系統掌握了分離純化目標菌的方法。在開展環境水的腸道致病菌的檢測實驗時，內容亦是緊扣生活，對武漢工業學院周邊地區的環境水展開水質調查，通過對沙門氏和志賀氏菌這兩種腸道致病菌的檢測，最后要求學生對環境水的污染狀況做出結論并提出整改措施。學生的成就感和社會責任感大大增強。

3.設計性實驗的反饋意見

在設計性實驗教學結束后，我們選了2010級的49名學生進行微生物學實驗課教學效果的問卷調查。從反饋看出，學生對設計性實驗的教學效果的評價遠遠好于傳統教學方法，學生普遍認為設計性實驗能提高學習能動性，對學習具有很大的促進作用。學生不僅鞏固了所學的理論知識，而且大大提高了動手能力和解決實際問題的能力，整個實驗過程培養了學生的科研素養，為學生今后完成畢業論文奠定了良好的基礎。

4.開展設計性實驗的體會

傳統的實驗教學以教師為主體，學生的能動性差，即使強調學生課前要預習也收效甚微。而設計性實驗由于其自主、開放等特點，學生要完成實驗任務唯有對實驗步驟、預期的結果和應對措施都做到心中有數，才能把握實驗的整體過程。為此學生課前預習查資料就主動有效得多了。以前實驗準備都由實驗員完成，現在我們的做法是不管驗證性基礎實驗還是設計性綜合實驗，都以自愿為原則鼓勵學生參與到實驗準備中，教師指導學生完成實驗準備工作和預實驗。在此過程中，學生掌握了很多實驗準備的細節和技巧，獲得了管理實驗室經驗，培養了科學的態度和嚴謹的工作作風。

設計性實驗以4—5人為一個小組，要求小組成員共同設計實驗方案分工協作完成實驗。這就培養了學生的團隊合作精神，為今后的學習和工作中的團結合作奠定了基礎。這符合我們21世紀人才素養的培養要求。

開展設計性實驗要求教師對學生的實驗方案進行審核，指出方案的不足之處，與學生共同探討后提出更好的建議。這除了要求教師對專業知識和實驗操作有扎實的功底外，還要求教師不斷學習，及時了解科研新成果。雖然增加了教師的工作壓力，但這種細致深入的指導有利于教師及時了解學生的學習情況，增進師生感情。

設計性實驗的開展優勢明顯，但亦存在不足?？陀^上，由于實驗室空間有限和學生課余時間的不確定性，而設計性實驗要求時間相對集中，這使得實驗室較擁擠，個別學生有厭煩情緒。主觀方面，學生在設計實驗方案時有模仿和照搬現象，部分學生照搬教材敷衍了事，部分學生直接從網上下載相關資料打印上交。有的小組缺乏團隊的合作和討論，有的學生不動手不動腦只作旁觀者，更有個別組織紀律性差的學生鉆了開放實驗難以考勤的空子干脆不來實驗。這些都背離了開展設計性實驗和開放實驗室的初衷。為此，對設計性實驗的成績評定，我們要摸索出一套科學有效的評價體系。

5.開展設計性實驗有待解決的問題

（1）完善實驗室的條件。學生設計的實驗方案常要用到大型的儀器設備，但受目前實驗室條件限制被迫更改實驗方法甚至更改實驗內容，學生的學習熱情受挫。可見，設計性實驗要達到理想效果，必須完善實驗室的儀器設備。

（2）合理安排實驗周期。設計性實驗講究連續性，并且微生物的培養有較嚴格的時間限制，學生要利用課余時間接種或看結果，有時甚至與其他課程的學習發生沖突，容易產生厭煩情緒。為此設計性實驗的開設時間最好避開學習高峰期，或指導學生合理安排實驗進程以充分利用課余時間。

（3）規范實驗室的管理。設計性實驗要達到較好的教學效果必須開放實驗室。這樣有利于學生的個性化培養，能夠提高實驗室及其儀器設備的利用率[4]。但開放實驗室涉及實驗教學人員的安排，設備、場地、低值易耗品的協調問題，大型儀器設備的安全使用問題等[5]。為保證實驗順利完成，除了要延長教師的工作時間外，還要實行學生輪崗負責制等。若有條件，還可以對實驗室進行現代化管理，如利用先進虛擬儀器技術將儀器和試劑虛擬化，學生可以通過觸摸屏及時發現錯誤操作并有效改正，這樣儀器試劑的安全使用就有保障[6]。

盡管設計性實驗在實施中存在一些不足，但它在培養學生動手動腦能力及科學思維等方面具有明顯優勢，是實驗教學改革的一個方向。我們希望通過這些嘗試積累經驗，結合社會生活的實際，拓寬設計性實驗的涉及面，增強知識的實用性，從而提高學生的就業能力和社會適應能力。

參考文獻：

[1]龐啟華，黃文芳.綜合班微生物學實驗課的教學改革[J].微生物學通報，2005，32（3）：135-138.

[2]宋效先，王偉平，王曉燕.開展設計性實驗培養學生創新能力[J].中國成人教育，2005，7：80-81.

[3]王霞，蔡美英.以課題設計為基礎的課堂討論教學——現代免疫學技術課程的探索[J].西北醫學教育，2003，11（2）：141-142.

[4]黃曉敏，曾松榮，柯野等.實驗室開放式教學改革與創新人才培養[J].實驗技術與管理，2006，23（3）：16-18.

[5]郭大勇，宣華，胡和平.轉變實驗課培養模式，推動實驗室開放型教學[J].清華大學教育研究，2004，25（5）：98-100.

[6]吳石金，黃海嬋.談談“自助式”微生物學實驗教學模式[J].微生物學通報，2006，33（2）：168-171.

基金項目：武漢輕工大學校級教學研究項目（XQ2012004）。