PBL教學(xué)模式在藥學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用

儲衛(wèi)華，朱 衛(wèi)

(1.中國藥科大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京 210009；2.中國藥科大學(xué) 國家級生物制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，南京 210009)

微生物學(xué)是藥學(xué)各專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。微生物與藥學(xué)有著密切的聯(lián)系，一方面微生物作為藥物的主要來源，其在新抗生素、生物酶、氨基酸等的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)、生物工程制藥的發(fā)酵以及藥物的質(zhì)量控制中有著重要作用；另一方面，微生物學(xué)具有高度理論化、技能化以及多學(xué)科交叉等特點(diǎn)。這門課程也為微生物制藥、生物工程制藥、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等課程的學(xué)習(xí)提供了相關(guān)的知識和技能基礎(chǔ)。因此，微生物學(xué)課程在藥學(xué)各專業(yè)的學(xué)習(xí)過程中具有重要的地位[1-3]。微生物學(xué)作為藥學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果的好壞直接關(guān)系到藥學(xué)各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，所以微生物學(xué)的教學(xué)實(shí)踐與改革受到了學(xué)校的重視。傳統(tǒng)的藥學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)相對獨(dú)立、連貫性不強(qiáng)，學(xué)生缺乏從整體上把握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技能；另一方面“卓越工程師”班(藥劑學(xué)、制藥工程專業(yè))是培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力，適應(yīng)制藥行業(yè)發(fā)展需要的拔尖創(chuàng)新人才，因此我?！白吭焦こ處煛卑鄬W(xué)生在第三學(xué)年的下學(xué)期5月1日后會(huì)到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行為期3個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐，而微生物學(xué)課程就是開設(shè)在該學(xué)期，因此實(shí)驗(yàn)課面臨著時(shí)間短、任務(wù)重，如果按照傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)開設(shè)，很難完成教學(xué)任務(wù)。鑒于此，參考國內(nèi)外的相關(guān)研究[4-12]，在“卓越工程師”班(藥劑學(xué)、制藥工程專業(yè))進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)改革與實(shí)踐，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)方法(project-based learning, PBL)，建立了一套將微生物基本技能訓(xùn)練與科研項(xiàng)目相結(jié)合的藥學(xué)專業(yè)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)新模式。經(jīng)過不斷探索和總結(jié)，所開設(shè)的項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容成熟、條件具備，形成一套能完成體系化訓(xùn)練學(xué)生藥學(xué)微生物技能的教學(xué)體系，激發(fā)學(xué)生參與科研興趣，達(dá)到教學(xué)效果。對我校PBL教學(xué)模式在藥學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與應(yīng)用方面進(jìn)行總結(jié)，以期為相關(guān)院校藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供借鑒。

1 項(xiàng)目式教學(xué)法微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

1.1 教學(xué)內(nèi)容整合

藥學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括：微生物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和藥學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)大都是操作性和驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，主要包括：顯微鏡的使用，微生物形態(tài)學(xué)觀察及染色、計(jì)數(shù)，培養(yǎng)基配制，消毒滅菌的方法，藥物的體外抑菌試驗(yàn)，抗生素效價(jià)測定等，雖然內(nèi)容充足，但連貫性差，很難從整體上把握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技能技巧的概念及認(rèn)識，不能滿足學(xué)生的求知欲望。因此開設(shè)項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)，有助于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，開拓學(xué)生創(chuàng)新能力。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的連貫性，設(shè)計(jì)“產(chǎn)抗菌物質(zhì)芽孢菌的分離鑒定及抗菌活性測定”項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)，通過這個(gè)完整的項(xiàng)目，將藥學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)從培養(yǎng)基配制、微生物分離鑒定、細(xì)菌計(jì)數(shù)及誘變以及抗菌活性測定等實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合在一起，以便學(xué)生能夠掌握傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中不同實(shí)驗(yàn)的知識和技能。本項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)共設(shè)置了如表1所示的4個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)了培養(yǎng)基配置，從自然樣品中分離細(xì)菌、菌株純化、細(xì)菌染色、顯微鏡使用、細(xì)菌鑒定、菌株保藏和藥物的體外抑菌試驗(yàn)等，達(dá)到掌握實(shí)驗(yàn)技能的目的。

表1 項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)組成及需掌握的知識點(diǎn)和技能

1.2 教學(xué)模式改革

采取在開課前將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及目標(biāo)發(fā)布到e-class教學(xué)平臺上，讓學(xué)生了解有哪些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并預(yù)習(xí)相關(guān)知識，學(xué)生通過教學(xué)平臺預(yù)先了解各個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、任務(wù)及知識點(diǎn)以及該實(shí)驗(yàn)所涉及的儀器設(shè)備，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，找出該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)學(xué)生不同興趣愛好形成不同的小組(建議8人一組)，以小組形式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最后經(jīng)全班討論形成統(tǒng)一方案。在實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施過程中，教師主要起引導(dǎo)和答疑作用，實(shí)驗(yàn)完全由學(xué)生自己準(zhǔn)備，完成小組討論設(shè)計(jì)的內(nèi)容，并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)記錄下來，同時(shí)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析并總結(jié)。本課程總學(xué)時(shí)34學(xué)時(shí)，鑒于“卓越工程師”班該學(xué)期的特殊性，整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程為3個(gè)月，正常班級建議實(shí)驗(yàn)周期為完整的一學(xué)期。

項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，其涵蓋知識面較廣，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及知識點(diǎn)多，需要更長時(shí)間才能完成。僅不同培養(yǎng)條件和培養(yǎng)基組分對抗菌活性的影響實(shí)驗(yàn)就包括菌種的培養(yǎng)、不同營養(yǎng)物質(zhì)、不同溫度、不同轉(zhuǎn)速對抗菌物質(zhì)產(chǎn)量的影響以及抗菌物質(zhì)體外抑菌實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。充足的時(shí)間是該項(xiàng)目得以開展的重要保證，為此，中國藥科大學(xué)生物制藥教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心專門設(shè)立了開放實(shí)驗(yàn)室，參與項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)生根據(jù)自身課程情況，相互協(xié)調(diào)，充分利用課余時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度靈活安排實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室制定了一系列相關(guān)制度，確保實(shí)驗(yàn)室安全及實(shí)驗(yàn)的正常運(yùn)行，如每個(gè)實(shí)驗(yàn)指定專人負(fù)責(zé)、制定實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備使用登記制度以及實(shí)驗(yàn)室安全衛(wèi)生負(fù)責(zé)制等，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要保證實(shí)驗(yàn)室的整潔，確保開放實(shí)驗(yàn)室制度能夠順利運(yùn)行。

1.3 項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的開展及課程考核方式

學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索與研讀、進(jìn)行小組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，包括所需藥品、實(shí)驗(yàn)器材以及詳細(xì)的操作步驟，之后與項(xiàng)目負(fù)責(zé)老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案可行性的探討，確定實(shí)驗(yàn)方案后，學(xué)生則嚴(yán)格按所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃開展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生前期未接觸過微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，為保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，學(xué)生除通過在線課程觀看相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作視頻，了解微生物相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能之外，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，帶課老師對實(shí)驗(yàn)過程中有可能遇到的實(shí)驗(yàn)方法和技能進(jìn)行詳細(xì)講解與示教。在實(shí)驗(yàn)過程中以小組(建議8人一組)為單位分工合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，組內(nèi)分工合作如(對樣品的稀釋，全組共用一套即可)；組間合作如(培養(yǎng)基條件優(yōu)化，每組進(jìn)行不同的影響因素測定)。而基本技能如分離純化、細(xì)菌染色是人人參與。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果在科研記錄本上進(jìn)行詳細(xì)記錄，對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)與相關(guān)教師進(jìn)行討論，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，將問題盡快解決。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生需對所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分析，最后按照校報(bào)論文的格式將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成文，并做好PPT進(jìn)行匯報(bào)。

項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的考核采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告、操作考核和書面考試相結(jié)合的方式。實(shí)驗(yàn)報(bào)告占70%，操作部分占20%,書面考試占10%。實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比包括過程性考核(如是否有遲到早退現(xiàn)象、是否積極參與到實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)做完是否整理實(shí)驗(yàn)臺等)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告按照學(xué)校學(xué)報(bào)論文格式進(jìn)行撰寫，而不是簡單的對每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄；操作部分主要是考察學(xué)生最基本的一些微生物操作技能，是否有無菌概念、顯微鏡如何使用、細(xì)菌染色、培養(yǎng)基配制和細(xì)菌接種等，學(xué)生隨機(jī)抽取考察內(nèi)容進(jìn)行操作考核；書面考試部分主要是考察學(xué)生通過參與該項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)后，能否結(jié)合所學(xué)知識，針對相關(guān)知識點(diǎn)，進(jìn)行一些簡單的微生物學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2 項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

2.1 提升微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量

開設(shè)該項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)過程中去，他們能經(jīng)常接觸到微生物基本實(shí)驗(yàn)，能夠很好地掌握相關(guān)基本技能，100%的學(xué)生掌握了顯微鏡的使用、細(xì)菌染色、培養(yǎng)基配制和細(xì)菌的分離培養(yǎng)等微生物基本技能，同時(shí)還掌握了藥學(xué)微生物的知識，如藥物的體外抗菌實(shí)驗(yàn)等；實(shí)驗(yàn)書面筆試主要是考核實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)模式下正確率一般在40%，經(jīng)過項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)以后，正確率提高到96.7%。

2.2 藥學(xué)專業(yè)文獻(xiàn)檢索、資料閱讀分析

本項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是帶有科研性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，完全是學(xué)生自主進(jìn)行。學(xué)生需查閱大量文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和計(jì)劃、自主實(shí)施實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。參與的學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容首先通過查閱數(shù)據(jù)庫，如中國期刊網(wǎng)、Elsevier、Springer Link、Web of Science等數(shù)據(jù)庫，找出相關(guān)的文獻(xiàn)，再進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀和比較，在這個(gè)過程中提高了學(xué)生文獻(xiàn)查閱、總結(jié)和歸納的能力。閱讀相關(guān)文獻(xiàn)后，小組討論，設(shè)計(jì)并提出實(shí)驗(yàn)方案，與項(xiàng)目負(fù)責(zé)教師探討項(xiàng)目的可行性，最終確定實(shí)驗(yàn)方案，這一過程培養(yǎng)了學(xué)生文獻(xiàn)閱讀與科研設(shè)計(jì)能力。

2.3 提高學(xué)生參與科研的興趣

該項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)不是簡單的將幾個(gè)微生物學(xué)基本技能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，它是一個(gè)連續(xù)性的科研型實(shí)驗(yàn)，綜合多個(gè)知識點(diǎn)，并涉及多種儀器的使用，這就要求學(xué)生多動(dòng)手，學(xué)會(huì)儀器的使用；還有一些實(shí)驗(yàn)原理，如紫外誘變或者紫外殺菌原理，為什么紫外線對芽孢菌沒有作用，讓學(xué)生了解紫外線只作用于進(jìn)行DNA復(fù)制的營養(yǎng)體，使得細(xì)菌染色體的胸腺嘧啶形成二聚體，阻斷細(xì)菌繁殖，而不能作用于芽孢這種細(xì)菌休眠體；PCR對基因擴(kuò)增的原理，要求學(xué)生查閱資料展開思考才能獲得結(jié)果，并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。學(xué)生在這一過程中，主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，其對知識點(diǎn)的掌握相對傳統(tǒng)教學(xué)的機(jī)械式灌輸要牢固。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生參與科研的熱情。根據(jù)學(xué)校教務(wù)處反饋，開設(shè)項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的班級的學(xué)生參加開放性實(shí)驗(yàn)的比例由原來的20%左右提升到86%，參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的比例明顯增加，近3年該專業(yè)學(xué)生參與國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目6項(xiàng)，省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目12項(xiàng)，校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目16項(xiàng)；指導(dǎo)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目獲得“第二屆全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽優(yōu)勝獎(jiǎng)”和“第四屆全國大學(xué)生生命科學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎(jiǎng)”各1項(xiàng)。另外該專業(yè)的考研比例也有所增加，2019年藥物制劑“卓越工程師”班32名同學(xué)，除4名同學(xué)就業(yè)和10名同學(xué)保研以外，其他的同學(xué)分別考上中科院上海藥物研究所、北京大學(xué)藥學(xué)院、浙江大學(xué)、華西藥學(xué)院以及美國德雷賽爾大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)等國內(nèi)外著名高校和科研院所。

2.4 增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神

在本項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程中需要學(xué)生通力合作，不是某一個(gè)學(xué)生單獨(dú)進(jìn)行操作完成的。從文獻(xiàn)查閱開始，就需要大家配合，分工合作，查閱不同實(shí)驗(yàn)的原理及步驟，而后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中更需要團(tuán)隊(duì)合作，如最簡單的培養(yǎng)基配置和分裝，有人做不同培養(yǎng)基成分的稱量，有人溶解培養(yǎng)基成分并調(diào)節(jié)pH值，根據(jù)物理性狀不同，又要加不同濃度的瓊脂，而后分裝滅菌。在整個(gè)項(xiàng)目過程中，每位學(xué)生的主觀能動(dòng)性都得到了發(fā)揮，分工合作，最終使得實(shí)驗(yàn)得以成功，這種自我參與后獲得的成功喜悅會(huì)增加對實(shí)驗(yàn)的記憶性。

3 總結(jié)

該項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)在我校已開展了3屆，實(shí)驗(yàn)以產(chǎn)抗菌物質(zhì)的芽孢菌為對象，圍繞藥學(xué)微生物，以科研為導(dǎo)向的連貫性大實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生運(yùn)用了微生物基本知識和技能，以及藥學(xué)相關(guān)知識，如抗菌活性的測定、藥物的體外抑菌試驗(yàn)等。通過該實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生從整體上把握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技能技巧的概念及認(rèn)識。在今后的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中仍有待改進(jìn)部分，在實(shí)際操作中可適當(dāng)增加藥學(xué)微生物學(xué)發(fā)現(xiàn)案例重現(xiàn)，如從自然界分離產(chǎn)青霉素的青霉菌?？梢栽谡n程設(shè)置中增設(shè)興趣性小實(shí)驗(yàn)，使得課程更具魅力與吸引力，如我們教研組在全校開展的“皿上添花”活動(dòng)，以能產(chǎn)天然色素的微生物為基礎(chǔ)，繪制不同顏色的圖案。在實(shí)驗(yàn)考核方面，將增加操作考核部分的比例，激發(fā)和驅(qū)使學(xué)生更加積極主動(dòng)地動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告與PPT匯報(bào)方面，增加PPT制作與匯報(bào)分值比例，鍛煉學(xué)生們的表達(dá)能力。另外，還可增加對文獻(xiàn)檢索與資料閱讀分析考核，體現(xiàn)出實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新性。另外在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的一些實(shí)際問題：如學(xué)生利用晚間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而這個(gè)時(shí)間段教師已經(jīng)下班，沒法到現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)，師生之間通過建立QQ、微信交流群，通過語音、視頻的方式及時(shí)解決問題?？傊?，項(xiàng)目式教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)使得學(xué)生在文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、獨(dú)立操作、所學(xué)知識的綜合運(yùn)用等方面都得到了較大的提高，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)或者以后讀研進(jìn)行科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。