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医学检验专业的学生毕业后大多从事医学检验和实验室工作,除了理论知识外,熟练的实验操作和技能是他们立足的基础。临床微生物学检验是医学检验专业的重要专业课,是一门实践性和应用性均很强的学科。随着感染性疾病类型的改变,新发和再发病原体的不断增加,临床微生物学在临床检验工作中占据重要地位,并对培养合格的临床微生物学检验的专业人才提出了更高要求[1]。另外,临床微生物学接触的多为病原微生物,必须树立“有菌观念”,保证“无菌操作”,充分掌握生物安全的相关知识,才能适应临床和科研工作。因此,在临床微生物学检验实验教学中,教师必须高度重视对学生的基本实验技能训练和培养良好的实验习惯,做到从头从严抓起,使学生熟练掌握各项基本实验技术,融会贯通,并加强探索和创新等科学素养的培养。
为提高教学质量,我们实行在完成微生物学基本技术教学后,对学生进行标准化实验考核。多年的经验显示,对微生物学基本技术进行标准化考核,不仅可评价学生对基本技术的掌握程度,进一步规范基本技术操作,促进学生学习的主动性和积极性,而且是评价和提高教学质量、推进教学改革的有力依据。
一、临床微生物学基本技术标准化实验考核内容及考核目标
在临床微生物学中,实验基本技术重要包括显微镜使用、革兰染色、培养基制备、消毒与灭菌、细菌分离与培养[2]。根据教学大纲和实际情况,我们选择革兰染色和分区划线两个项目作为实验考核项目,并要求在20分钟内完成操作并作出染色结果报告。其中革兰染色主要检查学生对革兰染色技术的掌握情况,染色结果判断和报告准确性,以及显微镜使用和维护;分区划线除了考核学生对分区划线技术的掌握情况外,还包括无菌操作、接种环使用、开/拿平皿及划线的手法、实验材料标记、清理台面等实验习惯的考核。
二、临床微生物学基本技术标准化实验考核方法
目前临床微生物学实验课都是小班教学,我院基本上是一个教师负责28―32名学生,每个年级由3―4位教师带教。为避免教师个人习惯和师承的差异,在临床微生物学实验教学中实行规范化带教,对教学内容、教学方法,以及实验操作基本技术等方面均进行统一。这样,可以有效避免因教师因素引起的差异,使标准化实验考核能顺利进行。
临床微生物学基本技能标准化实验考核,包括实验考核组织、标准化操作方法、标准化监考和记录、标准化评分标准、修正和预防措施。具体方法和操作过程如下。
1.实验考核组织
在实验课的第一堂课,即告知学生要进行基本技术考核。在考核前1周,教研室统一对学生讲解考核要求和纪律,考核内容及评分标准等文件。考前2天,实验室准备好考核用玻片、试管架、接种环、记号笔、培养基、各种试剂、显微镜等材料和仪器。考前1天转移考核用菌种,保证细菌处于对数生长期。教研室对参加考核的所有学生随机安排考试地点和时间,考核名单及具体安排于考前1天张贴在实验室门口,由非带教老师担任监考老师。
2.标准化实验考核内容
选择金黄色葡萄球菌ATCC25923和大肠埃希菌ATCC25922作为考试用菌种。每个学生一个菌种,编写不同号码。要求在20分钟内完成革兰染色和分区划线两个项目操作,并作出染色结果报告。
3.标准化操作方法
严格无菌操作。革兰染色包括做好标记,正确制片;自然干燥;火焰固定;结晶紫初染,卢戈碘液媒染,95%酒精脱色,稀释石碳酸复红复染;吸水纸吸干;油镜观察;结果报告;油镜和玻片清洗;台面整理。分区划线包括标记,划线的姿势;平皿打开的手法,平皿放置;平皿开口朝向;划线分布;放培养箱培养。
4.标准化监考和记录
按照考核安排表,学生在规定时间和地点进行操作并报告结果,每位教师在每个时间段负责3―4名学生,对学生的每一个操作进行监督并记录,当学生在油镜下找到细菌后,监考教师检查染色结果并记录。学生在记录单上填写染色结果报告并签名。加强考场纪律,用计时器提醒学生。教师不回答学生任何与考核有关的问题。
5.标准化评分标准
实验考核成绩以20分计,直接计入课程总成绩。分数分配如下。
(1)革兰染色技术9分。标记0.5分;制片1分;固定1分;染色步骤2分(结晶紫初染,卢戈碘液媒染,95%酒精脱色,稀释石碳酸复红复染每个步骤各0.5分);染色结果正确1分;报告正确1分;显微镜使用和维护2分;玻片清洗及台面清理0.5分。
(2)分区划线9分。平皿底部标记0.5分;平皿放置0.5分;无菌操作2分(接种环灭菌及冷却、平皿开口朝向、单手开平皿、酒精灯正确使用各0.5分),划线姿势和手法1分;送培养箱培养1分;划线分布2分;分离结果2分(划线分布和分离结果由老师在培养后第二天评分)。
(3)其他2分。在规定时间20分钟内按要求完成所有操作。超时1分钟扣0.5分,超时2分钟扣1分,超时3分钟扣2分,超时4分钟扣3分,超时5分钟扣5分。超过5分钟未完成操作,参加补考。补考以总成绩为18分计,通过者实验考核成绩为12分。
6.修正和预防措施
对不会用显微镜(包括油镜下找不到视野,不会使用油镜等),结果报告错误(与镜下结果不符,如球菌报告为杆菌,红色报告为革兰阳性等)的学生,无论前面各项操作结果如何,一律重考。
考核结束后,进行分析并做总结。除了对学生考核成绩进行分析外,还特别注意在考核过程中出现的各种问题,并针对考核中常见的特殊性问题,在实验教学中加以改进和提高。
三、标准化实验考核应用体会
临床微生物学基本技术实验考核是以教学大纲为质量标准的考试,目的是检验学生是否达到教学大纲要求和学业成绩的差异。主要考核学生对常用临床微生物学实验技能的掌握程度。实验考核结果不仅可评价学生对临床微生物学知识和技术的掌握程度,而且是评价教师教学质量的有力依据。
对医学检验专业学生,我们一直非常重视他们的临床微生物学基本技能训练,在教学中做到以小组为单位,由带教教师讲解并进行操作示教。在学生自己操作过程中,教师在实验室内巡回,仔细观察学生操作,对不规范和错误的操作及时纠正,下课前总结并提醒学生在试验中出现的问题。由于学生普遍对医学检验检验专业和临床微生物学的认识,加上学生均知道要进行操作技术考核,绝大部分学生在实验过程中能做到较积极主动地学习。
自2005年开始建立标准化实验考核体系,2006年开始实践以来,我们发现建立和应用标准化的实验考核体系,一方面可更好地促进学生的学习积极性:实施标准化考核以来,学生对基本技术的重视较以往明显提高,每次实验中都认真操作,完全不需要教师像以前一样进行检查,真正做到自觉、认真,甚至有部分学生利用课余时间联系实验室进行强化联系。另一方面可使实验考核规范化,做到有据可依的评分,避免人为因素等诸多可变因素对学生成绩的影响,做到有据可依、客观、合理、公正地评价和评分。另外,由非带教教师进行监考和评分,避免了因带教教师个人喜好等因素影响学生成绩,也可进一步促进实验带教的规范化。
总之,与以前的实验考核比较,标准化实验考核体系不仅能进一步促进学生的学习积极性和独立解决问题的能力,标准化的评分标准使学生在完成考核后对自己的成绩已经心中有数,避免少数学生对自己成绩有意见的现象,而且能促进学生在操作过程中养成良好习惯。临床微生物学基本技术标准化实验考核是公正、客观考核学生学习效果、评价教学质量的重要手段。
参考文献:
[1]王跃,程曦,王频佳.临床检验微生物学课程体系改革的探索[J].现代预防医学,2011,38(1):73-74.
关键词:变性梯度凝胶电泳;微生物实验;实验教学改革
中图分类号:G462 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)39-0247-02
微生物学是高等院校生物类专业的一门重要专业基础课,是一门实验性和应用性很强的学科。微生物学实验是微生物学的重要组成部分,是现代生物学技术的重要基础,对于学生加深理论知识的理解,培养创新与实践能力具有非常重要的作用[1]。传统的微生物实验教学内容一般以验证性和演示性为主,注重培养学生的基本实验技能,但对学生综合实验技能和创新能力的培养有待提高。随着国家对创新人才的需求,适当增加综合性和研究性实验内容的比重是微生物实验教学改革的发展方向,对于提高学生的思维能力、动手能力有着积极的作用[1-3]。
本校非常重视实验教学改革工作,鼓励学生在掌握基本实验技能后,积极参加设计性、研究性实验,包括院校两级的大学生科研立项或教师的研究课题,并给予相应的创新学分。通过该项措施进一步激发了学生的学习兴趣,并有效提高了学生的实验技能及分析问题和解决问题的能力。目前微生物实验教学主要包括传统的微生物实验技术,随着分子生物技术的发展,微生物研究技术突破了以往主要依赖纯培养物的局限性,特别是在生态环境样品中的微生物群落结构分析中,基于PCR扩增的分子生物学方法逐渐取代了传统的培养方法,大大拓展了微生物研究的范围[4]。因此,我们在后续的研究性实验中引入了变性梯度凝胶电泳在微生物群落结构分析中的应用等创新型实验项目,使实验教学从基础性向综合性和研究性推进。
一、变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术概述
由于自然环境中微生物生存条件的复杂性,大多数微生物以未可培养的形式存在。DGGE是一种不依赖微生物培养技术的研究方法,能快速、准确鉴定环境中微生物种群,在揭示复杂微生物群落演替规律和功能基因多样性方面具有独特的优越性,已被广泛应用于微生物分子生态学研究各领域[5]。DGGE技术的基本原理是在聚丙烯酰胺凝胶的基础上,加入呈梯度分布的变性剂(甲酰胺及尿素),双链DNA分子部分解链导致电泳迁移率降低,而序列不同的DNA分子解链行为不同,在凝胶中的移动速度也就不同,从而使得长度相同而序列不同的DN段分离。因此,通过测序分析凝胶上不同的谱带,可以检测微生物种群的遗传多样性和动态变化[6]。DGGE技术的工作流程主要包括以下几个步骤:(1)环境样品的采集;(2)样品中微生物基因组DNA的提取;(3)DN段的PCR扩增;(4)PCR产物的DGGE分析;(5)DNA条带的序列分析。
二、变性梯度凝胶电泳技术在微生物实验教学中的应用
变性梯度凝胶电泳技术是一项综合性较强的实验技术,涉及的知识面较广,要求学生既要有全面扎实的理论知识,又要求较强的实际动手能力。我校的微生物学实验安排在大学二年级的上学期,通过学习使学生掌握微生物学实验的基本原理和操作技术。此外通过后续的生化分析技术和分子生物学实验等课程,学生掌握了聚丙烯酰胺凝胶电泳、基因组提取和PCR扩增等实验技术。因此该项研究性实验项目主要面向大学二年级和三年级的学生,我们为学生提供开放的实验室环境,学生自己组成实验小组,可根据自己的实际情况安排时间。整个实验由学生实验小组开展并完成,同时在实施过程中配备指导教师进行随时指导。根据学生的学习兴趣并结合实验室的科研课题,我们近几年开设了多项DGGE技术在微生物研究中应用的实验,包括《氯嘧磺隆对土壤微生物类群的影响》、《SBR反应器中聚磷菌群的结构分析》、《不同森林土壤中产漆酶细菌群落结构的研究》和《厌氧污泥对偶氮废水的脱色及污泥菌群结构分析》等研究性实验项目。环境样品中DNA的提取是影响微生物多样性的DGGE检测结果的重要因素[7],学生通过比较不同提取方法对DNA产量和纯度的影响,确定了针对不同的实验样品(土壤或污泥)的最佳提取方法,在这一过程中加深了对DNA提取原理和方法的认识。通过DGGE图谱的分析,学生可以直观地了解到污染胁迫等环境条件下微生物群落结构的改变及优势菌群形成的动态过程,更加深刻地理解富集培养技术在分离特定功能微生物上的应用。学生通过后续的序列比对分析,可以学习到相关环境中常见的微生物优势菌属,特别是一些非培养微生物序列的出现丰富了学生对微生物多样性的认识。通常面向本科生开设的微生物实验主要以好氧微生物为对象,因此学生接受的微生物学知识侧重于好氧微生物,对厌氧微生物的接触和认识较少。我们通过引入厌氧环境中微生物结构分析等实验项目,使学生有机会接触厌氧箱的使用,掌握厌氧微生物的培养方法等实验内容,进一步丰富实验教学内容,深化实验教学改革。
三、小结
分子生物学技术的发展,展示了一个更为丰富的微生物世界。与目前基于高通量测序的微生物多样性分析方法相比,DGGE技术具有快捷、方便、成本低等优点,适合应用于微生物创新实验教学。通过这些研究性实验的开展,使学生完成无法在正常教学时间进行的实验内容,拓展了与其他学科实验技术的综合应用,在激发学生学习兴趣的同时,不仅提升了学生的实验操作技能和团队协作能力,而且增强了综合思考及分析解决问题的能力,为独立完成毕业论文实验及今后从事科研工作打下了坚实的基础[8]。
参考文献:
[1]张萍华,蒋冬花.微生物学创新实验教学体系的构建与实践[J].微生物学杂志,2013,32(3):107-109.
[2]袁生,徐旭士,戴传超,何伟,张茵,尚广东,戴亦军.微生物学实验课程的改革与实践[J].高等理科教育,2012,(2):138-140.
[3]贾艳萍,张兰河,马姣.立足学科发展的微生物学实验教学改革研究[J].实验技术与管理,2012,29(12):26-32.
[4]李晓然,吕毅,宫路路,柳陈坚.微生物分子生态学发展历史及研究现状[J].中国微生态学杂志,2012,24(4):366-369.
[5]李琬,李景鹏.分子生物学技术在堆肥微生态研究中的应用研究进展[J].中国农学通报,2012,28(18):20-25.
[6]王洋清,杨,李勇.DGGE技术在森林土壤微生物多样性研究中的应用[J].生物技术通报,2011,(5):75-79.
[7]高慧琴,刘凌.PCR-DGGE技术中不同DNA提取方法综述[J].安徽农业科学,2011,39(1):52,102.
[8]高健,周建良,蒋本桂,张洁.普通微生物实验教学全面开放理论的建构[J].当代教育理论与实践,2012,4(3):113-114.
“观察植物根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验的主要目的是观察植物细胞有丝分裂的过程,识别有丝分裂的不同时期,比较细胞周期不同时期的时间长短。传统的显微实验存在以下不足:第一,由于制作b片比较繁琐,显微镜的使用缺乏经验,学生根本没有充裕的时间寻找合适的视野,几乎都找不到分裂期的细胞。因此,传统教学一般是作为验证性实验,缺乏探究意识和能力的培养。第二,老师无法及时发现和解决学生遇到的问题,所以学生的某个失误可能造成实验最终的失败,无法享受实验的快乐,导致实验的主动性和积极性逐渐丧失。第三,由于老师对整个课堂的监控和管理的缺失,实验结果无法保存,对学生的客观有效评价很难实现。
笔者利用数码互动生物显微系统,进行了“植物根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验课的多次尝试,觉得数码互动显微实验教学至少在学生的学习方式、教师的教学方式及评价机制等方面都有传统显微实验不可比拟的作用。
1.利用其捕捉功能,转变学习方式:从“被动”走向“主动”
旧式的显微实验结束后,学生就把装片洗掉,教师无法对每个学生的实验进行有效评价。所以部分学生做实验有些敷衍了事,随便捣鼓捣鼓就闪人。其实高中生被认同的需求和责任感明显增强,不管平时成绩好还是差,都想在实验中露一手。学生或许不再是被动地完成实验,而是主观上更迫切地想做好实验。
造成此种尴尬的主要原因是评价机制的缺失。准确合理的评价能帮助学生明确努力的方向,它可以使学生了解自己对于学习目标的实现程度,唤起学生新的认知需要和成就需要,既然该系统能捕捉图像,如果布置图片和结果数据的上传任务,课后网络上公开展示,并对每个学生的实验结果共同评价,那么实验过程中的积极性和主动性会不会大大提高?
我们布置了两份作业上传:一是含有分裂期细胞的显微图片,二是对不同时期的细胞数目统计结果表。学生一打开电脑,就立即看到今天实验课的任务和要求。在任务驱动下,在整个实验课堂教学过程中,学生都积极参与,紧张实验。6大组的组长负责分配实验用具,每小组的成员都积极配合,实验室里不再有喧哗和吵闹。更可贵的是,课后各班都有学生觉得实验结果不满意,要求利用课余时间重新实验,这是以前的实验中前所未有的现象。
2.利用其数码功能,转变教学方法:从“灌输”走向“探究”
《高中生物课程标准》倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程。数码显微镜和电脑连接,显微镜下的图像直接清晰地显示在屏幕上,显微镜的调节更方便。这样学生就可以省出更多时间观察细胞中染色体的形态、数量、位置的不同,分辨其所处的分裂时期,并对观察到的细胞图像进行统计和分析。通过细胞各期数目的占比,可计算出细胞周期各时期经历的时间。那么,我们实际上抛弃了以往制装片、找图像的验证性实验模式,改成探究细胞周期的概念和实质的探究性实验模式,这要比讲授细胞周期的概念更具体更生动。这样就可以摆脱讲概念、析概念、判概念的传统概念教学,促成一种更生态、更自然的概念生成模式。
课堂上大多数学生都像真的科学家一样认真统计,上传的统计表格都真实可信。由于部分学生制作的装片不理想,因此他们改用了固定装片进行计数统计,也顺利得到相关数据。即使与洋葱等植物的真实数据有出入,但是那种科学探究的态度和品质得到潜移默化的渗透和融入,这是生物实验教学的本真意义和归宿。
3.利用其互动功能,转变评价机制:从“单一”走向“多元”
评价的主要目的是全面了解学生的学习历程、激励学生的学习和改进教师的教学。相对于传统静态的、标准化的单一性课堂评价操作方式,《高中生物课程标准》希望用多把尺子衡量学生,重视学生的个性差异和学习潜能。如果课堂评价运用得好,则对于营造学习氛围,激发学习兴趣,调动积极思维,增强克服困难的决心有着不可低估的作用。
在传统显微观察的实验教学中,由于互动交流的缺乏,使得学生在该实验课堂中不能获得及时准确的评价。在数码互动的显微实验教学中,通过网络技术,教师可以在每一步骤中了解学生的实验进程,对所有的学生监控和指导;同样通过网络技术,师生可以在同一时间看到同一视野的物象,共同分析、评价及纠正。那么,如果及时捕捉学生的实验过程,进行个别或全班教学示范,进行师生及生生之间的交流互动,就可以在以下方面实现评价的“多元”:
(1)评价主体的“多元”。传统模式下形成的教师权威,剥夺了学生作为主体的权利和地位。利用这套互动教学系统,教师可以实时监控和评价每个小组的实验进程,采用教学示范的方法让所有学生都能看到。因此,每个学生都是评价的主体,也是客体。当某一植物根尖分生区细胞的清晰完美的视野呈现在所有学生的屏幕上时,那种赞许和肯定;交流区里那么多的“赞”和鲜花,都体现着学生作为主体参与着课堂的过程性评价。
(2)评价方法的“多元”。对高中学生来说,考试成绩几乎是评价是否是好学生的唯一方法。实验结束后,对学生所提交的作业进行展示,让所有学生都参与评价,选出实验中最出色的图片,放入学生的成长档案袋,不失为一种激励学生不断进步的积极评价。
关键词:微生物学实验课程;多学科融合;教学改革;教学质量;创新能力
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)47-0108-03
微生物学是生物学和生命科学领域中极为重要的基础性学科,同时也是生物工程和生物技术专业的核心课程。由微生物学的发展史不难看出,该学科最重要的特征就是具有实验性和实践性,同时具有很强的应用性。微生物学实验教学既是对微生物基本理论的深化和巩固,又是培养学生观察能力、动手能力、分析问题和解决问题能力的最有效途径,更是培养学生创新能力、科学思维和提高对本专业学习兴趣的重要手段。因此,在开设微生物学课程时,微生物学实验也是既重要又十分必要的课程。我校的生物工程、酿酒专业和生物技术三门本科专业尽管分属于工科、理科性质,但均侧重于培养本领域具有国际视野、创新思维和解决实际问题的高素质人才。特别是我校“国家生命科学与技术人才培养基地”的人才培养目标明确定位为“培养适合社会发展的具有创新精神、实践能力和创业能力的新世纪高层次工业生物技术人才”。同时,微生物学是多个相关学科的联系纽带,特别是生物化学、分子生物学、细胞生物学和发酵工艺学等本专业的学科平台课程和专业核心课程,均依赖于微生物学科的支撑。同样,微生物学和微生物实验课程的知识体系、基本理论和前沿进展又离不开其他学科的支撑,因此,在学科交叉与知识融合的背景下,在本科课程设置和教学模式改革中,我们特别注重微生物学实验教学的教学模式改革和实践效果。
一、微生物学实验课程的传统教学模式及不足
微生物学实验是微生物学的重要组成部分,也是微生物学教学的重要环节。从培养人才目标上来看,微生物学实践教学与微生物理论教学具有同等重要的地位,甚至更高。就我校生物工程专业,微生物学理论课程设定40学时,而实验课程设定48学时,这也从一定程度上反映了实验教学的重要性。传统的实验教学虽有区别,但总的来看多以单元操作实验、结果验证实验为模块进行课程设置,其出发点是以掌握基本实验技能,加深基本概念和理论为目标的。就其出发点来看,传统的实验教学设置课程体系是发挥了良好的效果。但是,对照培养高素质、宽口径和创新型生物工程人才的培养目标来看,传统的实验教学仍有一些不足之处,概况起来有以下几点。一是在主观认知上,认为实验课的目的是验证课堂讲授的理论内容,常采用实验课堂上教师单纯讲解示范,学生一味跟踪模仿,造成了学生被动接受知识的效果。长此以往,实验教学形式僵化,学生上课兴趣降低,导致最终的教学效果很难达到预期目标。二是实验教学内容的设计上呈现点状式、碎片化特征,验证实验过多,综合型、设计型实验环节较少。这种实验内容的设计优点是强调对基础实验技术的掌握,但是很难充分激发学生的创新思维和探索未知世界的兴趣。三是实验安排上采取每周有实验,理论课和实验课并行的特征,导致一些连续性的实验难以及时完成。这种实验课程学时的安排布局看似合理,实则不符合微生物学实验的基本规律,因为有些微生物学实验需要半天、一天甚至更长时间才能完成,而零碎的时间打断了实验的节奏,导致不可预知的实验结果,更为重要的是没有给学生充分的时间去思考、分析和吸收消化所学知识,教学效果肯定大打折扣。为此,我们在吸收、总结传统实验教学精髓的基础上,根据工科专业人才的培养特征,探讨和尝试了一些微生物学实验课教学的新举措。
二、微生物实验教学改革的探索与实践
1.微生物实验课程的体系改革。传统的微生物学实验主要包含无菌技术、染色技术、纯培养技术、显微技术这四大技术。如前所述,一方面,这些实验技术是基本的微生物学实验操作,随着生命科学特别是微生物学科的快速发展,仅仅开设这样实验内容是跟不上学科发展的步伐的,因此微生物实验教学体系结构也要有相应的改革和创新,必须体现新内容、新技术、新方法和新进展。另一方面,实验课程通常将这些实验技术分散在相对独立的实验单元中,各单元之间缺乏方法和内容的有机结合,形成割裂的教学效果,难以有效地培养学生完整的知识体系,融会贯通的理解能力。这种传统的教学形式不利于创新型人才的培养。因此,我们在课程实验教学环节,重构课程实验的教学内容和课程体系,增加综合和设计型实验比重,进行基本技能和创新能力的交叉递进式培养。
首先,通过单元操作技能训练,培养学生的基本实验技能(即染色技术、显微技术、无菌技术、纯培养技术)和动手能力。本部分内容主要包括细菌、放线菌、酵母和霉菌的形态学特征;微生物培养基的配制和接种;微生物培养基的配制与灭菌等。单元操作训练是认识微生物、了解微生物的入门技能,也是开展微生物学研究和微生物工程必备基本技能。在开展单元实验过程中,为提高学生的积极性和实验兴趣,首先结合教学录像进行讲解,在实验的关键点设置思考题,在观看录像过程中,老师随时就问题和学生互动,让学生对实验原理不仅要知其然,还要知其所以然。在问题设置上要能够从细节入手,让学生学会知识的交叉运用、思维方式的灵活拓展。如在进行培养基灭菌实验中,首先设置问题1:常见的灭菌方式有哪些?其适用范围和特点有哪些?根据所学理论知识和老师引导,学生很容易回答这个问题。接着,设置问题2:无菌操作时,超净台面和双手表面如何杀菌?通过这个问题与接种操作技术结合起来。设置问题3:我们在消毒时为何用70%左右的酒精而不是用无水乙醇?通过这个将微生物学和生物化学两个学科进行了有机交叉,实现了知识的融合。紧接着设置问题4:如果工程发酵罐中发现了噬菌体污染,如何消毒?这个问题将理论问题与发酵工程相结合,该问题要求学生既要掌握理论知识,也要熟悉发酵工业才能很好地进行回答。通过四个环环相扣的问题实现了知识的迁移、交叉和融合。其次是通过综合实验设计,强化学生基本实验技能和微生物学基础理论知识的应用。在这一部分中,首先由教师将一系列独立单元实验设计成围绕为解决某一模拟课题而展开的系列关联的实验环节,然后学生利用微生物理论知识结合基本实验技能,在遵循微生物基本原理基础上在一定范围内自主选择实验对象。让学生学习和掌握相关的实验技术和方法并学会对不同实验结果进行分析比较。以自来水中大肠杆菌菌群检测为例,利用微生物的生理生化实验进行微生物的鉴定,并对照水质检测的国家标准来安排实验。在这个实验过程中,不仅利用了微生物学基本实验操作,而且还将大肠杆菌的形态学特征、生理生化特征以及菌种鉴定等知识融合到实验中。更为重要的是,让学生直接认识到微生物特别是大肠菌群在水质监测中作为指标菌的重要应用。再次,通过设计型实验,提升学生利用微生物学理论和实验技术开展工业微生物菌株选育的能力。在这一层次上采用学生自主设计、老师负责把关的开放式实验教学模式,强化工程概念和实践特征。学生通过完成前面两个阶段的实验,对微生物基本理论和实验技能有了较好的理解和掌握。在此基础上,开放式的实验教学按照自由组合分组、独立设计实验方案、协同完善内容安排、时间分配,强调团队合作的基本原则开展实验。老师在整个过程中要起着引导、启发作用。例如:以“从自然界中筛选产酸性淀粉酶(或有机酸)的芽孢细菌”研究课题开展实验为例。学生需要完成如下工作:通过生境分析明确采样地点;完成采样并查找或自行设计快速检出方法;进行富集和选择培养;筛选获得相对优良的产生菌株;初步鉴定和发酵实验。整个环节的完成不仅可以提高学生对实验课的学习兴趣,强化团队协作能力,更重要的是使他们获得一个真实的实验研究过程的锻炼。最后,设置交叉学科的创新课题,引导学有余力的同学积极参与授课老师的相关科研课题,激发学生对生物工程和生命科学的兴趣。如前所述,微生物与分子生物学、生物化学、遗传学、生物信息学等学科有着广泛的交叉与联系,当今工业微生物育种技术在多学科交叉融合的发展趋势下取得了长足的进步。因此,培养创新潜力大、科研素质高的学生,普通的实验设计难以满足需要。我们在不断的探索过程中,初步形成了创新课题的形式,让部分学生真正参与到科学研究的第一线。创新课题实验按照学科交叉、由易到难、注重创新的原则设置。在学生能够独立完成小型课题的基础上,再进一步融入到研究生课题的探索中。如,以“表达绿色荧光蛋白的重组大肠杆菌构建”为课题,将微生物学、分子生物学、生物化学、基因工程、生物信息学等相关学科知识交叉、融合其中,让学生在探索中创新,在创新中实现宽口径、厚基础型的人才培养目标。
2.微生物实验课程的课时安排和考核模式改革。如前所述,传统的实验教学课时安排导致不适宜于微生物实验课程的开展。为了避免分散的课时导致教学效果的降低,教务部门在安排班级教学任务时,会统筹考虑不同课程的差异性,在协调优化课时安排的基础上,排出相对完整的时间安排微生物实验课程教学。另外,任课教师统筹利用下午和晚上连续较长的时间开展教学工作。实践证明,优化课程学时结构,合理安排教学课时能够保障实验的连贯性、一致性,提高学生的积极性,从而显著提升教学效果。考核是实验教学体系的重要环节,是评估学生学习成效的重要手段。传统微生物学实验考核方式相对单一,通常以实验报告为主,考勤情况等为辅综合评定的方法作为考核手段。这种评价方法尽管具有标准公平、成绩公正、易于操作等优点,不足之处在于导致学生仅注重实验结果和实验报告的书写,而忽视了实验过程中发现问题、分析问题和解决问题能力的培养,更重要的是这种考核模式难以真实反映学生对微生物学理论和实验技能的综合分析能力和创新能力。因此,我们也对微生物学实验课程考核方法进行了一些探索和尝试。
首先,我们认为考核的内容不仅应包括对实验原理的理解和基本实验技能的掌握,还应包括分析和解决问题的能力、团队协作精神以及科学严谨的态度。因此,实行实验过程与结果并重的考评方法对于培养学生良好的实验技能和求真务实的科学态度很有必要。
其次,在加强对实验课程的管理和考核规范的前提下,淡化和简化实验报告中操作步骤按部就班的抄写,注重结果分析和讨论,并在实验结束后布置一些开放性的思考题让学生完成。这样,不仅能促使学生通过查阅资料解决问题,增强其学习主动性和分析问题的能力,也能避免学生对实验结果作假和抄袭实验报告的现象发生。
再次,分类考核,全面考查。对于一次实验课能够完成的单元操作实验,指导教师应当场检查学生的实验完成情况和结果,发现问题当场指出并评定课堂表现成绩。教师将根据实验课堂表现和实验报告完成情况,对每个单元实验的综合成绩进行评分。对于需要多次实验才能完成的综合性和设计性实验,要求提供详细的原始记录、实验结果分析报告作为实验成绩考核的重要依据。
三、结语
江南大学生物工程学院的微生物学理论教学和实验教学在多年来不断探索和改革的过程中,逐渐形成了具有特色的学科平台课程。在教学过程中,微生物学理论课老师一般都要担任微生物学实验教学课程,这样老师能够更好地自主协调和平衡理论教学与实验课程在时间、节奏和进度上的合理安排,从而使二者能够相辅相成,相得益彰,整体上提高微生物学的教学水平和质量。通过单元操作实验、综合实验、设计实验和创新实验等由易到难、由浅入深的实验内容结构安排,对学生更好地理解和消化理论课,培养学生动手能力、创新能力有重要的意义。
参考文献:
[1]诸葛健,李华钟.微生物学[M].第2版.北京:科学出版社,2009.
[2]周宜君,刘越,戴景峰,等.微生物学实验教学改革探索与实践[J].微生物学通报,2009,36(10):1609-1613.
关键词:微生物学实验;教学内容;教学方法;教学模式
中图分类号:G633.55 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)35-0249-02
微生物学是高等院校生物类专业一门重要的专业基础必修课,发酵工程、基因工程、细胞工程都是在微生物学的基础上形成和发展起来的。微生物学实验课程是一门操作技能很强的基础课程,其重要性不亚于其理论课程。该实验课程是将理论与实践相结合的桥梁与纽带,是培养学生理论联系实际的科学态度、树立创新意识、提高独立科研能力和素养的重要环节。传统的微生物学实验课程在教学方法、教学内容、课程考核等方面都存在弊端,因而对微生物学实验教学进行改革迫在眉睫。
一、该课程存在的主要问题
1.教学方法。在很多高校以往的实验教学活动中,教师通过讲授法进行教学,学生往往被动地、机械地按照教师的讲解、演示、实验注意事项等完成实验[1]。这种方法只发挥了教师的主导地位,忽略了学生的主体地位,使学生的主观能动性不能有效发挥,导致学生学习热情不高,缺乏思考的独立性。
2.教学内容。微生物学实验主要包含无菌技术、染色技术、纯培养技术、显微技术这四大技术[2]。传统的微生物学实验课程通常将这些实验技术分散在相对独立的实验单元中,各单元之间缺乏方法和内容的有机结合,不能有效地培养学生融会贯通,以联系性、全面性的思维去解决问题的能力。此外实验内容多采用验证式模式[3],该模式对于激发学生学习的积极性和主动性往往事倍功半,导致学生到了工作岗位缺乏独立工作的能力,不能将已学过的微生物学基本实验技能串联起来去设计实验方案和解决实际问题。
3.课程考核。由于实验课学时比理论课学时少,有相当一部分学生把实验课当作理论课的“附属课”,没有意识到实验课程对于微生物学科的重要性。实验课程的评分依据一般以学生课下完成的实验报告为主,造成学生只看重实验报告而轻视实验操作的不良后果[4]。此外微生物学实验多以小组为单位来进行,存在抄袭甚至篡改数据等现象,不利于培养学生动手能力和实事求是的科研品质。
二、项目研究目标
研究型高校一个重要任务是培养学生的思维和创新能力。基于此,开发新的实验教学模式、重组实验教学内容、最大程度地发挥实验教学在培养学生创新思维和创造能力中的作用将成为微生物学实验教学改革的主要方向。本教改项目在确保学生全面掌握微生物学实验基本操作技术和方法的基础上,实现学生学习方式的根本性转变,教师更多地发挥引导和服务的功能,将学习的主动权真正还给学生,最大限度地培养学生的科研能力。
三、项目研究内容和方法
研究型微生物学实验教学改革采用模拟科研课题的方式,将分散独立的实验课程内容串联成有着密切联系的整体,通过针对解决某一科学问题而展开实践和探索。
1.探索式研究。在这一层次上,首先由教师将一系列独立单元实验设计成围绕为解决某一模拟课题而展开的系列关联的实验环节;然后学生遵循框架式实验内容,在一定范围内自主选择实验对象,学习和掌握相关的实验技术和方法,并学会对不同实验结果进行分析比较;最后教师从总体上剖析模拟课题的目标与实验内容设计的思路,学生在反观已开展的实验设计的基础上探讨其他可行方案,从整体/系统的角度看待模拟课题,对实验课题如何入手、如何安排获得基本认识。
2.综合式研究。在这一层次上,教师围绕某一专题通过课堂集中讲述或提供实验技术录像的方式,分别阐述针对同一目的的不同技术方法,并设定不同的背景条件或者给予不同的实际样本。学生通过课堂讨论及辅助教学手段学习多种技术方法,对教师提供的一系列不同情况/样品进行自主选择适用方法并开展实践,并对结果进行比较分析。例如:以“微生物的生长和控制”为专题,对不同的微生物(原核、真核),不同的培养基质,不同的细胞浓度(极低、高浓度),围绕生长测定方法的选择和使用,半自主设计小型方案研究理化因素(pH、温度、碳氮源等)对微生物生长的影响,通过实验获得数据结果,初步掌握培养条件优化的方案。
3.设计式研究。在这一层次上,采用“学生自主实验”的开放式教学模式。学生通过前两个阶段的学习和实践,在开放式的教学平台上,分组开展独立课题研究,自主进行方案设计、内容安排、时间分配及相互配合完成整个过程,并获得结果进行分析讨论,提出改进或后续研究规划。例如:以“产特定目标产物的目的菌株的筛选”为研究课题,通过生境分析明确采样地点,自行采样,查找或自行设计快速检出方法,进行富集和选择培养,比较获取相对优良的产生菌株,并进行初步鉴定和简单的培养优化。这不仅可以提高学生对实验课的学习兴趣,更重要的是使他们获得一个真实的实验研究过程的锻炼。
4.改革课程考核评价体系。考核的内容不仅应包括对实验原理的理解和基础实验技能的掌握,还应包括分析和解决问题的能力、团队协作精神以及科学严谨的态度。因此实行实验过程与结果并重的考评方法对于培养学生良好的实验技能和求真务实的科学态度很有必要[4]。教师要加强对实验课程的管理和考核,要严格规范微生物学基本实验操作,除了在课堂上做好操作演示外,要随时指导纠正学生不正确的操作方法。对于一次实验课能够完成的基础性实验,指导教师应当场检查学生的实验完成情况和结果,发现问题当场指出,并评定课堂表现成绩,并要求学生当堂提交实验报告。教师将根据实验课堂表现和实验报告完成情况,给出每个单元实验的综合成绩,这样避免了学生对实验结果作假和抄袭实验报告的现象发生。对于需要多次实验才能完成的综合性和设计性实验,要求提供详细的原始记录、实验结果分析报告作为实验成绩考核的重要依据。
我们希望通过上述改革能够很好地解决微生物学实验教学存在的问题,提高学生的学习热情,培养学生的创新思维、实践动手能力、分析问题解决问题的能力,为培养能够适应社会发展的优秀人才做出贡献。
参考文献:
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[4]刘晓红,曾驰,缪礼鸿.微生物学实验课程教学改革探索[J].安徽农业科学,2012,40(14):8394-8396.
基金项目:江南大学2013年本科教学改革项目(JGB2013078)。
【关键词】环境工程微生物学 教学 体会
微生物技术是现代高技术之一,对经济建设与社会进步有着深远的影响,它以低耗高效、副产物和副作用小、安全性好,而在解决生态和环境问题等方面发挥着越来越重要的作用。在现代技术的交叉渗透过程中,将微生物技术的基本原理应用到环境工程中,为微生物技术从实验室走向解决环境问题提供了理论基础。在解决目前人类所遇到的人口、能源、废物处理等环境问题中发挥了重要的作用,并显示了可观的经济效益和社会效益。因此,国内许多院校的环境工程专业开设了《环境工程微生物学》课程,并将课程的重点放在了介绍微生物的生态与微生物在解决环境问题的应用上。但同时《环境工程微生物学》在内容与研究方法上和环境工程的其它课程又有较大的差别,所以该课程的教学有它的独特性。
我校水资源与环境学院自开始招环境工程本科生以来,一直把《环境工程微生物学》作为环境工程专业的主要专业基础课之一。目前,我有幸成为这门课程的主讲老师。如何对待该课程的教学? 如何使环境工程专业微生物学教学紧跟学科发展步伐,使学生在系统学习和掌握微生物学基础理论知识的同时,进一步理解防治环境污染、改善与提高环境质量的微生物学原理、技术和方法? 经过近两年的教学工作,感受颇多,特将我对讲授这门课的一些体会总结如下,请批评指正。
1 加强绪论部分的教学
有些人认为绪论没有什么具体内容,在教学上可有可无,有些老师往往是让学生们自学绪论部分。但实际上绪论是一门课程的序曲,又是一门课程的缩影和向导。在绪论的讲授中,授课教师应该介绍微生物的发现及其与人类和环境之间的关系,让学生认识到微生物对于我们人类和环境的重要性;介绍微生物学的奠基、发展历史、现状及发展方向,让学生了解微生物学是在解决实际问题,是在认识自然和改造自然的过程中得到发展的;介绍显微镜的发明者列文虎克、青霉素的发现者弗莱明等为微生物学做出杰出贡献的科学家,启迪学生为科学献身的精神[1];介绍环境工程微生物学当前的研究热点和难点,激发学生的求知欲望。同时,在课程的讲授过程中要多联系生活和实践,努力使抽象深奥的内容变得具体简单。例如,在讲授微生物发酵时,联系酸奶的制作,告诉学生各厂家生产的酸奶呈现不同的风味就是因为不同厂家选用的菌种不同,因而发酵产物不同所致,使学生深刻了解了发酵的不同类型。
2 更新教学内容,加大新知识和新技术的传授
环境微生物学作为一门新兴的边缘学科,随着生物学、微生物学及环境科学的发展而不断呈现出新的内容。特别是日新月异的分子生物学技术已渗透到生物科学和技术的各个领域,尤其是与微生物学关系密切,这更加促进了微生物在环境工程中的应用。为了紧跟时代和学科发展的步伐,培养高质量人才,教师需及时更新自己的知识结构,跟踪学科前沿发展变化的动态,将新的知识和新技术及时增加到教学中来,让学生熟悉和掌握学科前沿性的理论知识和操作技术,为他们将来深入开展研究打下良好的基础。例如,可以讲解有关dna重组技术、基因扩增技术、dna测序技术等高新技术在环境工程中的应用现状和发展前景[2,3],为学生将来开展创新性研究工作奠定理论基础。同时还可以把一些和日常生活关系密切的知识,例如adis的传播及预防,sars、禽流感的爆发与环境污染的关系等等,以科普形式介绍给学生,既活跃了课堂气氛,又拓宽了学生的知识面,调动了学生的学习兴趣,激发学生对科学研究的责任感和奉献精神。另外,把一些有争议的问题引入教学中,也可以开拓学生的专业视野,激发学生智力活动的积极性,培养学生的科研动机,帮助学生认识发现真理的过程,培养其攀登科学高峰的信心和勇气。
3 改革教学模式,激发学生学习兴趣
学习动机是一种内驱力,学习兴趣是学习的最佳动力。只有在充分激发学生的兴趣,调动他们的想象力和参与能力的情况下才能最大限度地发挥效力。环境微生物学研究的对象是人们在通常情况下看不见的微小生物,其教学内容是一些微观的、抽象的、阐述性的内容,并且涉及到遗传学、生理学、生物化学、分子生物学等诸多前沿学科,具有较强的广度与深度。如果不能及时调动学生的学习积极性,那么这些繁杂的内容就会使学生感到味如嚼蜡,毫无兴趣,直接影响学生的理解,最终导致学习效率低下,学习效果不佳。如果激发了学生对课程的学习兴趣,就会增加学生课后查找、阅读参考资料的主动性,这对学生后续内容的学习也是一种鞭策和鼓励。
学生在学习该课程之前,主要学习了数学、物理和基础化学等课程,专业课程学习尚未展开,所以学生对环境工程专业学习微生物目的缺乏认识,在他们思想上有一种根深蒂固的想法,即解决环境问题必须用物理化学的方法。针对这种情况,就需要将工程实践中一些有影响的或与学生生活比较贴近的实例,如:一般的城市二级污水处理厂、城市垃圾资源化系统等内容引入课堂,让学生明白微生物在处理环境问题中有着广泛的应用,从而激发他们的学习热情。
还有,《环境工程微生物学》的前几个章节主要讲述微生物的形态、结构及生化过程,具有概念多、微生物种类多且形态多变的特点,而且由于微生物形体小,无法从日常生活中得到直观的印象,学生普遍感到“看不见,摸不着”。针对这种情况,应当采用多媒体教学的手段,利用一些典型微生物的图片或三维动画形式,描述其形态与生长发育过程,这样既方便讲解又生动活泼,利于学生理解,增加学生学习兴趣,提高教学效果。同时,还要鼓励学生自己动手采集微生物,利用实验室开放时间,自己去观察体会,并通过查资料,关注学科进展,采取互动形式,增加学生从课外获得相关知识的能力。
4 加强实验教学
微生物学是来源于实验的科学,所以我们应着重加强实验教学。环境工程微生物学实验是一门原理性、概念性、实践性、操作性难度较大的课程。比如显微镜技术、制片和染色技术、培养基的制备技术、无菌操作技术、纯种分离培养技术、菌种保藏技术、大气及水中微生物监测技术等。这些都需要特殊的设备和独立的训练,如果没有足够的课时及仪器支持,掌握其中的操作技术是很困难的。环境工程微生物学实验课前期准备工作是一项比较复杂、精细和繁琐的工作,工作量大,连续性强,即使是微小的疏忽也可能造成实验的失败。在做实验准备的过程中必须认真、细致才能保证实验课的顺利进行,这就对实验室老师的素质和教学态度提出严峻的考验。
还有,实验操作过程是培养学生独立工作能力最好的过程。实验中,我们应该采取学生独立思考、自己动手、大胆探索,教师积极引导、注重启发的实验教学模式,充分发挥学生在实验中的积极性和主动性。如在做“细菌革兰氏染色”实验时,我们要求每个学生至少完成3个不同类别典型细菌的正确鉴别染色片,从挑取菌种、涂片、固定、染色、调试显微镜,直到观察到染色的微生物形态,鉴别出正确的菌种为止,整个过程完全由学生自己操作,而且实验的每一步都要非常认真仔细,稍不注意就得不到正确结果[4]。实验中,学生对涂片后固定细菌时的温度高低、洗片环节、酒精脱色的时间等精心分析,反复实验摸索,并在教师的启发下,找出问题症结,直到得出满意的结果为止。实验过程中,我们还应对学生操作时的习惯性问题和错误作重点提示和讲解,并在学生操作过程中及时指导纠正动作,严格要求学生独立完成。
实验课的讲授过程中,我们还应尽可能地开一些综合性地实验。综合实验是一个以学生为主体、学生与教师互动的教学过程,其特点是学生独立自主进行实验的设计、组织、实施和管理。演示性、验证性实验多,而综合性、设计性实验少是过去实验教学中存在的问题,学生对实验过程印象不深,理论掌握不牢,动手能力不强,不利于培养学生的创新能力。为此,我们针对学生比较感兴趣的实验课题,如水、室内空气、土壤和食品中的微生物种类、数量、分布等应用于实验教学,学生通过查阅资料,设计实验方案,由指导老师指导和小组讨论,确定实验方案,提高了学生的分析问题和解决问题的能力,这样激发了学习兴趣,巩固了理论知识和实验技术,也培养了学生的综合运用能力。
微生物学博大精深,微生物在处理环境问题时的优势越来越明显。作为环境工程专业的重要基础课之一,《环境工程微生物学》在学科体系中的地位也越来越重要。如何使环境工程专业的微生物教学进行得更合理,如何使环境工程专业的学生具备较高的微生物学综合素质,相信通过对教学经验的不断总结和改革,通过主讲老师地不断学习提高,最终能够使《环境工程微生物学》的教学工作适应时展要求,为培养具有综合素质的环境科学人才做出贡献。
参考文献
[1] 周德庆.微生物学教程(第二版).北京:高等教育出版社,2002.
[2] 张洪勋,王晓谊,齐鸿雁.微生物生态学研究方法进展[j].生态学报,2003,23(5): 988-993.
关键词:水产微生物学;改革;教学效果
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)19-0030-02
食品、环境、能源已成为当今世界农业发展面临的三大问题。21世纪的农业已从植物、动物的“二维”向植物、动物、微生物的“三维”转变,微生物对资源循环的稳定起到重要作用。实现农业微生物产业化,大力发展“白色农业”已成为我国农业可持续发展的首要目标。水产养殖业的发展应与我国农业发展方向相一致,重视水体中的微生物是水产养殖业健康发展的基础保障。因此,水产微生物学课程的教学内容和教学方法的改革与实践探索,一直是高校水产养殖专业水产微生物学教学工作者讨论的热门话题。目前,有关微生物课程的教学改革探讨已有报道,本文针对水产养殖专业开设的水产微生物学课程进行了改革探索,主要从教学内容的优化、教学方法的改进和实验课内容的重建三方面进行了分析,旨在进一步提高水产微生物学课程的教学质量,增强学生的学习能力和实践动手能力,培养合格的水产专业技术人才。
一、教学内容的优化
教学内容是教学的核心,是教学改革的中心。水产微生物学起步晚,发展快,内容覆盖面大,且广泛联系实际。由于该学科发展时间较短,容易出现主线不清、体系不严等问题。因此,针对水产养殖专业的特点,在教学过程中,教师应根据教学大纲,认真钻研教材,突出授课内容的重点、难点,深入浅出地对其进行讲解。目前,由于教材所包含的内容庞杂,在有限的学时内不可能面面俱到,同时,教材内容有些滞后,造成学生对学习本门课程兴趣不大等问题。为了调动学生的学习积极性,让学生了解学科的最新动向,如何在授课过程中补充一些学科发展的新知识、新动向,如何处理教材的经典内容与现代技术的发展及最前沿的研究内容间的相互关系,是水产微生物学讲授过程中教师需要处理的重点内容。首先要强调教学内容的系统性,“微生物”、“微生物的生命活动”及“微生物在水产中的应用”是水产微生物学的两大块教学内容,“微生物”包括原核微生物、真核微生物、非细胞类的微生物及不同种类微生物的特性等;有关“微生物的生命活动”包括微生物的营养、代谢(初生代谢和次生代谢)、微生物的遗传育种等;“微生物在水产中的应用”包括微生物对环境生态、饲料、水产品及鱼病的影响等内容,这样整理以后能使各章节联系更加紧密,抓住知识点间的内在联系,把微生物在水产中的应用贯穿到微生物及微生物的生命活动部分中讲解,易于学生理解掌握、融会贯通。其次要避免教学内容交错重叠,《水产微生物学》与多门课程密切相关,如与《生物化学》、《水化学》、《水产动物营养学》及《水产动物疾病学》等课程相互渗透,相互联系。最后要理论联系实际,适当补充学科发展新知识。微生物学是一门与生活实践有密切联系的应用学科,课堂教学中应尽量把生活、生产中一些与微生物紧密联系的有趣实例引入到课堂中进行讲解,用平时看得见的实例激发学生的学习兴趣,如讲水生微生态学一章时,可列举微生态制剂在水产养殖过程中的使用及对水质改善及对水产动物的影响,从而了解微生物在水产养殖中的应用,激发学生的学习兴趣。
二、教学方法的改进
教学方法的改革有利于调动学生的学习积极性和创新性,有利于培养学生自学能力、分析判断能力。从心理学角度看,面对新的知识时,学生总有畏缩、退让、回避等心理暗示,缺乏积极主动的学习兴趣。如何激发学生的学习动机、增强学生的学习兴趣是教学效果的关键。水产微生物学教材讲授内容是一个微观世界,是看不见的微小生物。在教学中,传统的黑板教学无法做到直观教学,结果是老师难讲、学生难懂、课堂教学过于呆板。而板书结合多媒体教学可以有效地解决这类问题。如在原核及真核微生物形态讲授过程中,可通过课件及音像制品先将一些细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、病毒的模式图和真实图片展示给学生,同时简单介绍这些微生物与一些常见水产动物疾病的关系,与水产品腐败变质的关系,与发酵生物饲料等的蛋白饲料关系,与改善环境的微生态制剂等的关系;然后从形态、结构及组成上讲解各种微生物的特点及应用。这样利用大量的教学课件,将不同种类的微生物的形态、结构和功能直接呈现在学生面前,把微小的微生物世界直观、清晰、准确地呈现在学生面前,将逼真的画面和清晰的、环环相扣的图表展示给学生,使教学内容更加生动、形象、直观、简洁,学生带着积极、主动、热情的态度去学习,增强了学生的直观感性认识,节省了时间,激发了学生的学习兴趣,提高了教学效果。学生学会怎样学习和教师教会学生怎样学习,是现代教育中学生和教师所面临的共同问题。学生学会学习需要教师不断引导,包括如何阅读、预习、听课、做笔记、总结、复习、应用及科学的学习方法和思维等。在教学过程中,教师注意有目的、有计划、有组织地引导学生学习,以达到培养学生的自学能力的目的。如在阅读时,我们根据教材内容,列出问题,让学生带着问题阅读或查阅相关资料,避免无明确目的地盲目读书,而查阅资料可贯穿预习、学习、复习各个阶段;应用是对知识掌握的最高境界,相关章节学习结束后,安排学生进行小论文撰写或论述相关问题,以巩固学习内容和灵活应用知识。总之,培养学生科学的学习方法,提高学生的学习能力,比掌握知识结果更为重要,更具有长效性。教师要把这一任务贯穿于教学的始终。
三、实验课内容的重建
实验课是水产微生物学教学的重要实践性教学环节,是培养、训练学生的动手操作能力、独立分析解决问题能力的重要方法。因此,实验课教学内容设计应体现实验的连贯性、整体性、逻辑性和综合性,从而有利于学生将所学知识技能融会贯通,提高实验课所掌握的技能的实际应用性。根据高等院校的人才培养目标及水产养殖行业对水产技术人才的需求状况,分析学生在今后实际工作岗位上应具有的相关技能,将《水产微生物》实验课程的教学内容设计为2个教学模块,即基础实验部分和综合实验部分。基础实验为综合实验做铺垫,其内容包括微生物检验操作技术必须掌握的基本技能,如:无菌操作技术,培养基配制,灭菌消毒等技术,微生物的分离、纯化、培养和保藏技术,常用微生物的鉴定技术等。在基础实验中强调操作的连贯性,充分考虑前后操作内容的衔接性。在准备工作,培养学生必需的无菌操作概念,培养基的制作,并对相关物品进行消毒及灭菌;接着是微生物的分离、培养、纯化及保藏;获得了相应的菌株后再进行一系列的观察和初步鉴定,包括染色技术、形态的观察、大小和数量的测定、相关的生理生化特性的测定等。整个授课顺序内容连续且完整,达到了培养学生对微生物操作的整体认识,为进一步开展综合实验打下必要的技能基础。综合实验是在学生掌握了基本实验技能后开展。考虑到学时数的限制,综合实验可放在后面开始的“动物营养与饲料”、“水环境监测”等综合实验课程中开展,开设内容为“微生态饲料添加的制备”、“微生态制剂的制备”,学生在掌握微生物培养等的基本操作后,运用微生物发酵技术制备出微生态饲料添加或水质改良用微生态制剂,然后将做准备出的产品运用于养殖过程中再进行下面的其他综合实验,从而体现了微生物在水产养殖中的应用,激发学生的学习兴趣,同时将水产微生物课程与其他相关课程有机地结合在一起,培养了学生对知识的综合运用能力和操作技能。
总之,随着人们对食品安全、环境保护的不断关注,微生物知识的应用越来越广泛,这就对水产微生物学教学提出了新的要求。水产微生物学教育应承担起水产养殖专业创新型人才培养的重任。只有积极深化水产微生物学教学内容的优化和教学方法的革新,才能培养出实用型、创新型、吃苦耐劳型的专业技术人才,为我国水产行业的可持续发展起到重要的作用。
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关键词: 地方本科院校 微生物学 教学改革
微生物学作为生命科学的重要基础学科,其理论研究与技术广泛应用于农业生产、工业发酵、环境保护、食品卫生、医学保健等方面[1],其实验性和应用性很强。作为地方本科院校,其教育资源、师资力量等方面相对其他高校不具有竞争优势,如何利用本地资源结合微生物学科更好地提高学生专业技能和创新能力是培养应用型人才的关键。笔者认为,根据教学目标及学科发展,不断改进教学方法、更新学科知识和提高学生实验技能,是教师面临的旨在提高微生物学课程教学质量的一项重要任务。曾有一些教育工作者进行了微生物学教学改革探索,也取得了宝贵经验[2]-[4],但教学改革因地制宜,寻找适合本校人才培养模式才是重要的改革渠道。
1.理论课教学改革
微生物的特征体现在其个体微小、肉眼难以观察,并且有特殊的生活规律,单凭想象学生难以理解,理论课就显得枯燥无味,使学生产生厌学情况。随着科学技术的发展,多媒体教学应用到课堂教学中,化抽象为直观,化静为动,大量的图片及动画让学生产生了好奇心和一定的学习兴趣。由于多媒体的信息量大,往往形成“填鸭式”教学,时间长了学生就会跟不上课程进度,形成已学内容记不了,新学内容看不懂的被动学习现象,挫伤学生的学习积极性,因此,对理论教学方法进行改革势在必行,可尝试采取以下措施。
1.1跟进时代前沿,突出教学重点。
科学技术的发展和微生物学知识的不断更新,使模式化的课本讲授跟不上时展步伐,经典的科学性成果是学生学好微生物学的基本前提,但是前沿技术的迅猛发展使得微生物学科在科学研究和应用上层层出新。教师在授课时应结合最新研究成果和学科动态展现微生物学相关知识,使学生了解当前的研究热点,激发学习兴趣。例如讲到病毒一章时,可结合由病毒引发的流行病如禽流感等,其危害人类引起人们的关注,通过引导学生,让学生有意识地了解病毒的侵染机制,学习之后印象深刻记得牢;教师将课题研究融会到课堂知识中讲解中,让学生感觉到理论与实践结合的应用性和贴近性,增强学生主动探索新知识的热情。
1.2结合专业需求,完善教学内容。
微生物学是基础专业课,针对不同专业开设的微生物学教程,教师可根据专业方向侧重对学生毕业的实际应用授课。由于微生物学科发展迅速,新领域不断开拓,为了更好地让学生了解本专业在社会上的需求,更好地把握自己的发展方向,教师应完善教学内容。例如制药工程专业在大二上学期涉及微生物学,作为工科专业主要在实际应用上发展,如通过微生物发酵制备抗生素,利用基因工程菌生产靶向药物攻克病灶等;而生物技术专业则主要是往上游研究技术上发展,当然其涉及的范围较广,因此教师教授的不仅仅是课本上的基本知识,还应结合社会生产实际和学生专业给予适当的补充和引导,更好地让学生准确定位,有目的地学习。
1.3满足学生欲望,改进教学方法。
多媒体和板书结合不失为有效增强教学效果的方法[5],可将微生物学的理论知识形象化、具体化、生动化,刺激学生多种感官,板书则可转移学生的视觉疲劳,避免多媒体信息量过大而来不及记笔记,取得良好效果。但是教师作为课堂的引导者,单方面传授势必忽视学生对所学知识吸收效果的反馈,因此结合采取启发式、讨论式等互动性教学方式,不仅能够活跃课堂氛围,增进师生和生生间的交流,还能使学生针对问题积极思考。教师应鼓励学生发散思维,不拘于定势,力求增强其创新意识和分析问题、解决问题的能力。通过教师的积极引导和评价会促进学生对课程的热爱,并积极配合教学,达到双赢的效果,提高教学质量。
2.实验课教学改革
学习微生物学除了掌握好理论知识外,其实验操作也是必不可少的,实验课作为理论课的实践性教学环节,可锻炼学生的动手能力、探索研究能力。微生物学实验在仅有的实验课时和实验设备中并不能满足学生独立思考、综合分析问题的能力要求。另外,实验主要由教师讲解、示范,加上学生基础较差,容易形成依赖,且形成的实验小组分工不明确导致个别小组成员只看不做,甚至连实验结果和分析都是抄袭,学生形成被动实验,没有积极性,达不到实验教学的目的。因此,根据学生特点和教学资源,教师应利用实验内容综合改进实验教学,真正提高学生的操作及创新思维能力。
2.1注重实验预习,引导学生主动学习。
实验课前做好预习,才能有目的地进行实验,教师布置预习往往在实验前并没有检查预习效果,有的学生只是随意抄写实验目的和原理,并没有结合所学知识理解实验意义,应付式地完成导致实验过程中手忙脚乱,不知从何下手,继而草草了之,达不到实验目的,得到的实验结果不尽如人意,容易形成恶性循环。实验前的预习功课是必要的,而且应当由教师监督检查,可针对实验中可能出现的问题提问学生,了解学生的预习情况,一些验证性实验例如革兰氏染色、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌染色后预期实验效果是什么,为何产生区别,从而逐一地让学生深刻理解革兰氏染色原理,强化理论知识的记忆与应用。在熟悉实验背景的情况下学生会积极探求自己的验证结果是否与预期一致,从而激起欲望学习如何正确操作达到良好的实验效果;对于综合设计性实验可引导学生查阅文献,并设计方案,再由教师指导,针对不同小组的方案进行讨论式引导,如材料的选择、路线设计、结果处理、注意事项等是否考虑周全,鼓励学生主动学习与开拓思维,进而积极投入实验。
2.2优化实验内容和方法,增强学生的创新意识。
传统的微生物学实验中基础性和验证性实验较多,往往学生照搬实验步骤,对于实验条件有所变动时也不能寻找另外的途径解决,实验中遇到问题无法处理,依赖性强,限制了学生创新能力的提高;一些基础性实验由于课时安排断续连接,让学生对于已经做过的实验记忆不强,导致下一实验被动。因此,对于基础性实验如培养基的制备、消毒与灭菌、微生物的接种、平板分离技术、微生物形态观察、活菌计数等可以形成连续性实验的,安排约一周的时间完成,一旦完成实验学生就容易获得满足感和成就感,这使学生对基本实验的来龙去脉有所了解,整体把握微生物的基本实验操作,为综合性实验研究打下基础;也可形成设计性实验,锻炼学生独立思考的能力,有利于开发创新思维。如对产某种酶菌株的筛选,学生可在基础性实验上自行设计不同的方案和路线完成选题实验。
另外,教师还应根据实验条件在操作中指导学生实验试剂和步骤运用的灵活性,注重实验过程,指导学生操作的规范性,微生物的培养常常因操作不当或细节疏忽造成污染,必要的演示可以防止学生习惯性操作错误的发生,如在超净台的接种演示、划线分离示范等;根据学生课程设置,避免完全重复实验,如光学显微镜的使用在其他实验课程中已学习,对其构造和原理等方面可安排学生在该实验中复习和相互交流。由于一些微生物极其微小,教师应着重强调油镜的使用及规范操作,并通过观察结果评价学生是否真正掌握。
2.3完善实验结果剖析,提高学生反思分析能力。
每次实验完成得到的实验结果各不相同,并不是要求每次都取得好结果,对于实验结果注重的是分析原因,无论成功与否,都应强调实验过程的重要性,结果代表的是实验操作的效益性。教师可引导学生从结果反思实验中成功或失败可能的原因,根据实验报告反馈学生实验中存在的问题,教师再讲解剖析,比如可采取多媒体展示一些成功实验图片或结果,或通过视频播放规范实验操作,并结合学生的实际分析情况,让学生从本质上透彻了解实验操作的重要性,有意识地避免在今后实验中犯类似错误;对实验后思考题要求学生认真分析解答,通过问题深刻理解该实验原理和意义,可以由教师引导,相互讨论,提高学生的综合分析问题的能力。
2.4改进实验考核方式,激发学生的学习兴趣。
微生物学的学习不仅在于有扎实的理论知识,而且其实践性很强,实验技术已渗透到其他相关学科[6]。常规的微生物学考核并没有将学生的实验独立出来考核,而是与理论考试一起形成笔试,占有的比例较小,有的学生善于动手,勇于发散思考,而此种考核方式不能选拔出实验技能强的人才,会导致学生学习实践兴趣下降;对于实验的考核只通过实验报告也不能真正检测学生的实践能力。因此,微生物学的考核可分为平时成绩、理论成绩、实验成绩三部分,实验成绩包括平时的实验操作和实验报告,实验报告中的结果分析是考核重点,以此限制学生相互抄袭现象的发生,提高学生独立科研、创新思维和分析问题的能力,有利于学生端正学习态度,积极探索,勇于实践。
3.结语
微生物学内容覆盖广,技术发展快。教学改革应是随着时展而发展的,改革的核心是真正实现以学生为主体的教学方式,采用实现高素质、创新型和应用型人才为目标的新理念新手段,实行常教常新,不断完善教学体系,提高学生学习的自觉性和主动性,使学生掌握扎实的理论知识和熟练的实验技能。针对地方本身具有丰富的特色生物资源,有待专业人才的开采与利用,这就使得地方高校肩负起培养技能型和应用型人才的重要任务,教学的不断改革是提高教学质量的软实力,是衡量教学成果的重要砝码,微生物课程作为符合地方经济发展需要和现代化科技发展需求的一个重要人才培养平台,教师应积极探索改革的新思路、新方法,为社会输送应用型人才打下坚实的基础。
参考文献:
[1]沈萍,陈向东.微生物学复兴的机遇、挑战和趋势[J].微生物学报,2010,50(1):1-6.
[2]崔恒林,董英,姜松.微生物学课程教研活动探索与实践[J].农产品加工,2012(1):135-138.
[3]陈吉刚.微生物学合作式教学改革的探讨和思考[J].浙江万里学院学报,2009,22(2):84-87.
[4]裴国凤,李晓华,阎春兰等.提高综合素质和创新能力的微生物实验教学模式初探[J].中国现代教育装备,2010(11):123-125.
【关键词】 医学检验 综合设计 教学方法
[ABSTRACT] Objective To observe the effect of developing comprehensive design on Microorganism Analysis teaching in training students’ ability. Methods This program was carried out in experimental teaching for students majoring in madical laboratory enrolled in the year of 2004. Results The students’ innovation thinking, synthetic capability, performance ability improved markedly. Conclusion The results convince that this program promote learning interest of students, improve teaching atmosphere, elevate the practicality and creativity the of students.
[KEY WORDS] Laboratory medicine; Synthetic design; Teaching method
检验专业专科人才培养目标是培养以实验性工作能力为主的检验技师,因此,实验教学就成为医学检验专业教学的重要环节,我校医学检验专科学生在校学习期间,其《微生物学检验》专业课的理论课为66学时,实验课为51学时,实验课学时占总学时的40%以上,实验课教学内容的改革与研究也成为能否实现检验专科人才培养目标和达到质量要求的主要因素[1]。为了培养善于思考、勇于创新、适合临床发展需要的高级医学检验人才,同时进一步强化医学检验专业学生的动手能力,我们在2004年级医学检验专业专科学生探索并实施了《微生物学检验》综合设计性实验,取得了较好的效果。
1 实验设计及程序
1.1 实验设计
实验设计过程由主讲教师向学生提出,并要求学生阅读实验指导,查阅文献资料,对整个实验过程有感性认识,并提出设想。由于学生理论知识的不足,实验设计方案主要由主讲教师和实验教师完成,结合实验指导写出综合设计性实验程序及实验项目下发学生(表1)。
表1 综合设计性实验项目临床模拟标本(略)
1.2 综合设计性实验程序
发给学生临床模拟标本,以粪便标本检测为例,要求学生进行分离鉴定,并发出检验报告。这一过程分为无菌操作,增菌培养,选择性培养基的选择,平板的分区划线,可疑致病菌落的挑选,革兰染色及镜下读片,触酶、氧化酶及其他重要生化实验的观察,血清型鉴定和KB法药敏试验等多个检验项目。每个项目的操作均由同学单独完成,并由实验老师进行操作规范中的错误纠正。
2 实施过程
以模拟临床粪便标本为例,能加深学生对肠道杆菌科的两种常见致病性细菌:沙门菌属细菌和志贺菌属细菌的认识,培养其独立思考能力,增强其责任感、成就感和协作精神。
2.1 培养基的制备
微生物学实验对象需要活的、新鲜的材料才能生长繁殖,因此大部分微生物学实验材料都要提前做准备。此外,由于完成一个菌属细菌的检验需要多个种类的培养基,这不可能由一个学生制备所有自己所需要的培养基。因此,这就要求学生能相互协作交流,每个同学只需制备一个种类的培养基,所有同学共同使用。
2.2 模拟标本的制备
主讲教师和实验教师准备,将沙门菌属或志贺菌属的细菌接种于GN增菌液中保存送检,要求作为菌种的细菌形态、生物学特性、生化反应等典型,血清学凝集现象明显。
2.3 实验项目的制定
由模拟粪便标本可进行未知细菌的检验,其中包括微生物学基本实验技术(涂片、染色、显微镜镜检),微生物的分离、鉴定技术(培养基制备、无菌操作、平板分区划线、斜面接种、接种针穿刺接种、液体培养基接种),微生物免疫技术(血清学玻片凝集实验),应用微生物技术(KB法药敏试验),等等。这些都是最基本的微生物检验实验项目,能将微生物学理论与临床实践结合起来。见图1。
2.4 分析总结
每完成一个综合设计性实验项目,学生在教师的指导下写出实验报告,同时针对实验环节及过程中已经出现和可能出现的问题进行讨论、总结和分析,尽可能地发挥学生主观能动性,积极探讨实验设计中的利与弊,参与检验方法与步骤改革,以便更好地应用于临床。
2.5 开放实验室
为了配合综合设计性实验的实施,尽可能地增加学生动手能力,使学生对每个实验项目及环节都能保质保量完成,我们采取延长实验时间、开放实验室、现场解答实验问题等措施,确保每个学生遇到的难题及时得以解决。
3 讨 论
《微生物学检验》是检验专业的主要专业课之一,其内容杂乱,章节间逻辑性较差,知识点分散,理论性强,实践性更强。它既有独立性,又有系统性,同时与临床密切相联系,所以在学生中开展综合设计性实验很有必要。高职高专教育不同于本科与研究生教育,其培养目标是培养具有较强的基础理论知识、熟练的操作技能,工作在市、县级医院第一线的技师,因此强化学生实践操作和技能训练就非常必要[2]。
综合设计性实验的主要宗旨在于使学生学习一定的实验方法和技术,培养学生创新思维、动手能力及独立工作能力,它有传统实验不可替代的优势[3]。通过《微生物学检验》综合设计性实验的完整实施,使学生加深了对微生物学检验理论知识的理解,从而掌握了微生物的生物学性状和培养特性,熟悉了微生物学检验的基本方法及临床应用。从实验的角度看,该综合设计性实验包括了微生物学基本实验技术,微生物分离、鉴定技术,微生物免疫技术,应用微生物技术等重要的微生物学技术,从而使学生的综合设计能力有所提高,达到了实验课的培养要求,为学生毕业后从事临床微生物检验的工作及科研奠定基础。
《微生物学检验》综合设计性实验的实施结果表明,综合设计性实验避免了学生实验做完就忘的问题,培养了学生创造性思维及独立工作的能力,使学生真正成为实验的主体。
【参考文献】
[1]景晓红,曹励民,姜凤良,等. 免疫学检验综合设计性实验的探索及实施[J]. 延安大学学报:医学科学版, 2005,3(2):63.