互動教學為核心的環境微生物實驗教學方法探索與實踐論文
摘要：環境微生物實驗是環境學領域的一門重要基礎課程。本文以傳統的實驗教學方式為基礎，提出了以“先立觀念，互動教學，科研教學”實驗教學模式為核心的實踐經驗，並從中獲得了一些啟發與體會。
關鍵詞：微生物 實驗 互動 研究
環境微生物學作為環境工程專業、環境科學專業的必修專業基礎課，是以普通微生物學為基礎，並在研究微生物學的一般規律的同時，更注重微生物與環境之間的相互作用規律的一門課程[1]。環境微生物是微觀的、肉眼看不見的，需要抽象思維，總體而言枯燥乏味。所學知識雖與專業相關，但學生尚未接觸科學研究，所學內容離日常生活較遠，學習目的性大打折扣，難以激發學生學習興趣。因此，與其他專業的微生物課程類似，在進行環境微生物學的理論教學的同時，配合一定課時量的實驗教學，以其調動學生對理論學習的興趣，提高對理論知識的認知能力。
另一方面，隨著環境微生物學的發展，例如無菌操作、培養基製備、消毒與滅菌、微生物的培養分離計數等微生物學中最基本的一些技術在環境汙染處理等生產研究領域中應用十分廣泛，對整個科學技術和社會經濟發展發揮著重大作用。因而，微生物實驗教學也是課程理論與實踐應用相結合的橋樑和紐帶，在學生專業技能培養中具有十分重要的作用。那麼，如何充分調配環境微生物學實驗的內容及授課方式，讓學生真正掌握所學知識，培養具備理論知識紮實、動手能力強且能將所學知識靈活運用創新能力的學生，一直是值得思考和努力的問題。本文根據環境微生物學實驗教學過程中存在的問題，提出了“先立觀念，互動教學，科研教學”為中心思想的教學方法，以其為進一步提高環境微生物學實驗教學效率提供系列應對策略。
1先立觀念
微生物實驗與物理化學實驗不同，其研究物件是形體微小、分佈廣泛、無處不在的細菌、病毒和真菌。尤其是在進行某種微生物的分離、純化及培養過程中，無菌操作技術是整個實驗的重點。尚未接觸微生物學實驗的學生不能深刻注意到與其它學科實驗的差異。其它學科實驗的操作是在開放的空氣中進行的，而微生物學實驗尤其是研究工作中，許多實驗操作是在相對隔離的環境中進行的，以保證不受環境中微生物的汙染。因此，在學生尚未養成不良實驗習慣之前，就必須讓其建立無菌操作的概念。筆者在第一次課堂上，就針對整個課程週期內的行為規範要求做一次詳細說明，培養學生規範的操作技術。讓學生理解什麼樣的操作是規範的`，什麼樣的操作會引起實驗的失敗。結果表明，缺少這部分內容的教育，在後面的實驗活動中，學生往往會不自覺養成一些不良習慣，無菌操作概念則相當薄弱。因此，我們強調先立觀念。大學的環境微生物學實驗是他們第一次接觸微生物，在最初階段就讓學生知道整個課程的基本規範，會讓他們受益匪淺。
2互動教學應貫穿整個實驗教學
常規的實驗教學，通常由理論教學和實驗教學兩部分組成。即，教師講解本次實驗的目的、原理、材料、操作步驟及注意事項，然後學生各自分組按操作步驟進行實驗。此處，教師的課前講解是學生進行實驗的前提與基礎，是學生是否能充分理解本次實驗流程的關鍵要素。因此，教師工作者十分關注如何能提高教師講解的效率以擴大學生的理解[2]。筆者發現，若將互動教學法引入到實驗課中，同樣十分有效，它是充分發揮教師和學生兩個主觀能動性的教學方法。那麼實驗課的互動教學法是以何形式出現的呢？筆者透過實踐，摸索出了“問答式”、“答問式”、“師生討論啟發式”、“實驗結果展現”、“多媒體教學”等多種形式，教師可以根據不同的教學內容，有選擇地加以使用。
(1)“問答式”與“答問式”。“問答式”即在講完實驗理論後由教師針對本次實驗的關鍵問題進行提問，然後由學生回答。如“細菌塗片製備與染色”實驗中，教師可以詢問學生革蘭氏染色的原理與步驟等。這不僅能促進學生理解的效率，還能讓教師從中瞭解學生的掌握程度，並可針對學生不懂之處解答；“答問式”則通常在“問答式”之後，即要求學生針對實驗提出若干個問題，由教師回答。眾所周知，在大多數情況下，中國學生往往會帶著疑問進行實驗操作，直至出現問題後才會找老師解答，或甚至不問。而這種情況對於實驗操作教學是十分不利的。因此，培養學生在實驗前把整個過程弄明白，不留疑問的進行後面的實驗，是教師們一直以來努力的目標。筆者發現，從第一次課程點名鼓勵提問，到後面幾次課的踴躍提問，寬鬆的互動問題環節還是比較受歡迎的。其中有很多問題是教師認為比較簡單的一些操作，所以先前並未講解透徹，而學生卻一知半解。當他們提問後教師解答，則能讓整個實驗的進行事半功倍。因此，讓學生習慣並喜歡“答問式”是一個循序漸進的過程，也是一個非常有利於教學效果的方法。 (2)“師生討論啟發式”分兩種形式，即口頭和書面形式。口頭形式通常在課內完成，即在學生在實驗期間，與老師的交流。如此，使學生學到較多實驗知識與技巧。並且，教師可在下課前集中講解實驗過程中出現的新現象、新問題，糾正學生常見的習慣性錯誤，培養學生良好的實驗操作習慣。書面形式，則是要求同學在完成課內的實驗操作後，實驗報告除了目的、原理、方法、結果和思考題外，還應有相應的分析和討論。以往，學生撰寫報告往往把實驗原理、材料、操作方法和實驗資料等簡單地羅列，未能對實驗中遇到的問題進行分析討論。為了使學生深刻理解和掌握實驗內容，探討成功的經驗和失敗的原因，提高分析問題、提出解決方案和實施解決方案的能力，筆者要求學生如實記錄操作步驟和實驗結果，尤其是鼓勵將操作步驟以圖示的方式表示出來，而非從資料上抄下來大段大段的文字。此外，鼓勵其將實驗中出現的各種結果進行分析討論，對於實驗取得與預期相符結果的，分析成功的關鍵和經驗。對於未取得預期結果的，分析導致實驗失敗的原因。對於學生提交的實驗報告，教師在批閱過程中逐一點評。筆者在評閱實驗報告時常遇到以下內容：“本次實驗失敗了，主要原因可能是培養基製備時瓊脂濃度過低”；“這次實驗我們成功分離到了纖維素降解菌”。這讓教師及時瞭解學生對課程的意見與想法，能促進今後課程開展的及時改進。
(3)“結果展現式”應用的典型例子就是在“顯微鏡的使用與細菌形態觀察”這一實驗。這個實驗最主要的目的就是讓學生透過顯微鏡的觀察，對各種微生物細胞的基本形態特徵有一個直接的感性認識。筆者所在教學實驗室建立了一個互動實驗室平臺，即教師顯微鏡下的視野能直接投影到大螢幕讓全體學生看到，每組學生用的顯微鏡視野也能切換到大螢幕上去。如此一來，所有同學都能看到老師做的微生物裝片情況，各組之間的情況大家也一目瞭然。在觀察微生物的形態、大小時，學生對看到顯微鏡下的物體常有誤認。實驗中，常常有學生把雜質當作了細菌細胞，需經過老師的指點才能看到了真正的細菌細胞。在互動教室中教師可以在大螢幕上對每一個成像進行分析辨認，從而輕鬆讓每一個學生看到各個小組製作的真實菌體。另外，同學與同學之間也會就實驗現象差異進行討論，交流成功或失敗的經驗。筆者曾對學生做了調查，90%以上同學都十分認可將自己的實驗成果與全班分享。
(4)隨著科學的發展，理論部分的教學已離不開多媒體教學，但實驗教學大多數仍保持著固有形式，如板書等。為了能在有限的課時內準確生動地將最基本的操作技術介紹給學生，提高實驗課程的教學水平，我們在將多媒體技術應用到微生物學實驗課程教學方面進行了一些有益的嘗試，受到了學生的普遍歡迎。即每次課程均會播放一段教學影片，如“培養基的配製與分裝”、“玻璃器皿的包紮”、“細菌的接種”、“革蘭氏染色”等。透過生動形象的教學示範，可以讓學生更為形象的瞭解微生物操作技術的細節要求，培養出微生物操作技術更為紮實的學生。或者在“汙水中常見微生物觀察”實驗中，讓學生觀察後拍攝照片影片錄影，並對影響資料進行標註，如新增標尺、調節曝光時間等，透過提高學生的興趣來增強他們對知識點的記憶。因此，充分利用多媒體的有利條件，將實驗課程教學建立在現代教育技術的平臺上應逐漸成為當前形式下高等教育改革和發展的目標[3]。
3實驗教學與科研教學的關係
3.1驗證性與研究性教學的有機結合
微生物實驗課的開設大多是根據理論教學的進度，設定相對應的實驗。實驗專案來自實驗指導書，書中從實驗目的、原理、器材、步驟及注意事項等內容都作了全面而具體的說明，所做實驗基本上都是驗證性的，學生只需照做，最後完成實驗報告即可。整個過程缺少了能讓學生好好動腦思考的環節。雖然，實驗專案的選擇都是從眾多實驗中篩選出來的具有實際應用價值，但大多是相對孤立的，學生會搞不清實驗一和實驗二之間有沒有關係，有沒有學的必要。如果，教師將其中一部分驗證性實驗專案進行科學合理的串聯，使學生掌握基本操作技術後，適當安排一些研究性的實驗專案。將實驗專案告知學生，要求學生參考實驗指導書和相關的期刊，分組寫出試驗設計，進行研究性學習。教師對各個小組進行具體指導，包括實驗步驟、實驗所需器材的準備等。同時，鼓勵各小組選擇不同的實驗專案，觀察結果時互相交流討論。如“汙水中大腸菌群的測定”這一實驗中，可告訴學生採用中華人民共和國國家標準GB/T5750.12-2006中的多管發酵法，由學生自行去網路資源中查詢具體的資料，製作實驗方案，由教師稽核後開展實驗。
3.2研究性與開放性教學的循序漸進
雖然，上述研究性實驗專案能培養學生的獨立思考及設計能力，但是以培養高素質的創新人才而言仍然是不夠的。因此，還可開設一些開放性實驗課程，即3～4個學生組成的專案小組選擇某位專業指導老師，開展一個結果未知的研究專案，實現實驗教學與科研的真正結合[4]。如“化工廢水中某降解菌株的篩選分離”、“水體藻類對某化合汙染物的響應研究”等。課題組獨立完成實驗方案實施的全過程，指導教師隨時對實驗過程中的技術重點、難點進行指導和把關。教師除平時進行指導外，還定期組織學生進行學術交流。透過學術交流便於指導教師詳細掌握各組的實驗進度、存在問題等，並指出努力方向。實驗結束時，每名學生寫出正式規格的實驗研究，由指導老師進行評定並備案。
總之，以培養學生創新精神和實踐能力為重點的素質教育正在普遍實施，我們針對環境微生物實驗教學進行的一些“互動”改革，仍是初步探索，期望能對進一步推動實驗教學改革的程序提供一些新的思路。
參考文獻
[1]李靖,周玉林,關傑.環境微生物學教學改革的探索與實踐[J].微生物學通報,2009,36(11):1766～1771.
[2]祝偉,何冬蘭.淺談微生物學實驗教學改革[J].安徽農學通報,2010,16(5):180～182.
[3]張雪輝.微生物學實驗教學模式改革成效研究[J].安徽農業科學,2010,38(6):3271～3272.
[4]馬紅梅.以學生為本的微生物學實驗教學改革探析[J].生物學雜誌,2010,27(1):102～104.