基于科學素養培養的農業微生物學教學策略

吳玨琳

摘 要：農業微生物學作為農業及相關專業的專業課程，在知識傳授的過程中應重視科學素養的培養。結合學科特點，該文介紹了在農業微生物學教學過程中采用學科融合、運用5E教學模式、實施基于項目化的STEM教學等策略，探究有效提高學生綜合科學素養的教學途徑。

關鍵詞：科學素養;農業微生物學;學科融合;5E教學模式;STEM

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）15-0210-03

Teaching Strategy of Agricultural Microbiology Based on Scientific Literacy

WU Juelin

（Shantou Polytechnic， Shantou 515000， China）

Abstract： As a professional course of agriculture and related majors， agricultural microbiology should pay attention to the cultivation of scientific literacy in the process of knowledge teaching. Combined with the characteristics of the subject， this paper explores the effective teaching methods to improve students′ comprehensive scientific literacy in the teaching process of agricultural microbiology， such as how to use the subject integration， the use of 5E Teaching mode， and the implementation of stem teaching based on the project.

Key words： Scientific literacy; Agricultural microbiology; Subject integration; 5E teaching mode; STEM

農業微生物學作為農業及相關專業的專業課程，在知識傳授的過程中應當重視科學素養的培養，提高農業專業人才的綜合科學能力，以適應未來工作中遇到的各種科學技術綜合問題。本文探討了農業微生物學在知識傳授的過程中基于科學素養培養的教學策略。

1 學科融合

農業專業人才在實際工作中常常面臨多學科交叉的問題，一項工作的完成往往需要運用多門學科知識與技能，這對農業專業學生解決綜合科學問題的能力培養提出了要求。農業微生物學與化學、物理、基因工程、植物生理學、數學等都有一定的聯系，在教學過程中通過學科融合的方式，培養學生的綜合科學素養，同時形成學科融合的思維習慣。值得注意的是，在學科融合教學過程中，應基于農業微生物學教學內容融合其他學科知識進行設計，從而有利于對本教學內容的理解，切勿本末倒置，追求學科融合而忽視了農業微生物學本學科教學內容的學習理解。

1.1 與化學融合教學 如：學習細菌細胞壁結構時，引入青霉素破壞細胞壁裂解細菌，教學過程中融合有機化學中酰胺鍵醇解反應，解釋青霉素對細胞壁的具體作用機制，從而真正理解青霉素的殺菌原理;學習酵母菌代謝時，融合三羧酸循環過程理解在有氧狀態下葡葡萄如何徹底分解為二氧化碳和水以及在無氧狀態時葡萄糖分解產生乙醇和二氧化碳的化學反應過程，從而真正理解酵母菌的代謝反應;學習微生物培養基時，結合各種化學成分了解其在微生物生長中的作用等。

1.2 與物理融合教學 如：學習顯微鏡構造和使用時，聯系光學知識了解其成像原理，經物鏡放大時，2f>u>f，成放大、倒立的實像，再經目鏡放大時，u

1.3 與基因工程融合教學 如：學習質粒結構時，融合基因工程的載體及其工作原理，從而認識質粒的小型環狀DNA本質;聯系細菌液體培養基擴大培養，實現質粒及其上的目的基因擴增;聯系農桿菌感受態完成轉化，介導質粒進入植物體內實現轉基因過程等。與基因工程的融合教學，不僅讓學生更深入的了解質粒的本質，同時也讓學認識到學科交叉的意義與魅力。

1.4 與植物生理學融合教學 如：聯系植物生理學和化學，引入固氮菌如何固定大氣中的氮氣為植物生長提供氮源，有利于葉綠素的合成從而使得植物枝繁葉茂;聯系根際微生物的代謝過程為植物生長提供大量礦質元素以及菌根中細菌和植物根的共生關系;聯系赤霉素的發現以及其對植物生長的調控等。

1.5 與數學融合教學 如：學習細菌生長特點時，通過數學計算理解細菌個體的增值速度，融合數學思想真正讀懂細菌群體生長曲線;融合數學真正理解血細胞計數板使用中的計算方法，以及物鏡測微尺和目鏡測微尺使用時的計算方法等。

2 5E教學模式

農業專業人才需具備一定的科學探究能力、綜合分析能力以及知識遷移應用能力。5E教學模式是實現以上綜合科學素養培養的有效模式，其包括以下5個教學環節：引入（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaborate）、評價（Evaluate）[1]。基于5E教學模式，有效培養學生通過自主探究獲得知識，通過自主解釋實現知識內化，通過知識的遷移完成深度學習與運用。為此，筆者在農業微生物學教學中積極運用5E教學模式，提高學生的科學探究素養。

2.1 引入 農業微生物學是一門與生活聯系緊密的課程，在“引入”部分強調源于真實世界存在的問題或現象，不僅提高了學生的學習興趣，而且有助于培養學生面對疑問尋求解決的意識。如：在學習微生物代謝時，以米酒制作過程引入，提出釀酒過程會在糯米中放入一定的酒曲（酵母菌），同時蓋住，釀酒過程為什么要這樣操作呢？

2.2 探究 基于“引入”的問題或現象，通過實驗探究、文獻閱讀探究、調查探究等方法，解決“引入”中疑問。探究前可引導學生預測探究結果，注意“預測”與“猜測”的不同，引導學生運用前科學知識分析問題。探究過程可采用任務驅動，任務的設置遵循可行性、科學性原則。如：通過閱讀文獻《基于STEM 教育理念的“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗改進》[2]，利用文獻中提出的實驗裝置，學生自主動手實驗進行酵母菌代謝方式探究，通過實驗的過程與結果理解酵母菌釀酒原理，解決“引入”中疑問。探究過程遵循嚴謹性、科學性原則，假如“探究”中出現不科學實驗操作，需要教師引導學生發現問題，糾正問題。在學生自主探究任務中，培養學生的科學探究能力、團隊合作能力，提高學生自主解決所遇問題的意識與能力，同時在探究中完成知識的內化。

2.3 解釋 基于“探究”過程與結果，明確新概念、新原理。“解釋”過程，教師引導學生自主做出解釋，此過程中，應注意教師起引導作用。如果學生解釋不夠全面抑或不夠準確，此時要求教師引導與補充，確保新概念、新原理的準確、完整。

2.4 精致 基于以上探究與概念、原理的明確，引導學生嘗試運用所學解決新問題或解釋新現象，實現知識的遷移與深度學習。教師在此過程中，可為學生設置一定任務，任務的完成除了運用探究所得原理，同時可以產生新的發現或應用，如制作包子。通過包子的制作過程，使學生進一步理解酵母菌無氧呼吸的條件以及產物，同時提高學生學以致用的意識與能力。

2.5 評價 通過對以上學習過程中表現，采用自評、互評、師評等多元化評價，這是與探究型學習相適應的評價模式，重視學生學習結果的同時也重視探究學習過程，重視學生學習過程中分析問題、解決問題的能力培養，同時提高學生學習的主動性與積極性。

3 STEM教學

農業專業人才需具備一定的工程素養，STEM教學為集科學（Science）、技術（Tecnology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）于一體的教學理念[3]，旨在打破學科間界限，培養學生的工程素養。在農業微生物學教學過程中，設計STEM項目化教學，在完成項目過程中達成知識學習，工程素養培養。項目的選擇同樣強調源于現實世界的真實問題，遵循挑戰性、可行性的原則。為此，筆者將農業微生物學課程內容設置為模塊，每個模塊設置STEM項目，項目的完成即實現模塊中主要知識學習同時培養工程素養。

例如，設置“使用發酵罐培養微生物及發酵”項目，在此過程中實現STEM教學。科學：學習微生物培養基成分、微生物生長條件與環境因素、微生物的有氧與無氧狀態下的生長代謝情況等科學知識。技術：掌握使用發酵罐發酵技術，如何實時調控培養基的pH，通氧量，不斷流出產物，增補培養基等。工程：從培養基的選擇與配制、酸堿調節劑準備，到微生物的接種培養調控，對整個發酵過程的安排，以及處理解決發酵培養過程中出現的各自問題。數學：計算欲得產物所需培養基的量，計算流出產物與增補培養基的關系等。該項目的完成基于一定的科學綜合素養，在完成這一項目過程中不僅使學生掌握了微生物生長代謝的主要知識，同時提高了農業專業學生的工程素養，培養兼具知識與技能的人才。

由于STEM教學的復雜性與挑戰性，教師應為STEM教學有效開展提供保障。在基于項目化的STEM教學過程中，教師應就學生提供的項目方案提供可行性建議，在項目實施過程中提供技術指導與理論咨詢，同時提供相關的學習資料獲得渠道與獲得方法，就學生遇到的困難通過提供資料，提出思考角度有效引導。同時，基于移動設備的普及，教師可在項目實施的過程中與學生實現異步交互，在線即時解答學生疑問。

基于項目化的農業微生物學STEM教學評價，同樣既重視工程項目的結果，也重視工程項目的實施過程，基于客觀性、鼓勵性的原則，開展自評、互評、師評等多元化評價，不斷提高學生參與的積極性，注重學生的自主學習與自主分析問題、解決問題的能力，才能有效地實現綜合科學素養的提高。

4 結語

農業微生物學是一門與眾多不同學科存在交叉的課程，同時也因其與生活密切相關，應用廣泛而與很多課程均有關系。基于此，農業微生物學教學過程是培養學生綜合科學素養的良好契機，這也是作為農科專業人才培養所必需的。根據農業微生物學的學科特點，在教學中要不拘一格，積極發掘啟發型、探究型、多學科融合型的教學方式，同時采用多元化評價方式，重視學習過程、探究過程，不斷提高學生的綜合科學素養。

參考文獻

[1]王健.5E教學模式的內涵及其對我國理科教育的啟示[J].生物學通報，2012，47（3）：39-42.

[2]李小玲.基于STEM教育理念的“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗改進[J].生物學教學，2020，45（5）：46-49.

[3]張洪波.基于STEM教育理念的項目式學習模式構建[J].教育理論與實踐，2020，40（20）：56-58.

（責編：張宏民）