基于科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的農(nóng)業(yè)微生物學(xué)教學(xué)策略

吳玨琳

摘 要：農(nóng)業(yè)微生物學(xué)作為農(nóng)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程，在知識(shí)傳授的過(guò)程中應(yīng)重視科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，該文介紹了在農(nóng)業(yè)微生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中采用學(xué)科融合、運(yùn)用5E教學(xué)模式、實(shí)施基于項(xiàng)目化的STEM教學(xué)等策略，探究有效提高學(xué)生綜合科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)途徑。

關(guān)鍵詞：科學(xué)素養(yǎng);農(nóng)業(yè)微生物學(xué);學(xué)科融合;5E教學(xué)模式;STEM

中圖分類(lèi)號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 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(nóng)業(yè)微生物學(xué)作為農(nóng)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程，在知識(shí)傳授的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)重視科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，提高農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)人才的綜合科學(xué)能力，以適應(yīng)未來(lái)工作中遇到的各種科學(xué)技術(shù)綜合問(wèn)題。本文探討了農(nóng)業(yè)微生物學(xué)在知識(shí)傳授的過(guò)程中基于科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)策略。

1 學(xué)科融合

農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)人才在實(shí)際工作中常常面臨多學(xué)科交叉的問(wèn)題，一項(xiàng)工作的完成往往需要運(yùn)用多門(mén)學(xué)科知識(shí)與技能，這對(duì)農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生解決綜合科學(xué)問(wèn)題的能力培養(yǎng)提出了要求。農(nóng)業(yè)微生物學(xué)與化學(xué)、物理、基因工程、植物生理學(xué)、數(shù)學(xué)等都有一定的聯(lián)系，在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)學(xué)科融合的方式，培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)，同時(shí)形成學(xué)科融合的思維習(xí)慣。值得注意的是，在學(xué)科融合教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)基于農(nóng)業(yè)微生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容融合其他學(xué)科知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而有利于對(duì)本教學(xué)內(nèi)容的理解，切勿本末倒置，追求學(xué)科融合而忽視了農(nóng)業(yè)微生物學(xué)本學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)理解。

1.1 與化學(xué)融合教學(xué) 如：學(xué)習(xí)細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)時(shí)，引入青霉素破壞細(xì)胞壁裂解細(xì)菌，教學(xué)過(guò)程中融合有機(jī)化學(xué)中酰胺鍵醇解反應(yīng)，解釋青霉素對(duì)細(xì)胞壁的具體作用機(jī)制，從而真正理解青霉素的殺菌原理;學(xué)習(xí)酵母菌代謝時(shí)，融合三羧酸循環(huán)過(guò)程理解在有氧狀態(tài)下葡葡萄如何徹底分解為二氧化碳和水以及在無(wú)氧狀態(tài)時(shí)葡萄糖分解產(chǎn)生乙醇和二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，從而真正理解酵母菌的代謝反應(yīng);學(xué)習(xí)微生物培養(yǎng)基時(shí)，結(jié)合各種化學(xué)成分了解其在微生物生長(zhǎng)中的作用等。

1.2 與物理融合教學(xué) 如：學(xué)習(xí)顯微鏡構(gòu)造和使用時(shí)，聯(lián)系光學(xué)知識(shí)了解其成像原理，經(jīng)物鏡放大時(shí)，2f>u>f，成放大、倒立的實(shí)像，再經(jīng)目鏡放大時(shí)，u

1.3 與基因工程融合教學(xué) 如：學(xué)習(xí)質(zhì)粒結(jié)構(gòu)時(shí)，融合基因工程的載體及其工作原理，從而認(rèn)識(shí)質(zhì)粒的小型環(huán)狀DNA本質(zhì);聯(lián)系細(xì)菌液體培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)粒及其上的目的基因擴(kuò)增;聯(lián)系農(nóng)桿菌感受態(tài)完成轉(zhuǎn)化，介導(dǎo)質(zhì)粒進(jìn)入植物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因過(guò)程等。與基因工程的融合教學(xué)，不僅讓學(xué)生更深入的了解質(zhì)粒的本質(zhì)，同時(shí)也讓學(xué)認(rèn)識(shí)到學(xué)科交叉的意義與魅力。

1.4 與植物生理學(xué)融合教學(xué) 如：聯(lián)系植物生理學(xué)和化學(xué)，引入固氮菌如何固定大氣中的氮?dú)鉃橹参锷L(zhǎng)提供氮源，有利于葉綠素的合成從而使得植物枝繁葉茂;聯(lián)系根際微生物的代謝過(guò)程為植物生長(zhǎng)提供大量礦質(zhì)元素以及菌根中細(xì)菌和植物根的共生關(guān)系;聯(lián)系赤霉素的發(fā)現(xiàn)以及其對(duì)植物生長(zhǎng)的調(diào)控等。

1.5 與數(shù)學(xué)融合教學(xué) 如：學(xué)習(xí)細(xì)菌生長(zhǎng)特點(diǎn)時(shí)，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算理解細(xì)菌個(gè)體的增值速度，融合數(shù)學(xué)思想真正讀懂細(xì)菌群體生長(zhǎng)曲線;融合數(shù)學(xué)真正理解血細(xì)胞計(jì)數(shù)板使用中的計(jì)算方法，以及物鏡測(cè)微尺和目鏡測(cè)微尺使用時(shí)的計(jì)算方法等。

2 5E教學(xué)模式

農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)人才需具備一定的科學(xué)探究能力、綜合分析能力以及知識(shí)遷移應(yīng)用能力。5E教學(xué)模式是實(shí)現(xiàn)以上綜合科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的有效模式，其包括以下5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：引入（Engage）、探究（Explore）、解釋?zhuān)‥xplain）、精致（Elaborate）、評(píng)價(jià)（Evaluate）[1]。基于5E教學(xué)模式，有效培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)自主探究獲得知識(shí)，通過(guò)自主解釋實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化，通過(guò)知識(shí)的遷移完成深度學(xué)習(xí)與運(yùn)用。為此，筆者在農(nóng)業(yè)微生物學(xué)教學(xué)中積極運(yùn)用5E教學(xué)模式，提高學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。

2.1 引入 農(nóng)業(yè)微生物學(xué)是一門(mén)與生活聯(lián)系緊密的課程，在“引入”部分強(qiáng)調(diào)源于真實(shí)世界存在的問(wèn)題或現(xiàn)象，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)疑問(wèn)尋求解決的意識(shí)。如：在學(xué)習(xí)微生物代謝時(shí)，以米酒制作過(guò)程引入，提出釀酒過(guò)程會(huì)在糯米中放入一定的酒曲（酵母菌），同時(shí)蓋住，釀酒過(guò)程為什么要這樣操作呢？

2.2 探究 基于“引入”的問(wèn)題或現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究、文獻(xiàn)閱讀探究、調(diào)查探究等方法，解決“引入”中疑問(wèn)。探究前可引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測(cè)探究結(jié)果，注意“預(yù)測(cè)”與“猜測(cè)”的不同，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用前科學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題。探究過(guò)程可采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，任務(wù)的設(shè)置遵循可行性、科學(xué)性原則。如：通過(guò)閱讀文獻(xiàn)《基于STEM 教育理念的“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)》[2]，利用文獻(xiàn)中提出的實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生自主動(dòng)手實(shí)驗(yàn)進(jìn)行酵母菌代謝方式探究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與結(jié)果理解酵母菌釀酒原理，解決“引入”中疑問(wèn)。探究過(guò)程遵循嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性原則，假如“探究”中出現(xiàn)不科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，需要教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，糾正問(wèn)題。在學(xué)生自主探究任務(wù)中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，提高學(xué)生自主解決所遇問(wèn)題的意識(shí)與能力，同時(shí)在探究中完成知識(shí)的內(nèi)化。

2.3 解釋 基于“探究”過(guò)程與結(jié)果，明確新概念、新原理。“解釋”過(guò)程，教師引導(dǎo)學(xué)生自主做出解釋?zhuān)诉^(guò)程中，應(yīng)注意教師起引導(dǎo)作用。如果學(xué)生解釋不夠全面抑或不夠準(zhǔn)確，此時(shí)要求教師引導(dǎo)與補(bǔ)充，確保新概念、新原理的準(zhǔn)確、完整。

2.4 精致 基于以上探究與概念、原理的明確，引導(dǎo)學(xué)生嘗試運(yùn)用所學(xué)解決新問(wèn)題或解釋新現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與深度學(xué)習(xí)。教師在此過(guò)程中，可為學(xué)生設(shè)置一定任務(wù)，任務(wù)的完成除了運(yùn)用探究所得原理，同時(shí)可以產(chǎn)生新的發(fā)現(xiàn)或應(yīng)用，如制作包子。通過(guò)包子的制作過(guò)程，使學(xué)生進(jìn)一步理解酵母菌無(wú)氧呼吸的條件以及產(chǎn)物，同時(shí)提高學(xué)生學(xué)以致用的意識(shí)與能力。

2.5 評(píng)價(jià) 通過(guò)對(duì)以上學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)，采用自評(píng)、互評(píng)、師評(píng)等多元化評(píng)價(jià)，這是與探究型學(xué)習(xí)相適應(yīng)的評(píng)價(jià)模式，重視學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的同時(shí)也重視探究學(xué)習(xí)過(guò)程，重視學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)，同時(shí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性。

3 STEM教學(xué)

農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)人才需具備一定的工程素養(yǎng)，STEM教學(xué)為集科學(xué)（Science）、技術(shù)（Tecnology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）于一體的教學(xué)理念[3]，旨在打破學(xué)科間界限，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。在農(nóng)業(yè)微生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中，設(shè)計(jì)STEM項(xiàng)目化教學(xué)，在完成項(xiàng)目過(guò)程中達(dá)成知識(shí)學(xué)習(xí)，工程素養(yǎng)培養(yǎng)。項(xiàng)目的選擇同樣強(qiáng)調(diào)源于現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題，遵循挑戰(zhàn)性、可行性的原則。為此，筆者將農(nóng)業(yè)微生物學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置為模塊，每個(gè)模塊設(shè)置STEM項(xiàng)目，項(xiàng)目的完成即實(shí)現(xiàn)模塊中主要知識(shí)學(xué)習(xí)同時(shí)培養(yǎng)工程素養(yǎng)。

例如，設(shè)置“使用發(fā)酵罐培養(yǎng)微生物及發(fā)酵”項(xiàng)目，在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)STEM教學(xué)。科學(xué)：學(xué)習(xí)微生物培養(yǎng)基成分、微生物生長(zhǎng)條件與環(huán)境因素、微生物的有氧與無(wú)氧狀態(tài)下的生長(zhǎng)代謝情況等科學(xué)知識(shí)。技術(shù)：掌握使用發(fā)酵罐發(fā)酵技術(shù)，如何實(shí)時(shí)調(diào)控培養(yǎng)基的pH，通氧量，不斷流出產(chǎn)物，增補(bǔ)培養(yǎng)基等。工程：從培養(yǎng)基的選擇與配制、酸堿調(diào)節(jié)劑準(zhǔn)備，到微生物的接種培養(yǎng)調(diào)控，對(duì)整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的安排，以及處理解決發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的各自問(wèn)題。數(shù)學(xué)：計(jì)算欲得產(chǎn)物所需培養(yǎng)基的量，計(jì)算流出產(chǎn)物與增補(bǔ)培養(yǎng)基的關(guān)系等。該項(xiàng)目的完成基于一定的科學(xué)綜合素養(yǎng)，在完成這一項(xiàng)目過(guò)程中不僅使學(xué)生掌握了微生物生長(zhǎng)代謝的主要知識(shí)，同時(shí)提高了農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)兼具知識(shí)與技能的人才。

由于STEM教學(xué)的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)性，教師應(yīng)為STEM教學(xué)有效開(kāi)展提供保障。在基于項(xiàng)目化的STEM教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)就學(xué)生提供的項(xiàng)目方案提供可行性建議，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中提供技術(shù)指導(dǎo)與理論咨詢(xún)，同時(shí)提供相關(guān)的學(xué)習(xí)資料獲得渠道與獲得方法，就學(xué)生遇到的困難通過(guò)提供資料，提出思考角度有效引導(dǎo)。同時(shí)，基于移動(dòng)設(shè)備的普及，教師可在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中與學(xué)生實(shí)現(xiàn)異步交互，在線即時(shí)解答學(xué)生疑問(wèn)。

基于項(xiàng)目化的農(nóng)業(yè)微生物學(xué)STEM教學(xué)評(píng)價(jià)，同樣既重視工程項(xiàng)目的結(jié)果，也重視工程項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程，基于客觀性、鼓勵(lì)性的原則，開(kāi)展自評(píng)、互評(píng)、師評(píng)等多元化評(píng)價(jià)，不斷提高學(xué)生參與的積極性，注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與自主分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，才能有效地實(shí)現(xiàn)綜合科學(xué)素養(yǎng)的提高。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)微生物學(xué)是一門(mén)與眾多不同學(xué)科存在交叉的課程，同時(shí)也因其與生活密切相關(guān)，應(yīng)用廣泛而與很多課程均有關(guān)系。基于此，農(nóng)業(yè)微生物學(xué)教學(xué)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生綜合科學(xué)素養(yǎng)的良好契機(jī)，這也是作為農(nóng)科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)所必需的。根據(jù)農(nóng)業(yè)微生物學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，在教學(xué)中要不拘一格，積極發(fā)掘啟發(fā)型、探究型、多學(xué)科融合型的教學(xué)方式，同時(shí)采用多元化評(píng)價(jià)方式，重視學(xué)習(xí)過(guò)程、探究過(guò)程，不斷提高學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[2]李小玲.基于STEM教育理念的“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].生物學(xué)教學(xué)，2020，45（5）：46-49.

[3]張洪波.基于STEM教育理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式構(gòu)建[J].教育理論與實(shí)踐，2020，40（20）：56-58.

（責(zé)編：張宏民）