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关键词:新课程标准 《微生物学》 教学
为了跟上中学新课程标准的实施步伐,目前师范类院校教育专业的各专业课的教学都做出了相应调整。枣庄学院(原枣庄师范专科学校)虽属本科非师范类院校,但仍保留了部分教育专业,特别是生物教育专业。新课改的实施需要我们对相应的专业教学提出改革,本文主要对《微生物学》教学提出改革建议,希望对今后的《微生物学》教学有所帮助。
1 教学内容的对比分析
第一单元
第一章奇妙的生命现象
本章是中学生物学的开篇,包括“生物的基本特征”和“生物学的研究方法”两节内容。引导学生从自身的生活经验和认知水平出发,在常见的生命现象层面上总结生物的基本特征;让学生通过重温“巴斯德试验”,体验科学家进行科学探究的一般过程和基本方法,提高学生的探究能力,培养学生的科学思维习惯。
第二章严整的生命结构
本章共包括“显微镜的构造和使用”、“细胞的结构和功能”、“细胞的分裂和分化”、“多细胞生物体的结构层次”四节内容。本章的教学内容在大学教学中已基本包含。
在此列举了第一单元部分内容做对比,由于篇幅有限,其它内容在此不一一列举。
2教学过程中的改进方法
2.1 加强知识的系统性,提高学生理论水平。
《微生物学》是生命科学的专业必修课。通过本课程的学习,要求学生掌握微生物学的基本知识和基本理论,包括微生物的形态结构、生理特性、遗传变异、基因表达的调控、生态分布、分类进化、物种多样性、感染与免疫等;了解微生物在工业、农业、医药、环境保护等方面的实际应用以及微生物学在生物学发展中的作用;为全面学习生命科学的基本理论和实践技术打下扎实的基础。如果基础理论知识缺乏系统性,将不利于学生全面掌握适应社会需求的基本知识和技能。因此无论在中学教学过程中还是在大学教学过程中,应进一步加强知识的系统性、整体性、连续性和前沿性。
中学第七册(上)第三章“生物圈中的微生物”分别探讨了三大微生物类群――病毒、细菌和真菌的形态结构、生命活动,使学生对微生物的生命活动有一个初步了解,此部分内容在大学课程《微生物学》的“原核微生物”、“真核微生物”、“病毒”等章节中有较为详细的阐述和讲解。此外,中学课标还要求学生能够从微生物与疾病、微生物与医药、微生物与食品等多个方面举例说明微生物与人类的关系,并进一步探究细菌、真菌在生物圈的作用。在大学课程《微生物学》“原核微生物”、“真核微生物”、“病毒”及“微生物生态”等章节均有“微生物与人类的关系”内容的简述,但重点集中在细菌、病毒与人类及环境的关系上,至于其它微生物并没有详细、深入、系统的介绍相关内容,在讲述过程中往往被教师简略或忽略了。在大学课程教学中教师应引导学生去查阅相关资料,主动地去探索“微生物与人类的关系”,帮助学生更好地理解微生物与人类活动的密切关系,了解微生物在人类活动中的重要性,并积极参与保护生物多样性、维持生态平衡。
中学第七册(下)第六章“免疫与健康”介绍了人类免疫学的基本知识。其中人体的免疫功能、人体的特异性免疫和非特异性免疫、计划免疫的意义、传染病的病因及传播途径和预防措施等内容在大学课程《微生物学》“免疫学基础知识”一章中已有系统介绍。有关常见的寄生虫病、细菌性传染病、病毒性传染病、安全用药常识等内容在大学课程中应进一步拓展和加强,因为“传染与免疫”和我们的生活很贴近,在《微生物学》中简短的篇幅很难讲清楚,因此建议将《微生物学》“传染与免疫”这一章删除,在掌握微生物学知识的基础上增开《免疫学》课程。
另外,生命科学飞速发展,有关微生物学的研究更是日新月异,短时期内教材又无法改变,因此,在教学过程中教师要及时掌握相关研究领域的最新进展,使微生物的教学具有前沿性,我们的知识才不会陈旧,使学生更容易适应时代的要求。
2.2 发挥实验教学的特殊作用,提高学生的动手能力。
生命科学是一门以实验为基础的学科,实验在生命科学教学中占有相当重要的地位。在中学新教材中广泛地采用了过程模式和情境模式,通过加强实验和创设情景来培养学生的观察能力、实验能力,培养学生对科学的探究能力和探究方法。
微生物学是一门实践性很强的实验科学,要求在教学中充分重视实验课程,在高中《生物技术与实践》“微生物的培养与应用”专题中涉及了大肠杆菌、纤维素分解菌等细菌分离纯化技术,此项试验技术在大学实验教学“土壤微生物的分离纯化”已包含。但在以往的大学实验教学中,学生很难参与完整的实验环节,实验的设计、实验材料的准备与获得、实验试剂的配置等,往往由实验教师完成,学生只是被动地做实验,因此对实验技能的综合运用能力、独立动手能力欠缺。因此建议大学教学中加强实验教学,适当增加各种探究活动,为学生提供多种可供选择的方案,也可以让学生自己提出探究的课题,自己设计和进行试验寻找答案。使学生在掌握研究微生物的基本方法与实验技术的基础上,培养严谨的课学态度、创新精神与分析问题和解决问题的能力。
关键词:食品微生物实验课教学探讨高职
一、引言
《食品微生物学》是实践性非常强的一门专业基础课程。在考虑理论教学的广度及深度的同时要更加重视实验教学,这才是食品微生物学的课程教学的核心。通过实验课,不仅可以使学生对课堂内容的理解更加深入,进而巩固所学的理论知识。最终培养了学生理论联系实际的分析问题和解决问题的能力,对活跃学生的思维,提高创新意识起到了积极的作用。
实验课的教学方式是保证教学质量的前提,这直接影响到对学生能力的培养。因此,我们要不断进行实验课的教学改革,以重视实验环节来提高教学质量,注重提高学生的综合能力。微生物实验课程的教学改革已成各类高职院校食品专业的普遍问题,作为专业课的教师,就要不断更新教育理念,改善以往传统的的教学方法。只有在日常教学工作中对教学方式积极创新,才能培养出理论知识丰富、素质高、有创新和探索精神的人才。
二、《食品微生物》实验课教学的现状
《食品微生物》这门课程是食品检验专业的专业基础课,具有很强的实践性及应用性。《食品微生物》课程对与将来专业课程的学习,专业培养目标的实现,学生综合素质及实践能力的提高都起着举足轻重的作用。
目前,许多高职院校《食品微生物》实验课内容设置比较简单,专业特点明显缺乏。学生根本就无法感受到实验课的意义,更难以在现实生活中运用微生物这门学科。还有一些实验的具体环节也存在着严重的不足之处,很难保证实验课的实际效果。学生的预习也大部分重于形式,很难有所收获。在实验的过程中,有的学生技术差,操作流程不规范,对仪器不能熟练的使用,记录或处理的数据不能保证正确性,遇到问题不知到怎样解决,学生总是处于一种被动的学习状态,并且实验报告还存在严重的拷贝现象。还此外,由于缺乏严格有效的考核方法,故实验课不能客观地反映出学生真实的实验操作能力。
三、合理安排教学内容,适当采用多媒体教学
注重视实践、理论知识够用即可,加强学生技能水平的培养是高职教育的特点。因此,在教学的过程中要合理地安排好教学内容,计划好学时。根据食品检验专业的特色,主要是依据食品生产中的常用的微生物,及在食品贮藏的过程中产生副作用的微生物这两个方面来安排教学内容,使学生对这两大类常见微生物有较深刻的理解。在实训内容的安排上,除了让学生们掌握基本必须的微生物操作以之外,还在实训中安排了一些对外生产的项目。例如腐乳和米酒的制作等,强化学生对应用型食品微生物的认知,另一方面通过对食品的检验,了解腐败微生物的作用及危害。从这两方面让学生对食品工业中涉及的微生物有深刻的认识。
微生物是人们肉眼所观察不到一类微小的生物,对于刚接触这门学科的学生来说是很抽象的。所以我们必须借助于多媒体教学,利用多种形式,如声音、图片、动画和视频等,把微生物学抽象和微观的内容尽可能地形象化、宏观化,尽量将微生物放大后展示在学生面前。运用多媒体教学,可以很容易地集中学生的注意力,激发他们对知识的渴望及学习的兴趣。此外,采用多媒体的教学方式不仅可以在最大程度上获取所需的信息量,还可以让学生观察到各类的微生物,方随时扩充新的知识内容。而充分地利用网络上的资源,既可以让学生更直观的学习知识,也可以让他们在课余时间获取更多的专业信息。例如将细菌的鞭毛运动及酵母菌的出芽生殖等过程制作成动画,以使抽象的内容变得既有趣又易懂。教师在讲授一些技能的操作时,利用网络资源来播放规范的操作视频让学生们观看,这样对于学生的规范性操作、及操作水平的提是非常有帮助的。
四、《食品微生物》实验课教学的新思路
1、以就业为导向,确定实践教学的内容
高职院校在教育的教学过程中,不但要强化学生的实践能力,还要突出与企业所需技能人才标准的无缝对接。实验课教学内容的确定,要紧密结合学校的培养目标及市场的需求。根据以往的教学经验,我们把实训的内容分成两类:一类是常用的基本技术;另一类是专业技术。常用的基本技术指是对食品微生物检验的基本技能,例如染色技术、灭菌技术及显微镜的使用等,而利用基本技术进行食品微生物检验的各项技术就是专业技术。我校把常用的基本技术安排在实验课中进行,在每次的理论课结束后加入相应的实验课教学内容,以加深实验效果,专业技术的培养则通过实训的具体方式来完成。
2、与企业合作,建立校外实习基地
为了让学生的学习热情和专业兴趣得以提高,实地参观学习使学生走出课堂,了解食品微生物在实际生活中的应用。例如将“细菌总数测定” 的传统实验项目与实际相结合,让学生亲自参与桶装水和纯净水的抽检。在实验中,不仅使学生掌握了饮用水卫生检验的方法,而且也培养了学生对知识的严谨态度和良好的专业素质。在校外的实习能使学生达到理论结合实践的目的,既锻炼了学生的综合素质,又补充校内实验课的不足之处,是实验课的延伸。校企合作显可使学生学到课堂上学不到的知识,尤其在目前高校教育经费不足的情况下而显得十分重要。
五、结论
近年来,通过各地食品微生物实验课教学内容的改革,不仅节省了教学时间,而且提高了教学效率。进而拓宽了学生的视野,加深了对专业的了解。提高了学生分析和解决问题的能力,增强了专业的信心。通过实验课培养了学生求实、严谨的工作作风,为将来的工作打下坚实的基础。
参考文献:
关键词: 微生物学 实验教学改革 创新性人才培养
21世纪是生命科学的世纪,微生物学是生命科学领域中一门重要的基础学科,它和现代生物学中的热门领域――分子生物学和生物技术研究密不可分。同时微生物生产将成为21世纪的一个重要产业,这就决定了微生物学在生物科学中的重要地位。微生物学实验是微生物教学不可分割的一部分,在目前高等院校的基础微生物实验未能设立为独立的一门课程。由于课时限制,只能开展验证性的基础实验或只设立综合性实验。如何保证在有限的时间内让学生既掌握基本的实验技能,又能够培养学生独立分析问题解决问题的能力,培养有开拓精神创新型的人才,通过多年来的教学实践,我们对微生物实验教学内容和教学方法进行了改革,并取得了初步的成效。下面是我们进行微生物实验教学改革的几点思考与体会。
一、合理安排实验教学内容,改革实验教学方法
从事微生物的研究工作,首先要掌握基本的实验技术,包括无菌操作技术、染色技术、培养基的植被和灭菌、微生物的分离纯化及技术等。原来的实验内容和顺序基本上是按理论教学内容来安排的,各个实验项目之间缺乏内在的联系,并且缺乏连贯性,学习效果不好,为此,我们对实验顺序进行了调整,对实验内容进行合理安排,使学生对实验知识系统地掌握和提高。如把培养基的支配和灭菌提前,这样在后面的实验中,学生就可以用自己亲自做的培养基做试验,从而增加了学生的学习兴趣,培养了学生的动手能力和对学习的自信心。
二、改革实验教学内容,增加综合应用型实验
为保证实验教学质量,我们在保证实验开出率的基础上增加了综合设计性实验。如从土壤中分离纯化细菌的实验,就要求学生自己准备牛肉膏蛋白胨培养基,自己做无菌水,一些实验所用的培养皿、试管等都得自己准备,然后灭菌备用。接着制备土壤稀释液、倒平板、涂布、培养。然后挑菌,平板划线分离,培养,观察菌落形态是否一致,革兰氏染色显微镜观察是否单一微生物。整个实验过程由学生独立完成,实践证明学生的实验兴趣浓厚,动手操作的积极性很高,不仅取得了良好的实验效果,更锻炼了学生们的综合素质。
三、将科研课题融入实验教学,开放实验室,培养学生的科研能力和学习兴趣
实验室开放是高校实验教学改革的重要内容,不仅可以完成学科交叉和综合背景下的宽口径专业教育和个性化培养,而且可以提高实验室以及仪器设备的利用率,提高投资效益。在开放是实验教学中,学生是主体,教师起辅助作用,着力培养学生的创新意识和创新能力,并且通过课外科技活动、毕业论文设计等环节,采取多种形式的实验室开放,不仅提高了学生的实践能力,而且充分发挥了实验室的潜能。在课外科技活动中,学生们可以做教师们科研课题的一部分,也可以自己做一些日常应用或生产应用上的研究。比如对饮用水和污水中微生物菌群的检测实验,就要求学生自己设计实验方案,从水样的采集、培养基的配制、细菌总数的测定到大肠杆菌总数的测定、菌体形态特征观察等,都要求学生独立完成,教师只给予必要的指导。在实验过程中,学生把课堂上所学的理论知识和所学过的实验技能有机结合,一方面使学生巩固和提高了所掌握的基本操作技能,同时也给学生们提供了一个探索创新的机会,很好地锻炼了学生们的独立分析问题和解决问题的能力。
四、加强实验教学管理,保证实验教学顺利进行
在开展综合性实验教学开放实验室的过程中,学生对药品、低值易耗品、玻璃仪器使用量较大,对实验室的管理提出了更高要求。这就要求有一支高学历高素质的实验室队伍,这也是衡量高校实验室教学质量的一个重要指
标。
五、实验教学改革的设想
1.实验内容的更新力度应继续加大,做到能根据学科发展特点和本学科最新的发展方向增加一些实验内容,为提高学生的综合素质,培养创造型人才做努力。
2.加大实验室开放力度,为学生提供更多的动手机会,提高学生的科研能力。
3.加强实验室的科学管理,重视实验室队伍建设,从而更好地保障实验教学质量,为创新型人才的培养做出应有的贡献。
综上所述,通过对微生物实验教学的改革,不仅使学生掌握了微生物实验的基本操作技术,验证、理解并拓宽了理论知识,而且培养了学生的综合素质,同时,在实验过程中,也培养了学生在科学研究中的创新意识、创新精神和严谨的科学态度严肃的工作作风。但是学生实践能力和创新能力的培养不是一朝一夕能够完成的,必须贯穿在各学科实验教学的全过程。如何使实验教学跟上科学技术发展的步伐,使学生在实验理论、基本技能、综合能力等方面得到提高和发展,仍是当前实验教学改革的一个十分重要的研究课题。
参考文献:
[1]林丽超等.改革微生物学实验实践教学,提高实验效果.中山大学学报论丛,2005,25(4).
[2]强华.微生物学实验课学生综合素质培养的实践与体会.福建医科大学学报(社会科学版),2002,6.
[3]刘森林.微生物学实验创新教学体系的研究与实践.微生物学通报,2005,32(4).
关键词:微生物学检验技术 实验教学改革
医学检验技术专业是一门实践性、技术性、操作性很强的学科,微生物学检验技术作为医学检验技术专业的主干课程,广泛应用于医学的各个领域,为临床感染性疾病的诊断、治疗和预防提供科学依据,对医学领域的研究和应用起到重要的作用,是培养高技能型医学检验技术人才所必备的职业能力之一,所以其实验教学显得尤为重要。实验教学在培养学生的动手能力、创新能力方面具有理论教学不可取代的作用。
一、重视基本技能训练
高职高专院校医学检验专业培养的是高技能型、具有一定专业素养的检验技术人才,这就要求检验人才具有扎实的基本功,所以实验基本技能训练仍然是实验课的重要内容之一。在微生物实验教学中,更要重视学生基本技能的训练[1]。微生物检验规范的、过硬的基本功训练,是学生今后从事临床微生物检验的重要基础,也有利于培养学生的动手能力和脚踏实地的工作作风。
二、微生物实验室生物安全教育[2]
微生物实验室通过对病原微生物的检查,为疾病的诊断、预防和治疗提供依据,而病原微生物对人体具有潜在的危害性,应确保操作人员、周围环境不被微生物感染或污染。2004年l1月12日,由总理签发中华人民共和国国务院令(第424号)公布施行《病原微生物实验室生物安全管理条例》,由此可见,重视学生操作技能训练固然重要,但加强学生实验室生物安全教育和个人安全防护知识同样非常重要。因此,每个学生应掌握规范的微生物操作技术,具备控制生物危害的意识和能力,熟悉接触病原微生物后预防感染的方法。
三、实验教学方法和手段的改革
微生物学检验是一门既要求具有丰富的理论知识,又要求具有很强的动手能力的学科,所以实验教学具有理论教学不可替代的作用,是教学环节中一个重要的组成部分。传统的微生物实验教学主要以验证性实验为主,以教师为中心,在这种“重理论、轻实践;重理论知识传授、轻动手能力培养”思维定式的影响下,学生被动机械地接受着知识,使实验室没能充分发挥其应有的作用,从而导致学生对实验教学重视不够,这不利于培养学生的探索精神和创新精神。所以应加大综合性实验的比例,将过去“以菌论病”的实验方式改为“以病论菌”,并设计模拟标本,将临床常见标本的处理过程引进实验教学,学生通过对病原菌的分离、鉴定和药敏实验,将培养基的选择和制备、细菌的分离和纯化、菌落特点、菌种鉴定、生化反应、药敏实验等知识点设计为连贯的综合性实验,在这个过程中既锻炼了学生的动手能力,又增强了学生分析和解决实际问题的能力。同时要适当增加一些设计性实验,由学生自行设计实验方案,制备培养基,在带教教师的指导下,进行病原菌的分离和鉴定,详细记录实验过程,分析实验结果,以小论文的形式写出实验报告,培养学生科研的思维和思路,从而全面提高学生的综合素质。
四、充分利用多媒体教学
多媒体教学已广泛应用于理论教学中,基于其生动形象、教学效果好的特点,值得向实验教学推广。与教师的亲自示教相比,太多学生围在带教教师身边,会影响学生的学习效果,而把规范操作做成多媒体课件的形式,组织学生观看,还可滚动播放,或边观看边操作,这样既增强了学生的学习兴趣,又弥补了示教教学的不足,提高了实验教学的效果。
五、实验报告的书写
书写实验报告是学生梳理思路、分析问题和解决问题的过程,有利于培养学生的科学思维,是学生对实验的总结。实验报告以讨论为主,让学生总结成功的经验,分析实验失败的原因,实事求是,正视问题,纠正错误的实验操作,认真独立完成实验报告,这也是提升学生学习能力的一个过程。
六、实验技能考核
实验技能考核设计得科学合理,也是提高教学质量的一个重要环节,更能引起学生对实验的重视。实验考核应重视实验思路的设计、操作技术是否规范和实验结果如何,结合平时实验课表现和实验报告的书写情况,对学生进行综合评定,以调动起学生的主观能动性,并加大实验考核在期末考试中的比重,体现出实验教学的重要性,更有利于培养学生的实践能力。
总之,微生物实验教学是理论与实践相结合的纽带,只有不断深化微生物实验教学改革,才能调动起学生学习的积极性、主动性和创造性,培养出动手能力强、具有创新精神和一定职场能力的高职高专检验技术人才。
参考文献:
[1]汤丽霞,覃志坚,何印蕾等.临床微生物检验实验教学改革体会[J].右江民族医学院学报.2008.30(2):324.
关键词: 微生物学实验 课程体系 教学改革
当前生物科学已进入一个高速发展的新纪元。微生物学是现代生物科学的重要组成部分,微生物学实验是生物学专业的必修课程。微生物学实验是一门非常重要的专业基础课,是一门实用性很强的工具课,其独特的实验方法和技术在生命科学领域中占有不可替代的地位,其教学效果直接影响到后续生命科学各学科的学习[1]。我院虽然一直较为重视微生物学实验的教学,但由于采用的微生物学实验教学方法比较传统,教学内容、手段、测评等方面均存在很多不足,造成学生动手能力、创新技能得不到良好的训练,因此我院微生物学实验教学亟待改革,需要建立独立的科学的课程体系。近几年,在任课老师和实验员的共同努力下,我院对微生物学实验教学环节进行了改革,收效较为明显,现将经验汇报如下。
1.教学内容改革,建设科学的课程体系
实验内容上,开设的实验大多为微生物学理论教学内容的演示性、验证性实验,综合性、设计性实验较少[2]。虽然实验内容较多,也较全面,基本上可覆盖微生物学的基本技术部分,但是由于部分学生学习兴趣差,加上实验课考核、成绩评定等方面存在问题,因此实际教学效果不甚理想。比如微生物实验最基本、关键的无菌操作环节,许多学生在实际操作时不按要求执行,而实验老师在有限的实验时间里也无法纠正每个人的不规范操作,结果在全部实验课程结束后,很多学生的无菌操作技术仍然不过关,无菌操作的意识仍然非常薄弱。还有微生物学实验虽然设置了一些综合性的实验,老师也布置了课前预习,但很多学生由于对微生物学实验课程不够重视,课前预习仅仅是抄写书本上的东西以求完成实验报告,做实验时也是机械地照搬书本上的步骤,实验效果大打折扣。如食品专业在做完水中细菌总数和大肠菌群的检测这一综合实验后,还有很多学生仍然不明白EMB平板与乳糖蛋白胨发酵管的作用和阳性结果特征。
针对这些情况,我们首先改变了传统的实验教学模式,将实验课独立设置,微生物学实验不再是理论课的附庸,保证了实验教学的整体性和连续性,建设成以教授微生物学各种重要技术、训练学生动手能力和创新能力为目标的一门独立的课程,在人才培养、目标培养上与理论课成为既紧密联系又相对独立的两个支柱。
其次,我们在课程内容上进行了适当的改革和调整。我院在新修订的教学大纲中将微生物实验课程由原来的40学时增加到48学时,并对实验重新进行了设置,增加了综合性和设计性实验的比例,使之占到50%以上,并对开设的实验进行了系统化。在微生物学实验课程体系的建设上,突出技术学的特点,突出能力的培养。将实验内容分为三大部分:基础性实验、综合性实验、设计性实验。(1)基础性实验,突出微生物学的基本实验技术,把显微技术、染色技术、无菌技术、纯培养技术等微生物学的四大基本技术贯穿于整个实验过程,使学生建立了一个完整的微生物学形态学概念[3]―[4],增强了对理论知识的感性认识。(2)综合性实验,是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关知识的实验,是学生在掌握一定的基础理论知识和基础实验上,运用某一课程或多门课程知识,对实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。(2)设计性实验,安排在微生物实验后期时间,此时学生既具有微生物学理论知识,又掌握了微生物学基本实验技术。老师只讲解实验目的、要求和基本原理,学生自行理解、甄别、判断,将所领悟到的零散知识一点点串联起来,写出实验方案;以小组为单位,一般4―6人为一组,自己准备实验材料和配制试剂,自己动手完成实验,观察实验现象和结果;自行解决实验中出现的问题,撰写出规范的实验报告。教师根据学生的设计方案思路,以及具体的实验操作、实验记录、实验结果、实验报告综合评分。完成这样一个实验需要学生在实验过程中对知识重新进行消化、吸收、重组,还要用到前面所学的微生物学基本实验技术,不仅可以提高学生对实验课的学习兴趣,增强微生物实验技能,而且可以让学生获得一个真实的实验研究过程锻炼。
2.教学方法改革,配合课程体系的建设
我院原来的实验教学方法都比较传统、陈旧,一般都是由教师先讲解和示范本次实验的内容、流程和操作技巧,然后放手让学生自己动手做实验,教师在教室里四处巡查,解答疑难问题。在课堂教学时间内,除了负责教学外,在所剩不多的时间内,教师只能指导有限的几个学生,大部分同学不能得到有效而及时的辅导,这样教学效果往往不甚理想。很多学生注意力不集中,对老师讲过的东西学后就忘。
近几年,我院重视微生物实验教学,加大了实验设备的投入,将多种现代化教学手段和工具运用到微生物实验教学上,如采用多媒体、显微成像示教系统进行教学,提高了学生的学习兴趣,加深了学生对所学内容的理解和记忆,不但丰富了实验教学手段,而且规范了实验教学内容,图文并茂,使复杂问题简单化,抽象问题具体化,从而增强了教学效果。此外,采用现代教学工具,利于改革微生物学的教学内容,建立科学的课程体系。
我院微生物学实验课开设了几个微生物的形态学观察实验,由于做实验的班级多,实验员准备实验的工作量很大,因此每个形态学观察实验都只选取了几样典型菌作代表,让学生自己制备标本,其余由实验员准备标本,学生直接进行观察。我院在改革教学方法后,对微生物学实验的内容进行了相应的改革。如将原来单独设置的几个形态学观察实验合并在一起,作为一个完整的实验,在做实验前先播放多媒体课件,让学生观看各种微生物典型菌的形态照片,在剩下的时间里再让学生自己动手制备标本,掌握一些简单的标本制备法。实验中利用显微成像示教系统,引导学生细致观察,在观察中思考和分析问题,提出问题的解决办法[5]。例如在观察根霉的形态时,先引导学生观察孢子囊和孢囊孢子,然后顺着孢囊根寻找假根和匍匐枝。将从教师显微镜看到的特殊、典型的微生物图像切换到大屏幕,让全体同学共享。这样既减轻了实验员的工作负荷,又让学生直观地观看到了更多种类的微生物的形态图片,扩大了知识面,还减少了原来实验设置中的重复操作,节省下来的课时可用于安排更多的研究设计型实验,增加了学生动手动脑的机会。
3.实验评价方法改革,完善实验课程体系建设
微生物学实验本来是一门实践性和应用性很强的课程,应该以学生动手能力的表现和实验效果为评价指标,但学生多,教师少,教师对学生缺乏了解。有的实验教师在上完一学期的实验课后,还认识不了几个学生,所以微生物学实验课程的评分都是以学生提交的实验报告为主要依据,这样就造成了学生轻实验操作,重实验报告的不良局面。问题包括:不少学生仅追求实验报告写得长和整洁,部分学生抄袭他人的实验报告,甚至少数学生为得到一个所谓的“好”结果而篡改数据,等等。因此,建立合理的多重考核体系对树立学生正确的科学观,培养学生的分析问题、解决问题的能力和独立创新能力有重要意义。因此我们对现有的实验评价体系进行了改革,增加了平时实验中的参与和表现的考核,如微生物画线分离法,要求每位学生进行平板和斜面画线,分离出单个菌落。在课程结束之后通过实验技能考试对学生逐一进行考核。这样就避免了部分学生始终处于支配角色,一些学生机械操作,消极地应付实验,没有学习到实验技能的问题。
4.强化学生科研意识,科研活动与教学相结合
紧跟学科发展是培养创新型人才的途径,激发科学研究的兴趣是培养创新型人才的动力,实验技能的训练是培养创新型人才的基石。在微生物学实验教学初期,我们让学生参与实验准备,尽量增加学生动手操作的机会、加深印象;在大三、大四期间,我们让学生根据自己的兴趣或结合指导教师的科研课题自主选题,利用课余时间,进入实验室,在教师的指导下,开展综合型、设计型、探索型实验进行研究性和创新性学习,培养学生的科学素养和动手能力及创新精神。同时鼓励学生积极申报开放实验室项目,让他们的浓厚兴趣得以延伸。进入实验室学习的学生都能提前完成毕业论文,而且毕业论文质量较高,部分学生的论文或综述已正式发表。这对提高人才培养质量和教学质量起到了积极的推动作用。
总之,微生物实验教学改革是一项细致、长期的工作。只有不断学习和实践,及时总结,进一步在微生物实验教学上改革和探索,才能更加充分调动学生的积极性,使之成为具有较强综合能力的人才。
参考文献:
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[2]葛红莲,王红星.微生物学开放性实验教学的探究与实践[J].考试周刊,2011,27:189-190.
[3]汪正清,胡晓梅.培养学生创新能力的微生物实验教学体系实践[J].中国高等医学教育,2009,1:83-85.
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关键词:课程改革;微生物技术综合实验;前沿
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)52-0043-02
21世纪对人才培养提出了新的挑战,如何培养具有综合素质的创新型、复合型人才是当今高等院校面临的问题。中山大学坚持贯彻以“培养具有国际视野、满足国家与社会需求的高素质复合型拔尖创新人才”为目标,提倡“人心向学”,对创新型人才培养提出了新的思路。从2012年开始,学校开始执行大类招生政策,坚持以“厚基础,宽口径”为原则,这是针对我国现行高等教育的弊端实行的深层次的教学改革。大类招生势必涉及到各个学院专业的课程体系设置、教学方式、人才培养模式的改革。其实早在1998年教育部就颁布了新修订的专业目录和《关于普通高等院校修订本科专业教学计划的原则意见》,指出:“教学计划修订的核心是调整学生的知识、能力、素质结构,淡化专业意识,拓宽基础,加强素质和能力培养。”实验教学是培养应用型、创新型、复合型人才的重要组成部分,在学校教学培养中起着举足轻重的作用。这就需要我们对实验教学进行大胆改革和创新。微生物学是当前生命科学中发展最为迅速、影响最广泛的学科之一。近年来微生物学实验技术的不断创新和发展,使微生物研究者得以在分子水平上深入探索微生物的生命活动规律。《微生物技术综合实验》是生命科学学院为生物技术、生物技术与应用、逸仙班开设的专业选修课,是继《微生物学实验》后的一门对于学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用的课程。
本课程改革的目的是让学生真正感受到微生物学工作者从事微生物学工作的氛围,同时与一些微生物学热点研究或实际应用相结合,开展创新性微生物学实验与研究。通过本课程的学习,学生经过严格的训练,能规范地掌握现代微生物技术,熟悉现代仪器的基本使用;在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时,努力培养学生的创新意识与创新能力。为实现这一目标,在课程内容安排上采用保留少量经典的验证性实验内容外,主要将基本操作融入综合实验中,增加综合性实验,在实验内容方面更注重微生物技术在科研、生产中的应用。课程内容方面分为三个层次:验证性实验、综合实验与自己设计实验,强调实验的综合性、探索性、研究性和连贯性。在综合性实验中,引入本系教师的科研成果,目的在于通过实验,增加培养学生独立解决实际问题的机会,以提升学生的科研素质与创新意识。同时提出具体的科学问题,引导学生设计解决问题的方案,并通过实验验证相关解决方案。将整个微生物学实验课程按几个主题分成若干个实验教学模块,每个模块由若干次实验课组成,相互关联,前后衔接,共同组成一个研究性的实验。实验项目的安排体现了横向纵向四结合:①使传统和前沿有机结合。②依赖培养技术和不依赖培养技术相结合。③形态鉴定和分子鉴定相结合。④单个菌落和微生物群落研究相结合。传统和前沿有机结合:在实验内容安排上贯穿两条主线,即有传统的微生物发酵工程实验,发酵工程实验由一个小个实验结合在一起,包括菌种的选择、发酵条件的优化,而不依赖于培养技术的分子研究,如变性梯度凝胶电泳DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)、16srDNA分子鉴定等代表前沿生物技术的实验。生物技术研究手段层出不穷,各种技术手段各有其利弊,对同一个对象,用不同手段来研究,让同学们开阔了研究思路。例如,依赖培养技术和不依赖培养技术相结合:传统的微生物需要在培养基上培养,进行形态观察或分子鉴定,而DGGE技术则是不依赖于培养的技术,学生直接从土壤中提取样品DNA,进行DGGE电泳,用SYBR染料染色检测。形态鉴定和分子鉴定相结合:对稀有放线菌进行传统培养,用埋片法进行形态观察,同时对鉴定的放线菌提取DNA,进行16srDNA分子鉴定,使学生了解两种手段的差别和优势。同时观摩DNA测序过程,对测序结果进行BLast,并用mega软件学习构建进化树。单个菌落的16srDNA分子鉴定和微生物群落研究相结合:对放线菌的形态和分子鉴定只是对单个菌的研究。而DGGE研究则是对整个微生物群落的研究,可以让学生建立微生物个体与群体差异的概念,加深对微生物群落概念的理解,通过课程学习让学生建立纵向和横向的知识结构。生物技术综合实验中微生物发酵实验也是重要的部分,实验项目为菌株产蛋白酶发酵条件优化。由学生自己进行菌种的选择,发酵条件的优化采用单因子实验法和正交实验法,发酵产物进行蛋白酶活性测定。“工欲善其事,必先利其器。”学院配置的多媒体数码显微镜互动系统应用,为本课程观察放线菌和真菌的形态结构提供设备保障。先进的交互手段,使得教师通过讲台上的计算机,就可以看到每个学生所观察到的显微镜画面,能及时发现问题并指导学生。学生还可应用数码显微镜将观察结果直观呈现在电脑屏幕上,并且可以在自己的计算机上清晰地看到讲课的PPT和示范,可用显微镜的示教指针与教师交流讨论。学生对学习的兴趣和课堂效率都显著提高。由于变性梯度凝胶电泳DGGE实验以及微生物发酵的特殊性,不可能人手一套实验仪器,教学视频和模拟实验的应用尤为重要。在变性梯度凝胶电泳DGGE实验课堂上,应用http://learn.genetics.utah.edu/美国犹他大学的虚拟PCR virtual lab技术和虚拟电泳技术,该制作图像精美、直观,实验步骤清晰,使枯燥的实验生动地展现在学生面前,更加有利于学生理解、记忆。加深学生对实验内容的理解并提高他们对实验的兴趣。微生物发酵实验,实验步骤烦琐,牢记每个步骤尤为重要,而教师的讲课未必能使每个同学掌握,所以我们自己录制相关的教学视频和多媒体课件,可随时再现操作过程。将教学中的抽象内容具体化、形象化,从而有利于学生对知识的理解、掌握,使其实验的积极性和主动性都能得到提高。
随着计算机技术、网络技术与电子通讯技术的迅速发展和应用,人类已经进入了现代化的信息社会,因特网是世界上最大的知识库、资源库,它拥有最丰富的信息资源,而且这些知识库与资源库都是按照符合人类联想思维特点的超文本结构组织起来的,因而适合学生进行自主学习。信息社会需要有高度的创造性,并且有很强的自学能力和信息检索、获取及处理能力的创新型人才。为培养学生获取、分析、处理微生物基因组信息的能力,教师指导学生上网查询基因组信息的方法,对16s核糖体RNA测序结果在物学国际综合网站NCBI上blast程序与公开数据库进行相似性序列比较,找出最相似序列。指导学生学会简单的生物软件。学会用mega软件构建进化树。近几年来,由于学校对实验室建设的高度重视和大力支持,学院中心实验室添置了凝胶成像系统多媒体数码显微镜、全自动自控发酵罐、液相色谱分析仪、变性梯度凝胶电泳仪器,为微生物技术综合实验的顺利进行创造了硬件条件,使实验教学改革上一个新的台阶。
参考文献:
[1]喻子牛,何绍红,朱火堂.微生物学教学研究与改革[M].北京:科学出版社,2000.
[2]谭红铭,黎丽娥.生物化学实验教学改革初探[J].中山大学学报论丛,2001,21(5):51-53.
[3]曹理想,谭红铭,周世宁,生物技术专业微生物遗传学教学改革初探[J].微生物学通报,2004,31,(6):120-122.
摘要:医学微生物学是生物制药专业的基础课程。结合作者的自身教学实践,阐述了作为生物制药专业的医学微生物学的教学应该有其专业个性化的特点。在教学重点上应强调基本应用型知识的掌握;教学的过程中应重视药学知识的实践;在实验课程上着重培养学生的基本实验技能和规范性的实验操作技术;在课程知识之外还应结合当前的医学实践,激发学生的学习兴趣,提高教学质量,进而取得较好的教学效果。
关键词:课程教学;探索;实践
中图分类号:G642 文献标志码:A文章编号:1673-291X(2011)23-0273-02
引言
生物制药专业作为药学院或综合性大学的新兴专业, 正随着生物技术的发展而成为培养具备生物学、药学基础理论的生物制药专门人才的急需专业。医学微生物学作为本校生物制药专业的必修基础课程,要为后续的生物制药工艺学等相关课程打下良好的基础, 同时要能够使同学们掌握医学微生物学的基础知识以及为学生们今后走向药学事业创造契机。但由于课程内容较多、基础理论性与实践性都较强,学生普遍反映学习难度大,不易掌握。因此,笔者对医学微生物学课程的教学内容、教学方法和教学手段进行了探讨和实践,为生物制药学科的建设提供参考。
一、结合专业特点,精心选择教材,精炼教学内容
目前国内出版社的《医学微生物学》教材版本较多,大多为医学出版社出版,与临床医学的结合性较强。为选择适合药学专业的微生物学教材,笔者从众多的教材版本中选定了高教出版社出版的黄汉菊主编的《医学微生物学》,发现该教材的基础部分能够满足教学需要。再根据所安排的课时对医学微生物学的各论部分内容进行精简和综合,在教学时发现既要注重“三基”知识的讲授,还要据医学模式转变、疾病谱的变化,增加公认的新知识、新技术的介绍,充分体现医学微生物学与药学的联系。
(一)丰富理论教学内容
理论教学内容应有一定的稳定性,但也不应一成不变,应随微物科学技术的发展而做出相应补充与完善。目前,各国都在致力于开发出抗微生物医药新型技术以及先进的生产工艺,需要学生及时掌握这些内容。同时,医学微生物学作为一门基础学科,其教学内容要突出自己的特色。为此,在教学内容上做以下调整。
1.优化教学内容结构。课程的教学内容按分章节的形式介绍各类微生物的基本生物学特性,在每一章节中,着重介绍微生物种属的基础知识,尤其微生物的抗原特性、微生物学诊断以及免疫防治等,针对微生物的诊断和防治技术进行系统的阐述。这种结构利于学生掌握知识的共性,利于学生理解和灵活应用。同时,还须做好本课程与其他相关课程教学内容的联系,以利于学生进一步探索医学微生物学的应用。
2. 突出教学重点。由于医学微生物学课程具有实用性强的特点,课程的教学内容就应紧密结合医学致病微生物的各个领域。例如,在讲授流感病毒的基础知识时,应着重掌握病毒粒子的结构,基因组的组成、编码蛋白的种类及其功能,其主要抗原的类型,抗原容易发生变异的机制及在病毒防治中遇到的关键问题。
3.教学内容要体现新颖性
作为生物技术发展最快的领域,医学微生物学中尤其与人类健康关系密切的一些高发病原的新的科学进展时时在更新。在教学中,要随时查阅最新的科研动态,更新相关领域的科学知识,把与本专业领域相关的科学知识作为新的教学内容充实于给学生的讲授环节,以保持教学内容的先进性。如把最新的抗HIV药物充实到反转录病毒的教学内容,拓宽了学生的视野,增加了学生对学习新知识的兴趣。
(二)强化实践教学环节
实验、实习等实践教学环节,对于全面提高人才培养有着重要作用,所以加强医学微生物学这门课的实践教学环节尤为重要。除讲清基本理论外,对医学微生物学实验基本操作技术要领的严格掌握是本课程实验教学的重要环节,以配合理论教学,提高教学效果。
1.加强综合性实验教学。实验教学内容除一些验证性实验外,增加综合性实验,使学生增强主动分析问题的能力。在教学中针对细菌学实验开设细菌的分离培养及鉴定综合性实验,使学生在混合菌种中分离克隆出纯的菌种,并鉴定到属,使学生的实验具有连贯性,有利于培养其综合实验技能。
2.增加设计性实验。设计性试验给学生开放了更感兴趣的领域。进行微生物的分离并鉴定,使学生的认识从感性领域到认识到微生物的无处不在,加深其对微生物的认识,并对致病微生物和非致病微生物有更明确的认识,达到培养学生的学习兴趣、实现最佳教学效果的目的,提高了学生的综合素质。
二、重视教学方法和教学手段,调动学生的学习兴趣,提高教学质量
在教学实践中,我们重视教学方法研究,在系统传授知识的同时,引入学生感兴趣的与实践相关的医学微生物学知识,有目的地加强对学生思维能力、分析能力、自学能力的培养。
(一)充分备课是搞好课堂教学的重要环节
课堂教学是传授知识的主要途径,要搞好课堂教学,必须重视备课环节。备课时要熟悉、掌握教学内容,明确各章节的目的、要求,确定重点;再根据学生的实际水平及课程特点,确定难点。这是在备课时的首要明确的内容。要用自己的语言精心组织教学内容,使之层次分明、条理清楚、重点突出[1];考虑清楚采用的教学方式或方法、提出什么样的思考问题及进一步学习的自学参考题纲。备课时对相关问题作充分地考虑和安排,教学中才能顺利完成教学任务,才能调动学生的学习兴趣,充分发挥学生的主体作用。
(二)采用现代化的教学手段,提高授课效果
在有限的时间内,要尽可能让学生学习更多的知识,就需要运用现代化的教学手段。现代的医学微生物学随着分子生物学技术的发展,对众多病原微生物的分离、诊断技术均研究的较为清晰。将这些已有的科研成果以图片或动画的形式呈现在学生面前,再配以相应的解释,会得到事半功倍的效果。传统教学中只是让学生翻看书本,而书本上没有的图表不得不画草图,因此,教学节奏无法掌握,教学效果不理想。为了使教学生动、直观、形象,我们除了组织教学参观外,还采用多媒体教学。通过多媒体教学,可以直观地展现畜产品副产品的形状、生产设备以及作用原理图,更利于学生理解抽象的课程内容,这样,学生们兴趣非常浓厚,上课效果非常好。
(三)采取PBL教学法,调动学生的学习兴趣
知识能否牢固掌握,在很大程度上和学生的学习兴趣密切相关。在学习上我们常说“主动产生效率,态度决定一切。”也即要想让学生主动去学习,有正确的学习态度,使学生对所学的知识产生浓厚的兴趣应是非常必要的。作为教师,不但要准备好教学需要的内容,而且想办法激发学生的兴趣。而激发学生的学习兴趣,这在教学的第一节课尤为重要。在课程的绪言中,要给学生引出问题:人为什么会生病,生病可能与什么有关?进而给出致病因素与医学(病原)微生物的密切关系,进一步的指出作为生物制药专业的研究方向可能之一就是要针对某些具体的病原微生物,研究其有效的生物技术药剂。通过这些实例的讲解,学生们会明白医学微生物学中要学的内容与生活和生物技术制药生产密切相关,是一门实践性与实用性很强的课程,并非枯燥的理论。
采取PBL(problem based learning)教学法[2],即以问题为中心的教学模式。这种方法不仅给学生提供了展示教学新理念的机会,同时也对指导教师提出了挑战。在讲授过程中,不时地提出问题,这些问题可以是已学过的知识,也可以是即将讲到的新问题,这些问题的难度不应很大,学生只须短暂思考就可以回答。通过提问,吸引学生的注意力,使学生的思维跟得上教师的讲课节奏,帮助学生去思考的问题。基于以学生为中心这一基本原则,在教学过程中有关课程的基本理论知识由教师进行详细讲解,以求使学生完全理解并记忆。选择一些常见病原微生物部分则进行PBL教学,要求结合疫病的最新研究成果,培养学生获取知识的能力。PBL教学的方法是:课前由教师将讨论的内容以问题的形式提出,布置给同学。问题有较强的针对性,通常是要求同学必须掌握的内容。教师同时提出解决问题的思路。学生们利用各种信息资源,如通过图书馆、网络、请教专家等途径,获得相应的信息,经归纳、整理,并做出讨论预案,再返回到课堂大家在一起进行讨论。在PBL教学过程中,教师主要起把握方向、布置任务、组织讨论和进行总结的作用[3]。课堂上学生充分进行讨论、辩论,让学生的主观能动性得以充分发挥,从而有效地培养学生的表达能力、辩论能力、主动学习能力、利用信息资源能力和逻辑思维能力。
随着生命科学的飞速发展,人类诊治疾病的能力不断增强。作为医学微生物学教学工作者要跟上时代的步伐,在教学实践过程中,面对新问题的出现,及时调整教学思路及方法,更新教学理念,不断学习,不断探索,争取做到最大程度地发挥教学功能。我们还会继续探索新的教学内容和教学方法,完善现代化教学手段,随着教学改革的不断深入,为培养出新世纪优秀的生物制药专业人才而努力。
参考文献:
[1] 雷凯健,王天晓.生物制药专业微生物学教学改革的几点体会[J].检验医学教育,2010,17(2):24-25.
关键词:精品课;微生物学;微生物学实验;教学改革
“微生物学”是一门生物学科的必修基础课程。微生物学的发展对探索和揭示生命运动的规律,推动自然科学的发展起着其他学科不可替代的重要作用。微生物学与现代遗传学、生物化学、细胞生物学和分子生物学等前沿学科有着不可分割的密切联系。微生物学教学对于获得微生物学知识、掌握微生物生命活动的规律、了解微生物与人类和自然界的关系、掌握微生物学的研究方法、提高分析问题及解决实际问题的能力等均起着非常重要的作用。经过多年努力,使微生物学成为北京师范大学校级精品课程。我们将在以下几方面继续努力,使这门课程向更高的目标发展。
一、打铁先得本身硬:教师素质提高
作为教师,既要热爱教学工作、懂得教育教学的规律,又要有过硬的专业知识。在知识快速更新的今天,要想打造一门高质量的课程,就需要教师不断提高自己。
1.不断学习,提高自己,积累素材
几年来,微生物课程组的教师利用多种途径学习和积累与教学有关的知识,如从报纸上、专业期刊杂志上、网络上等多种途径收集和积累教学资料。多年来收集了许多的文字资料。
积累了几十个视频小动画,建设了教学图片库,收集了多所兄弟院校的微生物学课件等。既积累了教学素材,又在这个过程中提高了自己的专业知识水平。
2.整体作战,梯队建设
中青年教师虚心向老教师学习,老教师认真传帮带。几年来,始终坚持课程组教师一起研究和分析教材。在老教师的指导下,中青年教师在教材编写、教学研究过程中不断成熟,逐渐肩负起教学的重任。
3.同行交流,取长补短_
积极参加全国教学研讨会,并多次在大会或小组报告会上介绍北师大的教学情况,与同行进行交流。与北京大学、武汉大学、南开大学、中国农业大学、湖南师范大学、华南师范大学、河南师范大学、陕西师范大学、山东大学与河北师范大学等多所高校的微生物学同行建立了密切的联系,并进行微生物学教学内容、教学改革等方面的交流,吸取兄弟院校的先进经验。
二、兵马未到,粮草先行:教材建设
国内外有许多特色的微生物学教材,具有内容丰富、插图精美、体系完整等特点。这些教材特别适合综合性院校微生物学课程。而师范院校微生物学课程的课时都较少,大都没有设置微生物学专业,也缺乏相应的微生物学后续课程。因此,师范院校微生物学课程迫切需要一本简明扼要、重点突出的微生物学教材,几年来,微生物课程组的教师认真研究学习了许多国内外优秀的微生物学教材,学习这些教材的优点和特色、内容的先进性、编排的技巧性等,打造优秀的师范院校微生物学教材。
黄秀梨主编的《微生物学》于1998年由高等教育出版社出版第一版,2003年由高等教育出版社出版第二版,并被列为面向21世纪教材,荣获2006年北京高等教育精品教材,2006年与其配套的教学辅助光盘由高等教育出版社出版。黄秀梨主编的《微生物学实验指导》于1999年由高等教育出版社、施普林格出版社出版第一版。林稚兰、黄秀梨主编的《现代微生物学与实验技术》于2000年由科学出版社出版。这三本书组成了从本科生到研究生的系列微生物学教材。黄秀梨与辛明秀主编的《微生物学》第三版和《微生物学实验指导》第二版即将在“十一五”期间由高等教育出版社出版,这两本书均被列为国家“十一五”规划教材。我们将继续把教材建设作为课程建设的一个重要的组成部分,争取使《微生物学》第三版和《微生物学实验指导》第二版成为高质量、高水平的优秀教材,同时促进微生物学课程建设。
三、教什么:教学内容和教学体系优化
1.教学内容和体系的凝练
根据师范院校微生物学课程特点和规律,课程组认真研究教材,凝练本学科最本质和最核心的教学内容。认真处理好微生物学教学内容中与生物化学、遗传学、细胞生物学和分子生物学中相互交叉的内容。在微生物学实验教学中,将微生物学实验整合为五个模块,分别为形态结构观察(细胞水平)、目的微生物的分离纯化(群体水平)、微生物生理生化反应及理化因素对微生物生命活动的影响(生理生化水平)、微生物遗传与免疫(遗传免疫水平)和细菌系统发育学分析(分子水平)。五个模块分别从不同水平和层次研究微生物生命活动的规律。通过凝练教学内容,重点突出,使学生在短时间的教学中抓住本学科的重点。
2.把最新的研究进展引入教学
微生物学研究发展很快,教学中要把微生物学最新研究结果及最新实验技术手段引入教学。如:微生物基因组研究的意义及研究结果,不可培养微生物(uncultured microorganisms)的研究及意义,原核细胞中线状染色体的发现,巨大细菌的发现,三域学说与微生物系统发育学研究,极端环境微生物学研究等。介绍与微生物学有关的诺贝尔最新获奖项目,如朊病毒(1997年)是疯牛病等的病原体、幽门螺杆菌是引起胃癌的病原体(2006年)。将最新的微生物学技术手段引入实验教学或在教学中加以介绍,如:荧光原位杂交(FISH),变性梯度胶电泳(DGGE),限制性酶切片断多态性分析,16S rDNA序列分析方法在细菌系统发育学中的应用等,既丰富了微生物学的教学内容、提高了学习兴趣,又使学生了解到最新的研究进展,同时也认识到,随着科学技术的发展,各学科相互渗透,相互促进,共同推动学科的发展,使探索生命运动规律的研究不断深入。
3.专家讲座,开阔眼界
多年来我们多次邀请专家进行专题讲座,如近年邀请了中国科学院马延河教授进行了题为“极端环境微生物学”的讲座,使学生了解到,即使是在极端的环境中也存在着丰富多彩的微生物世界,极端环境微生物是宝贵的微生物资源。请中国农业科学院的王磊副教授进行了题为“分子微生物学实验技术”的讲座,使学生了解最新的微生物学实验技术及所能解决的实际科学问题。通过专家讲座丰富微生物学的教学内容。
四、怎样教:教学方法和手段
在把握教材内容的前提下,合理的教学方法和手段是实现教学目的的保证。应用科学合理的教学方法和手段把条理化的知识体系传授给学生。
1.注重各部分内容的内在联系,体现知识的整体性
在教学中注重各部分内容和知识点之间的联系,如在理论课教学中将微生物的形态结构、生理生化、遗传与变异、微生物生态、微生物在实际中的应用等知识有机的联系为一个整体。在每一个部分的教学中,挖掘这部分内容与教材其他部分内容的联系,从而使学生获得
相互联系的完整的知识体系。注重结构与功能之间的联系,在讲述微生物的形态结构时,注意与其功能相联系,在讲述基本原理和基本功能时,适当点明与其对应的结构基础。注意理论与实际的联系并通过学习各种环境中微生物类群的结构特点和代谢特点等,了解微生物与环境的适应性及微生物与自然界和人类的关系。
在实验课教学中巧妙设计实验方案,将微生物学实验整合为五个模块。五个模块各有侧重,交给学生一个内容丰富、又相互联系的实验体系。
2.理论课与实验课相渗透
理论课上重点讲述微生物的基本理论和基本原理,实验课主要学习微生物学的基本研究方法和技术手段,共同目标是使学生掌握微生物学的基本原理和微生物学的基本研究方法。理论课教学中强调微生物学基本理论得出的实验过程和证据,实验课上强调实验手段和技术的基本原理及所能解决的理论问题。相互渗透,相互强调,使学生更好认识微生物学的本质、掌握其核心内容。课程组长期坚持主讲教师参与实验课教学,有利于把理论课与实验课紧密的联系,有利于对学生的全面培养。
3.积极进行教学改革,承担教改项目
进行了“微生物学”教学内容、体系及教材建设研究(获2001年国家级教学成果二等奖)和微生物学实验改革研究(获2004年北京师范大学教育教学成果二等奖)。与南开大学共同承担并完成了武汉大学主持的“微生物学立体化精品教材体系”中的微生物多媒体课件的制作工作(教育部课题,将由高等教育出版社出版发行)。将教学研究成果不断应用到教学中,提高教学水平和教学效果。
4.启发教学、培养兴趣、加强课堂讨论,课堂教学与网络学习相结合
认真研究教学内容,精心设计问题,引导深入思考,加强课堂讨论,增强对知识体系的理解和掌握,充分利用北京师范大学的Blackboard网络平台进行辅助教学,丰富教学内容和信息量,提高课堂教学质量。
5.通过自主设计实验,培养自主创新能力
从2000年开始,进行微生物学自主设计实验的教学改革研究,培养学习微生物学的兴趣、独立开展科学研究的能力及自主创新的能力。许多学生都感觉, 自主设计实验很辛苦,但值得。自主设计实验报告按论文的格式书写,强调对实验结果的分析和讨论,培养独立分析问题的能力。
6.严格教学管理
理论课的成绩由平时成绩(30%)和期末成绩组成(70%)。平时成绩包括:小考(15%)、课堂讨论(10%)和考勤(5%)。实验课成绩包括平时成绩(50%)、自主设计实验(40%)和实验考试(10%)。平时成绩细化到每次实验。自主设计实验包括实验设计、实验操作、小论文和实验汇报四部分组成。通过小论文的写作,还可锻炼学生论文写作的能力和查阅文献资料的能力。实验考试包括实验理论和实验操作两个部分。每个教学环节都严格要求。
新型案例教学设计
基于对微生物燃料电池多年的研究基础及对环境工程专业的认识,笔者总结了微生物燃料电池与以下课程的结合。
1.水质工程学教学
微生物燃料电池作为一种有应用前景的新技术,近年来得到广泛关注,也取得了进展。而微生物燃料电池可以作为案例,引入到水质工程学的教学中来。在讲授生物处理部分,可以引入微生物燃料电池这项新技术。首先需要向学生讲清楚微生物燃料处理废水的原理。在微生物燃料电池阳极室内,同时发生着厌氧生物处理、电化学氧化、生物氧化与生物混凝等多个过程,并逐一介绍此四个过程的原理特征。然后向学生介绍当前应用微生物燃料电池技术进行污染处理的研究状况。近年来,一系列富含生物可降解有机物的废水,在微生物燃料电池中逐渐被尝试用来产电,同时废水本身得到降解。在介绍完整体研究状况后,任课教师可以根据熟悉的特征废水,展开而深入地向学生展示。需要提及的是,氮污染控制是当下环境保护工作的重点,微生物燃料电池处理含氮废水是该技术在废水处理领域最重要的应用之一,也与中国地质大学(北京)以地下水污染防治为特色的环境工程教学特点密切相关。微生物燃料电池生物脱氮的研究最早开始于2004年,研究者发现当阴极电势控制在-500mV时,微生物能够直接以阴极作为电子供体将NO3-还原[7],这对微生物燃料电池处理含氮废水的实际应用具有十分重要的意义。同时也需要向学生说明,当前受制于材料成本,微生物燃料电池处理废水还只停留在实验室研究,还未真正应用。这样既向学生传授了生物水处理的相关知识,又激发学生进行深入了解研究的动力,培养了学生善于思考与联想的能力。在讲授水处理系统部分时,在讲解完生活污水传统的处理工艺的基础上,可以针对当下相对难以处理的工业废水,介绍基于微生物燃料电池的新型处理工艺。如笔者所在的课题组尝试用UASB-MFC-BAF的组合工艺处理糖蜜酒精废水[8],高效去除污染物的同时,并获得1410.2mW/m2的最大功率密度。其中,在UASB单元高效去除COD并进行硫酸盐还原,MFC单元氧化硫化物的同时产电,BAF单元去除色度并降解苯酚衍生物。与常规工艺的结合为MFC在污水处理方面的应用提供了新的思路,成为一种很有前途的处理方式。这除了向学生传递了水处理工艺的相关知识,也示范了工艺组合的特点与基本规律,培养了学生讲自己所学的水处理技术融会贯通,灵活运用的能力。
2.固体废物处理处置工程教学
堆肥处理是主要的资源化技术之一,在讲到堆肥部分时,可以介绍微生物燃料电池固体废物堆肥中的应用案例,即微生物燃料电池既可以处理废水,也可以处理固体废物,展示了该技术良好的发展前景。其在固体废物堆肥中,底物不需要频繁更换,而且有机质含量高,堆肥过程自身产热可提高温度,为堆肥过程中形成的高度复杂的微生物种群的富集和生长提供了更加稳定的外部环境,当前以厨余垃圾和园林肥料为原料的堆肥微生物燃料电池也已经有报道[9]。剩余污泥是城市污水处理厂运行中最为头疼的问题,在讲授城市污水处理厂剩余污泥处理处置部分时,可以着重介绍微生物燃料电池在剩余污泥资源化过程中的应用,微生物燃料电池可以将剩余污泥中的化学能转化为最清洁的电能,为污泥资源化提供了新的思路。具体包括直接利用剩余污泥与间接利用剩余污泥两方面,前者是直接以剩余污泥为燃料,在输出电能的同时,能达到良好的污泥减量效果;后者是分别以剩余污泥微波预处理上清液与剩余污泥发酵产生的挥发性脂肪酸作为燃料,可以有效地资源化利用剩余污泥,同时达到污泥减量的目的。将此类案例介绍给学生,既可以传授了固体废物资源化与处置的相关知识点,又可以激发学生的学习热情,提高教学质量,并且进一步培养了学生环境工程意识和环境工程研究的能力,进一步培养了学生分析和解决环境工程实际问题的能力。
3.环境学教学
环境学是环境类专业本科生的专业基础课程,旨在使学生正确理解和掌握与环境问题有关的基本概念、基本知识以及基本原理,以便为学习后续课程奠定必要的基础。而微生物燃料电池与其课程教学也有密切联系,可以成为增强教学效果的有力工具。污染物是环境工程的处理目标,而污染物指标是检验环境技术优劣的标准,在水体污染教学方面,五日生活需氧量(BOD5)的含义与测定是教学中的一项重要内容。常规BOD5测定主要采用呼吸法,该法测定较为复杂,而且耗时长,基于微生物燃料电池工作原理的BOD5传感器具有良好的应用前景,其电流或电压与污染物浓度呈现良好的线性关系,而且能够快速响应,并且测量范围较宽,结果具有良好的重复性,因此成为微生物燃料电池实际应用领域较为重要的直接应用方向。在利用微生物燃料电池类型的传感器测定BOD5时,以待测废水为阳极液,通过之前测定的电压与浓度对应关系,读取电压值,便可换算为BOD5的浓度。此测定方法发现电池转移电荷与BOD5之间呈明显的线性关系,相关系数达到0.99,标准偏差为3%~12%。而且微生物燃料电池类型的BOD5传感器响应快,恢复能力强,当污水浓度发生变化时,电流滞后1h即可达到稳定。而且微生物燃料电池型BOD5测定方法的另一突出优点是可连续运行,无需路外保养。通过介绍微生物燃料电池在测定BOD5中的应用,可以加深学生对BOD5的理解,传授了水体污染指标的概念,也培养了学生触类旁通、理论联系实际的能力。在环境学课程讲授中,会涉及全球的能源与环境问题,也会提到一些新型的清洁能源如氢能、核能等。此时可以介绍微生物燃料电池电助产氢的相关知识,这也是微生物燃料电池可能直接利用的主要形式。根据电化学理论,电解水的分解电压为1.6V,而在无氧气存在的条件下,在双室微生物燃料电池阴极施加一个远小于水的分解电压的小电压(一般小于0.8V),可以促进外电路转移至阴极的电子和阳极转移至阴极的质子结合而生成氢气,从而达到利用微生物燃料电池系统产生氢气的目的,该工艺产生的氢气纯度较高,并可以积累和储存以及运输,克服了以前微生物燃料电池输出功率低、无法直接应用的缺点,从而促进微生物燃料电池技术朝着实际应用又迈进了一步。这一方面可以吸引学生更深的了解微生物燃料电池技术,而且培养学生的研发兴趣与爱好,另一方面传授了氢能等清洁能源的相关知识,拓展了氢能的来源,启发了学生深入探究、勤于联想的能力,取得良好的教学效果。
课堂教学实践
在中国地质大学(北京),笔者主要参与环境工程专业基础课与专业课的教学。在实际教学中,将微生物燃料电池的研究心得与实际教学相结合,对教学起到很好的促进作用。如在环境专业基础课有机化学的教学中,在讲授烯烃部分时,讲到石墨烯作为微生物燃料电池阳极的优点,更多地利用了其比表面积大、易于微生物附着的特征,促进了微生物燃料电池的产电与污染物去除,使得学生对于石墨烯的应用有了更直观的认识,对教学起到了促进与拓展的作用,符合当下理论联系实际的教学思路。在环境专业主干课环境生态学的教学中,将水生生态系统部分引入微生物燃料电池的概念,介绍了产电微生物的工作原理及特性,并介绍了沉积物微生物燃料电池的工作原理及应用,这不仅向学生传递了水生生态系统中的环境微生物的类群与功能,以及污染物在水生生态系统中的迁移转化规律等知识点,而且可以使学生明晰微生物燃料电池的在其中所起的作用,形象地展示了微生物燃料电池参与污染迁移转化的过程,对于此部分知识的教学,起到很好的促进作用。讲到这些案例时,学生的学习热情都比较高涨,教学效果明显提升。可见微生物燃料电池确实是良好的教学载体,有助于提高环境工程教学的质量,笔者在后续教学中还需进一步完善提炼。