医学微生物学设计性实验教学改革的探索

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摘 要 设计性实验是指学生自行设计实验方案，在教师指导下加以实施的一种实验教学模式。它能充分调动学生的积极性、主动性和创造性，极大地提高学生发现、分析并解决问题的能力。为此，我们以近些年新发生的新型传染性疾病相关病原微生物作为研究对象，将其关键分子的原核表达实验引入医学微生物学实验课的设计性实验教学中，通过阐述实验的组织、实施、教学成果及存在的问题，探讨适用于该课程设计性实验的教学方法和教学组织形式。

关键词 医学微生物学 教学 实验课 设计性实验

中图分类号：G424 文献标识码：A

实验课可以进一步加深学生对理论课的知识的理解和记忆，也是提升学生观察能力、操作能力、思维能力、运用能力等智力因素的一个重要途径，也是培养学生创新能力和创新精神的一个重要手段。①因此，实验教学在知识、能力、素质的培养方面具有其它教学方式不可取代的重要地位和作用。然而，目前包括我校在内的大部分高校的医学微生物学实验教学大多为验证性实验，其基本模式是教师为学生准备好所有的实验材料，并按照预先制定好的实验程序安排学生机械地完成规定的实验内容。②这严重制约了学生的主动性和积极性，不利于学生创新能力和独立工作能力的培养，不利于学生个性的发展。因此，迫切需要在实验教学中引入能启发学生创造力的设计性综合实验。

设计性实验是指由学生自行设计实验方案，并在教师指导下加以实施的一种实验课教学模式。它将学生在已有的理论知识基础上，进一步有目的地获取新的知识，可调动学生的学习积极性、主动性，最终提高学生发现分析和解决问题的能力。③为提高实验课的教学质量，《普通高等学校本科教学工作水平评估方案（试行）》中明确了设计性实验的重要性和在整个课程中所占的比例。④本文分析本教研室今年来采用的设计性实验教学的实践活动，探讨了微生物设计性实验的教学模式、教学方法和教学组织形式。

1 本文的设计性实验教学的思想

近年来，在世界范围内发生了一些新型传染性疾病，如禽流感和猪流感病毒导致的人的感染、NDM-1超级耐药细菌的感染等，引发高度关注。为了激发学生的学习兴趣，我们将相关病原微生物的关键分子，如流感病毒血凝素和NDM-1金属- -内酰胺酶等的原核表达引入实验课中，并开展设计性实验教学研究探索。在学生完成基础实验的前提下，我们指导学生设计实验，表达上述关键分子；最后指导学生撰写论文，并模仿研究生答辩的方式进行总结汇报。我们希望在实验中引入受到广泛关注的新型病原微生物，并且采用临床医学生向往的分子生物学技术，以激发学生对医学微生物学的学习兴趣，提高学生的科研能力。在这一过程中，我们也尝试建立一套适合于培养我校临床医学专业的医学微生物学和实验课的教学体系。

2 设计性实验教学的实施方案

2.1 实验前的准备

我校的医学本科生课程中，生物化学、分子生物学和医学微生物学分别依次在第三个连续的学期开课。因此，在生物化学开课的学期，我们从32个实验班中选取所有课程总平均成绩相差在5分以内的6个班，随机将这6个班分成两组，每组三个班。其中一组为实验组，采用上述实验教学方法，另一组采用常规教学方法。通过年级的学习部向实验组学生发放相关资料，让学生初步了解实验课教学改革的思想，并建议学生在完成正常的课程学习后，重点学习分子生物学相关技术原理，如PCR及DNA琼脂糖凝胶电泳、质粒提取、DNA酶切及连接、感受态细胞制备、蛋白诱导表达、SDS-PAGE等，为下学期实验课中所需的分子生物学知识扎实的基础。

在开课前四周，利用课余时间，进一步向学生讲授上述技术原理，操作步骤及注意事项。并采用闭卷考的形式，检查学生对相关知识的掌握情况。最后，教师亲自操作，向学生演示上述实验技术的操作要领。

2.2 设计实验方案

在设计性实验开始的前8周里，我们规定学生在两周内，以《分子克隆实验指南》（第三版）为主要参考书目，并在CNKI或highwire等数据库中查阅一定量的文献，然后采用小组讨论的方式，完成具体实验方案的制定。然后由指导教师对实验方案提出修改意见，进行修改，在第8周末确定最终实验方案。

2.3 实验操作

从第9周开始，学生根据自己设计的实验方案，利用课余时间进入实验室开展实验。在此后的四周时间里，实验室全天对学生开放，为学生配备所需的实验材料、试剂、培养基和仪器等。在学生实验期间，安排教师全时段值班并陪同学生实验，解决学生在实验过程中遇到的问题，并确保实验室安全，以防出现事故。学生在实验过程中做实验记录，写实验报告。

2.4 实验论文的撰写及实验汇报

在实验前和实验中，分多次系统地向学生讲解论文写作的相关知识，首先讲解论文写作的意义、一般要求，然后用举例的方式，重点讲解摘要、前言、材料和方法、结果和讨论的格式和具体要求。在实验完成后，指导每个小组的学生完成论文写作，并帮助学生修改论文，在反复修改后，以小班为单位，要求各组将自己的论文以PPT报告的形式，按照研究生毕业答辩的要求进行交流，并择优在全班范围内进行交流。

3 教学方法的成果分析及问题总结

在多年的教学实践中，我们发现，虽然每个实验班在实验的过程中会遇到一些问题，但是经过四～五周的实验，每个实验小组最终都能完成实验方案的全部内容，并能独立完成论文写作和实验总结报告。通过认真分析学生的学术论文和总结汇报，并且最后比较实验班和非实验班的医学微生物学这门课程的期末考试成绩，我们认为，本教研室采用的设计性、创新实验取得了满意的效果，完全达到预期的目的。这种教学模式的成果主要表现在以下几个方面：

3.1 设计实验课对医学微生物学学习的促进作用

我们采用的是综合性实验，实验过程中需要用到多种分子生物学和基本的微生物学技术和操作，通过系统的训练，学生的实验操作能力明显得到提升。从实验考核（表1）来看（以2010级本科生为例），实验班高分段（>90分和80分～90分）人数和平均成绩明显高于非实验班。这表明与传统的实验教学模式相比，新实验教学模式在培养和提高学生的动手能力方面有较大的优势。在学生准备及实验过程中，针对实验方案所涉及的领域查阅一些相关资料，对相关病原微生物学的基本特性、致病机制等方面的内容有了进一步的熟悉和理解，从而丰富了微生物学知识体系。因此，值得一提的是，在实验班的期末考试的成绩（表2）也显著高于非实验班（以2010级本科生为例），这表明设计实验可以提高学生对医学微生物学课程学习的兴趣，增强了学生对微生物学知识的学习、理解和记忆的能力。

3.2 学生的科研能力得到提高

3.2.1 文献调研、论文写作能力得到了提高

由于在实验方案的准备及论文写作的过程中需要参考资料，每个实验小组都在网络数据库查阅了相关的文献，并查阅了相关的图书资料，因此，学生查阅文献的能力在这一过程中得到了有效的锻炼和提高。由于要求学生按照公开发表的学术论文的格式进行论文写作，而在这一过程中，学生必须认真总结自己的实验过程和实验数据，并对实验数据进行适当的分析和讨论，而且在论文写作过程中，需要反复按照老师的意见和建议进行修改，因此，在这一过程中不仅有效锻炼了学生的文字功夫，还使他们系统分析问题的能力得到了较大的提高。最后由于我们要求每个实验小组安排一名同学进行实验总结报告，在这一过程中，学生需要自己组织PPT多媒体文件，并进行汇报。

3.2.2 科研思维和实验技能得到了有效的训练

本实验需要用到较多的分子生物学技术，此外，还需要用到培养基配制、细菌分离培养及鉴定（蛋白表达宿主菌）、无菌操作技术、感受态细胞制备及发酵技术等微生物学技术。在开展实验前，学生必须首先理解相关的技术原理，然后将实验所需的多项实验技术组成一个有序、连贯的有机整体。这一过程的深度和广度是传统实验课的内容无法达到的。在规定内容实验课上，学生每次学到的是一项或几项实验技术，而在自主设计实验过程中，学生自主地组合并综合应用这些技术。在实验过程中，学生组成团队分工合作，密切配合，共同完成了实验，这培养了他们的团结合作精神。学生往往需要要进行1～2次的复复实践才能掌握这些技术，尤其是当出现问题时，实验重复的次数会增加。学生在老师的指点下，分析并解决问题，不仅掌握了技术本身，而且学会了分析并解决问题的科研思维能力。

3.3 教师的素质获得提高

首先，我们所采用的自主设计实验难度接近科研课题，教师必须具备较强的科研能力才能顺利完成该实验，因此对施教老师的素质和能力也提出了更高的要求。其次，教师需要自己开展预实验，并向学生讲述实验技术的原理、示范相关操作要领；再次，在制定实验方案的过程中，教师要在查阅相关文献资料的基础上，才能发现学生拟定的实验方案中存在的问题，这对促进教师的教学起到了积极作用。教师在于学生交流的过程中，自身的科研水平也得到了提高，更有利于实验教学工作，从而达到以教促学，以学促教，教学相长，共同发展的良性循环。

4 存在的问题及对策

为了完成自主设计实验，本教研室的教师付出了比传统教学实验更多的时间和精力，做出了更多的牺牲。首先，需要我们在上学期就要开始为该学期的实验设计进行提前宣传，做好准备。在自主设计实验的过程中，教师要利用业余时间为学生讲解相关病原微生物的各种知识、各个实验技术的原理和操作注意事项。在指导学生修改实验方案的过程中，需要对学生的实验方案进行修改。在实验过程中，即使是在晚上和周末，只要学生做实验，教师就要全时段值班，指导实验。因此，教师需要花大量的时间。这就要求我们的教师必须有无私奉献的精神，要对工作负责，从工作的角度出发，不计较个人得失。

5 总结

与传统的验证性实验相比，我们所采用的设计性实验首先通过具有轰动效应的病原微生物激发学生的实验兴趣和热情。其次，我们的设计性实验使学生由被动学习转变为主动学习，由“授之以鱼”转变成“授之以渔”。这种实验课的教学模式首先直接提高了医学微生物学的实验技能，并间接增强了医学微生物学的学习效果。它在培养学生解决问题能力和创新能力方面的作用远远超过传统的验证性实验。在完成自主设计实验的过程中，学生对科研工作有了初步的认识，对查阅资料、设计方案、开展实验、进行报告和总结等方面进行了初步尝试，积累了一定的经验，这为今后继续学习，积累了一定经验，奠定了基础。虽然我们在医学微生物学实验教学中进行了上述的尝试，也取得了一定的成绩，但是当然还存在一定的问题，这需要我们坚持在教学改革的道路上继续探索。

注释

① 陈琼华，钱黎明.微生物学实验教学改革中培养学生创新能力的探索.中山大学学报论丛[J].2006.26（6）：22-26.

② 易力，汪洋，陈万光等.推进微生物学实验教学改革培养学生的综合能力[J].实验室科学，2010.13（1）：10-11.

③ 王秋华，鲁秀国，吴彩斌，等.开展“环境微生物学”课外实践小组的探索[J].实验室研究与探索，2010.29（2）：99-102.

④ 周宜君，韦善君，高飞，等.设计性实验和学生综合素质培养的有效对接[J].实验室科学，2011.14（2）：1-4.