微生物学创新实验教学的探索与实践
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作者:刘京华 李正鹏
摘要：为了进一步提高大学生的实践能力和创新意识，我们将创新实验教学引入到微生物学教学过程中。在文章中，分别对微生物学开设创新实验的必要性、课程内容的设计和考核评价方法进行了阐述。结果表明，通过在实践教学中学生的学习兴趣和热情取得了显著提高。另外，我们还对创新能力培养的重要性进行了评价。
关键词：微生物学;创新实验;探索与实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）12-0226-02
随着互联网技术、电子商务、人工智能等技术的飞速发展，现代社会经济形式和产业结构也出现了巨大的变革，对创新性的应用型人才需求更加迫切[1]。实践教学是高等院校特别是应用型高水平大学培养复合型、创新型人才的一个重要手段，对大学生知识结构的优化、创新思维的培养、实验技能的提高、团队合作意识的强化具有重要的推动作用[2]。创新创业教育是高等教育中将课堂理论和实践教学有效结合起来的切入点，对深化高校人才培养模式以及促进高校毕业生更高层次的学术深造、创业和就业具有很好的推动作用。本文中，笔者结合自己从事微生物学的教学实践，以培养学生的自主创新能力为目标，对微生物创新实验教学的内容进行了调整并探讨了其效果。
一、微生物学开设创新实验的必要性
微生物学是以微生物作为研究对象来探究其分类、结构、形态、生理、遗传变异等生命活动规律的学科，同时也是一门在资源的开发利用、食品酿造、环境检测和治理等领域具有很强的应用性和实践性的学科。微生物学实验是微生物教学过程中不可分割的一部分，是促进高校学生理论联系实际、提高专业素养的重要途径。经过近百年的学科发展和完善，微生物学实验已经逐步形成了显微镜操作技术、灭菌方法、纯培养技术、生理生化鉴定、代谢组学分析等不同的基础实验环节。然而随着现代社会和科技的发展，微生物的应用研究范围也变得更加深入和广泛，比如在环境治理、作物病虫害防治、微生物肥料等领域都具有广阔的应用前景。如何加强学生对现代微生物学的认识，从单细胞、细胞器水平上研究微生物的细胞结构、生理代谢、遗传变异和分类进化等生命活动基本规律，特别是应用现代分析检测技术解决微生物研究领域的关键科学问题，成为当前微生物学实验教学的首要任务。
然而，传统的实验教学大多采用教师主导的教学模式，即教师设计实验、安排实验内容和步骤、准备实验试剂和仪器、演示实验过程、指导学生完成实验、完成实验报告。这样的实验教学模式不利于培养学生的主动思考和创新能力，并且有些实验内容过于陈旧与现实生产脱节[3]。因此，有必要对实验课教学内容改革和充实，利用现代光谱检测技术、电镜等分析技术并通过亲自动手实验进一步全面提高学生对现代微生物学的认识和理解。这样既符合当前微生物研究的发展趋势，又能够锻炼和提高学生的创新创业实践能力。
二、微生物学创新实验的设计
合理的实验教学设计是实施微生物学创新实验项目的关键。实验内容设计的原则既要有一定的理论意义和现实应用价值，又要符合不同专业学生的实际情况，这样才能保证创新实验项目的顺利开展。比如，学生的专业知识积累、所掌握的实验操作技能、教学单位现有的仪器资源配置等都是需要考虑的因素[4]。
1.完善实验教学内容体系。目前多数高校开设的微生物学实验课包括培养基的配制与灭菌、土壤微生物的分离和纯化、显微镜的使用、细菌的革兰氏染色、微生物的计数和大小测定等内容[5]，这些实验是常规微生物实验教学的基本操作技术，通过单个实验的操作和学习能够促使学生熟悉和掌握无菌操作、显微镜使用、血球板计数等方法。但随着当前检测分析技术的飞速发展及其在生物学领域的逐步应用，需要学生更好地掌握现代微生物的研究方法和手段，能够快速和准确地解决实际生产生活中遇到的各类微生物学方面的问题，实验内容方案应该进行适当的调整和完善：（1）基本技能部分增加菌种的保存和活化并与微生物的分离纯化相整合，做到相关实验之间的时序性和连贯性;（2）微生物鉴定中的生理生化检测部分增加作物病原微生物致病机理的分析，紧扣当前的社会发展形式的需要;（3）现代检测分析技术方面开设红外光谱、扫描电镜、高效液相色谱的操作和使用，符合当前的发展趋势;（4）綜合实验部分开设微生物肥料、微生物吸附剂、微生物天然产物合成等创新实验供学生进行选修。
2.改革传统教学模式，突出学生的主体地位。改变实验教学中老师列出实验方案、学生按照步骤进行的单向教学模式：（1）指导学生课前预习，熟悉实验环节，了解实验目的、原理和步骤。（2）增加实验过程中师生互动，教师积极引导学生对实验细节的观察、提出疑问并对实验结果进行总结，提高学生的观察、分析和思考能力;（3）与每年的大学生创新创业训练计划相结合，学以致用，鼓励学生积极开展微生物环境治理、病虫害防治、生物肥料等方面的探索性研究。
3.将科研与教学相结合，丰富微生物实验教学的内容。科研是人才培养的源泉，教学是育人的主要形式。将教学与科研两者有机结合，以科研促进教学和以教学转化科研，从而对学生起到提高学习兴趣和增强科学认知的作用。近几年来笔者在微生物实验教学改革过程中，结合微生物学与创新实践开展了以下相关课题研究：（1）西瓜枯萎病病菌的分离纯化培养及防治研究;（2）高效吸附废水活性染料螺旋藻种质的筛选及其作用机理的研究;（3）不同种质酵母菌吸附去除污水中孔雀石绿的性能的比较分析;（4）高产苯乳酸乳杆菌的菌种选育及其在农产品防腐保鲜的应用;（5）基于红外光谱技术对微藻的种质鉴定和类胡萝卜素积累机制的研究。通过相关课题研究，使学生熟悉并掌握了菌种鉴定、分离纯化、抑菌防腐等微生物常用操作技术并加深了学生对微生物在植物病虫害防治、环境治理、果蔬防腐保鲜、天然产物开发利用等不同领域应用的认识。
三、微生物学创新实验成绩的考核评价方法 考核评价是一种最能够直接反映学生的学习效果和检验教师的教学质量的有效手段，在实践教学中科学合理的评价体系不仅能够提高学生的实验操作技能，还可以有助于提升学生独立分析解决问题的能力[6]。而传统的实验教学主要以考勤和实验报告作为成绩考核的主要依据，无法真实有效地评估学生的综合实验能力。因此，在原有考核方式的基础上我们重新分配了考核的权重并增加了部分考核环节。将实验成绩分为平时成绩（20%）+基础实验成绩（25%）+综合实验成绩（20%）+创新实验成绩（35%）四个部分组成。其中平时成绩包括考勤、试剂耗材用完后的归位和团队协作能力;基础实验包括培养基的配制与灭菌、微生物的分离纯化、细菌的染色等常规实验，主要考核学生对基本实验技能的掌握和熟练程度;综合实验包括微生物的生理生化鉴定、水样中菌群的测定，主要考核学生综合运用实验技能分析解决问题的能力;创新实验包括材料的选取、文献的调研、实验方案的设计、数据的整理和分析、研究报告的撰写，主要考核学生的独立思考、科学探究和自主创新的能力。
四、结束语
微生物学创新实验教学项目的实施，进一步优化和丰富了我校实践教学的模式，是对微生物实验教学的有益尝试和探索。通过近几年努力，生物学专业学生在生物竞赛、课外学术作品竞赛等各类竞赛项目上取得了优异成绩，有效地培养和提高了学生的学习能力、实践能力和创新能力。
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