基于“學(xué)習(xí)范式”理念的“環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革

朱米家，易紹金

（長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 湖北 荊州 434023）

“學(xué)習(xí)范式”是指一種從傳遞教學(xué)到生產(chǎn)學(xué)習(xí)的教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，是一種從注重教師單向灌輸?shù)阶⒅貙W(xué)生輸出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換[1-2]。基于“學(xué)習(xí)范式”的教學(xué)模式中，教師是學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)過程的促進(jìn)者，學(xué)生則是課程任務(wù)的執(zhí)行者、自主學(xué)習(xí)者[3-4]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)，通過相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，理論聯(lián)系實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生提高分析問題、研究問題和解決實(shí)際問題的能力。在“環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)改革過程中應(yīng)用“學(xué)習(xí)范式”的理念，通過對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容、實(shí)施計(jì)劃和考查方式的改革，體現(xiàn)該理念在人才培養(yǎng)中層次遞進(jìn)、系統(tǒng)全面的特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

作為一門專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，“環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)”以“培養(yǎng)科學(xué)精神、傳授生物知識(shí)、訓(xùn)練實(shí)踐技能、鼓勵(lì)探索創(chuàng)新”為目的，學(xué)生不僅要認(rèn)識(shí)和了解微生物在各種環(huán)境條件下進(jìn)行生命活動(dòng)的規(guī)律和機(jī)理，而且要將掌握的理論知識(shí)應(yīng)用于環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，并為后續(xù)課程提供必要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本課程的教學(xué)模式和內(nèi)容存在以下三方面的問題：①環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以微生物種類分析為主，考核內(nèi)容單一；②課程評(píng)價(jià)僅基于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其結(jié)果難以全面反映學(xué)生的知識(shí)掌握情況，不利于教師改進(jìn)方法促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成；③實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程以授課形式進(jìn)行，難以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。此外，本課程在專業(yè)基礎(chǔ)課中屬于相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)板塊，授課前學(xué)生普遍不具備扎實(shí)的微生物理論基礎(chǔ)，這些主客觀因素都嚴(yán)重制約著實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

作為專業(yè)實(shí)踐的重要組成部分，“環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)”是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、樹立良好學(xué)習(xí)習(xí)慣、打牢科研基礎(chǔ)的重要課程[5-6]。如何在相關(guān)課程講授過程中培養(yǎng)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，是每位實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者應(yīng)深思的問題。為使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更具有代表性和系統(tǒng)性，在教改中秉承繼承與發(fā)展相統(tǒng)一的思路，通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容的重新組織和安排，使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)試劑的準(zhǔn)備入手，從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過渡到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。其學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力在整個(gè)過程中得到提高，直至具備能獨(dú)立設(shè)計(jì)和完成基礎(chǔ)環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)的能力，達(dá)到本課程的教學(xué)目標(biāo)[7]。

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

改革前的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)（16學(xué)時(shí)），與環(huán)境工程微生物學(xué)理論課（32學(xué)時(shí)）在第五學(xué)期同時(shí)開設(shè)，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括培養(yǎng)基的配制與滅菌、微生物的培養(yǎng)、沉降法測空氣中的微生物數(shù)量以及微生物的染色，均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其內(nèi)容稍顯簡單，而且專業(yè)特點(diǎn)不明顯。新開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程增加到20學(xué)時(shí)，主要包括設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（固體、半固體培養(yǎng)基的配制、滅菌及保藏）、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（沉降法測定空氣中的微生物數(shù)量、微生物的運(yùn)動(dòng)性檢測及菌落的鑒別、油田采出水中的特殊微生物檢測、微生物的染色）以及演示實(shí)驗(yàn)（微生物的接種）。把原先的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能貫穿到“環(huán)境中分離得到的微生物”這條主線中，包括培養(yǎng)基的配制、空氣中微生物接種、油田采出水中的微生物接種、菌種的保藏、特殊菌種的鏡檢、菌落形態(tài)描述。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生提前做好方案規(guī)劃，保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的合理性與可操作性；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的理論知識(shí)和技能依次確定實(shí)驗(yàn)材料、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)涉及的主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：高壓蒸汽滅菌鍋、無菌操作臺(tái)、微生物培養(yǎng)箱及顯微鏡。實(shí)驗(yàn)材料來自現(xiàn)實(shí)環(huán)境，其中油田采出水中微生物的分離實(shí)驗(yàn)源自教師的科研項(xiàng)目，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也彰顯了專業(yè)特色。

2.2 實(shí)施計(jì)劃

2.2.1 學(xué)生分組

每次實(shí)驗(yàn)參與人數(shù)為30人，按2人/組分成15組。學(xué)生通過分工完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作和項(xiàng)目內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作要求組員合作完成文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)儀器的使用規(guī)范、方案撰寫；項(xiàng)目內(nèi)容要求組員合作完成兩種培養(yǎng)基的制備、微生物接種（穿刺）、顯微鏡的使用、微生物染色及菌落鑒別。組員之間在實(shí)驗(yàn)過程中針對(duì)具體的操作步驟、數(shù)據(jù)采集問題開展討論，并在教師的指導(dǎo)下完成相關(guān)內(nèi)容。

2.2.2 課前準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)教學(xué)以理論課相關(guān)內(nèi)容為基礎(chǔ)，課前2周使用雨課堂的方式發(fā)布預(yù)習(xí)資料，包括：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)信息、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)。要求學(xué)生根據(jù)資料查閱并確定實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)合我國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范開展實(shí)驗(yàn)方案的可行性論證。學(xué)生提前分組，通過組員之間的討論完成實(shí)驗(yàn)方案初稿，上傳至雨課堂資源平臺(tái)。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行嚴(yán)格審核，經(jīng)過修改確定最終方案。

這種方法可有效提高學(xué)生的參與度。由教師確定研究主題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)查閱學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，學(xué)生根據(jù)文獻(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并獨(dú)立開展研究工作。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考習(xí)慣，掌握正確開展科研工作的方法，還可培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神。

2.2.3 教學(xué)演示

教師根據(jù)課前準(zhǔn)備情況及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)可能出現(xiàn)的理論及操作問題，通過教學(xué)演示引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)問題。比如進(jìn)行無菌操作演示時(shí)，利用火焰對(duì)接種環(huán)及接種棒的底部進(jìn)行徹底灼燒。引出問題“為什么要用外焰灼燒？對(duì)接種棒進(jìn)行滅菌的目的？試管口滅菌后為什么要用棉塞而不用橡膠塞或木塞進(jìn)行封口？加熱滅菌和濕熱滅菌分別有哪些具體方法？”再如操作顯微鏡時(shí)，引出問題“光學(xué)顯微鏡的基本原理是什么？為什么要先用低倍鏡觀察？使用油鏡前為什么要滴加香柏油？顯微鏡使用完畢后為何要將物鏡轉(zhuǎn)成八字形？”

2.2.4 課堂討論

由于微生物實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備耗時(shí)較長(相關(guān)的試劑耗材、儀器設(shè)備的準(zhǔn)備工作由實(shí)驗(yàn)教師承擔(dān)，學(xué)生未提前介入)，而且進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)，授課教師始終處于核心地位，占用了大量時(shí)間。學(xué)生僅利用較短時(shí)間根據(jù)教師授課內(nèi)容及演示步驟被動(dòng)地接受訓(xùn)練，大部分同學(xué)缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思考，也無法將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合[8]。因此課堂討論主要圍繞三個(gè)議題展開：①固體、半固體培養(yǎng)基的用途；②微生物的運(yùn)動(dòng)性特征有哪些方法可以檢測；③從菌落的形態(tài)結(jié)構(gòu)推斷微生物的類型。

前兩個(gè)議題針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身是否合理，讓學(xué)生根據(jù)課前掌握的信息進(jìn)行闡述。學(xué)生查到固體培養(yǎng)基主要用于研究微生物的分離、純化、培養(yǎng)、保存和鑒定，半固體培養(yǎng)基用來觀察細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)要求分別完成微生物的接種用于判斷其類型、厭氧好氧特性、運(yùn)動(dòng)性，需要提前完成這兩類培養(yǎng)基的準(zhǔn)備工作。由于實(shí)驗(yàn)課程的連續(xù)性，必須保證前次實(shí)驗(yàn)為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供原料（培養(yǎng)基及菌種），因此首個(gè)實(shí)驗(yàn)務(wù)必完成培養(yǎng)基的配制、滅菌與保藏。關(guān)于微生物的運(yùn)動(dòng)性檢測，有鏡檢和半固體穿刺法。使用半固體穿刺法準(zhǔn)確性更高，還可通過接種穿刺生長線分布菌落的疏密度來進(jìn)一步判斷厭氧好氧特征。

學(xué)生以小組為單位觀察菌落形態(tài)，要求每組觀察細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌各1種。通過菌落大小、透明度、邊緣整齊度、潤濕度、氣味、色度等多方面觀察、討論確定微生物的類型。在此過程中教師對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行巡視并給予及時(shí)的指導(dǎo)，并錄制視頻。待實(shí)驗(yàn)完成后師生共同觀看，讓學(xué)生運(yùn)用掌握的知識(shí)分析、討論各種不當(dāng)操作可能引起的問題。

2.2.5 課后總結(jié)

實(shí)驗(yàn)課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用微生物學(xué)的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，獨(dú)立完成培養(yǎng)基的制備、滅菌、微生物接種、保藏以及微生物的鑒別。改革后的內(nèi)容更貼近現(xiàn)實(shí)環(huán)境，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。從實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)開始，強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備儀器優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，繼而完成后續(xù)的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。本課程的教學(xué)效果通過方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和學(xué)生的實(shí)際操作得以集中反映。課程改革進(jìn)行兩年來，仍存在以下一些問題：學(xué)生缺乏對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的整體把握；缺乏利用微生物基本原理解決實(shí)際問題的能力；缺乏溝通能力。教師在往后的工作中應(yīng)針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程呈現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行完善。

2.3 考核方式

在課程改革中建立并實(shí)施了以綜合操作能力與創(chuàng)新能力為主的全過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系，通過客觀、公正的科學(xué)評(píng)價(jià)體系對(duì)學(xué)生的知識(shí)、技能、態(tài)度等多方面進(jìn)行考核。學(xué)生成績由方案設(shè)計(jì)（20%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（40%）、課堂討論（20%）、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范（20%）四個(gè)方面組成，考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。其中實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范主要的扣分點(diǎn)集中在：斜面培養(yǎng)基的制作；接種、滅菌操作；染色片的制作；顯微鏡的觀察與設(shè)備維護(hù)。通過增加操作規(guī)范的考評(píng)，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高，達(dá)到了考核的目的。方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核重點(diǎn)不在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，而是反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析解決問題的能力、語言總結(jié)能力。課堂討論則主要側(cè)重于評(píng)價(jià)以實(shí)驗(yàn)小組為單位的成員在課堂上的活躍度，包括實(shí)驗(yàn)過程中與教師交流互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)中的突出表現(xiàn)。

表1 考核表

3 總結(jié)與展望

環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課，與理論課互為補(bǔ)充，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力。在教學(xué)方法上充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的理念，綜合運(yùn)用問題引導(dǎo)、師生討論、案例分析等多種手段，注重過程考核，全面客觀評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握和相關(guān)能力的達(dá)成情況。為更好發(fā)揮課程改革的效果，一方面可在實(shí)際教學(xué)過程中提供更多機(jī)會(huì)給學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方案的分組答辯，以此更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，另一方面可針對(duì)性地開設(shè)創(chuàng)新型課外實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)研究型人才。