微生物學混合式教學的探索與實踐

孟建宇，李 蘅，陶 羽，馮福應

(內蒙古農業大學 生命科學學院，內蒙古 呼和浩特 010011)

隨著移動互聯網技術的發展和無線網絡覆蓋及智能手機的普及，使現代社會的通訊、生活等各個層面發生了深刻變革，移動碎片化學習不斷滲透到人們的日常。高等教育也在這場變革中發生著從教學手段到教學理念、從教學場所到教學方式的全新變革[1]。為順應信息化、個性化學習的需要，混合教學的探索應用研究逐步成為了教學改革與創新的重要方式和新常態[2]。基于線上線下的混合教學實現了在線學習和課堂學習的有機結合，強化了學生的主體作用，增強了學生的學習體驗，更有利于促進學習目標的實現，有利于培養具有創新思維的人才[3]。微生物學是生命科學各專業重要的專業基礎課，對其他后續課程的學習有重要指導和鋪墊作用。在學時大幅縮減(從64學時縮減到48學時)的情況下，想要將整本教材的內容教授給學生，難度巨大且效果不佳，但如未經充分調研而跳過或刪減部分章節，又勢必會割裂學生構建課程知識構架的體系化過程[4]。因此，如何在有限學時內使學生更好地掌握課程知識及進行實踐拓展應用，是教學改革一直探索的問題。為了進一步提高教學質量，調動學生主動學習、自主學習的積極性，以內蒙古農業大學首批重點建設的示范課程(2016年)為契機，大力開展混合式教學的探索，以解決理論學時不足、理論和實踐脫節、學生學習興趣不足等教學中存在的問題。經過三年的改革實踐，最終形成了線上線下相結合的教學模式，建立了知識性評價和過程性評價相結合的科學評價體系，創建了“研究性學習”的實踐教學形式，實現了教學理念、方法、手段等多層次有機混合。在教學實踐中，學生在掌握課程知識的同時，既培養了博覽群書的寬廣視野和鉆研知識的濃厚興趣，形成會學習的科學策略，也培養了高階思維和綜合運用能力，實現了課程的持續良性發展，取得了較好的教學效果。

1 微生物學課程混合式教學設計的理念

依據認知過程的六個維度[5]視角，實現學生對知識的綜合運用、解決實際問題和提升創新思維能力，在多年教學經驗和課程改革的基礎上，堅持“以學生的學習為中心、學習效果為中心和學生的發展為中心”，遵循“教為學服務”的原則，采用多元教學方式，形成了課前、課中、課后三環交融，線上、線下雙線互通的混合教學理念。重構課堂教學，利用在線平臺分離教和學的時間和空間，讓學生充分利用碎片化時間，自我掌控學習節奏和進度，教師積極引導以提高學生學習成效，實現“知識傳遞在線上線下，知識內化在課堂內外，知識運用于實踐過程”。

1.1 以課程知識體系構建為基礎

能力的培養和提升是以充足的知識儲備為基礎。教師以自主學習任務為引導，通過學生線上學習、線下總結，課上師生交互、課下深入探討等引導學生自主構建專業知識體系，確保學生掌握課程基礎知識，達成課程學習的知識目標，實現知識優化配置的教學目標。

1.2 以培養創造思維能力為目標

學生不僅僅是受教者，更是發現者、創造者。要幫助和引導學生在對知識記憶和理解的基礎上開展分析、綜合和運用等學習活動。課程教學以趣味性和互動性入手，創造問題情境，注重對學生的學習策略、科學思維的引導和啟迪學生運用所學分析、判斷和解決問題，培養學生的探究意識和創新思維。

1.3 以科研創新實訓體系為平臺

科研實踐是實施學生創新能力的主戰場。以“學生為中心，創新為核心，實踐為主題”理念，培養學生嚴肅認真的科學態度、追求真理的高尚情操和勇于探索的創造能力。以綜合性學習活動為主要形式，通過小組協作完成課題任務，在探究中學習科學研究方法，培養文獻資料收集處理能力，增強團隊協作溝通能力。為此，形成了實驗教學中心、創新實驗室、功能研究室的一體化科研創新實訓體系，為培養知識轉化能力、實踐動手能力和創新創造能力提供了有效途徑。

1.4 以全方位質量評價體系為依據

科學的評價不僅可以引導和調控學生的學習活動，而且還可幫助教師有效提升教學效果。與混合教學模式相適應，加大過程監控，以形成性評價為主，構建全方位的綜合質量評價體系，使評價主體多元化、評價方式多樣化和評價內容全面化。

2 微生物學混合式教學的實施

按照“線上-線下-線上”“課前-課中-課后”三階段實施微生物學混合教學(圖1)，形成淺層學習-深度學習-知識內化和實踐運用的循序漸進的教學策略。基本流程為課前教師將線上學習內容發布給學生自學，并要求學生完成測試或作業。課中，教師在線下課堂解答學生自學當中的問題和困惑，而后進行重點內容講解與討論。課后布置相關作業任務，線下完成后提交線上評閱。本文主要以《微生物學教程》的第四章“微生物的營養與培養基”為例介紹混合式教學的實施過程。

圖1 微生物學混合式教學實施流程圖

2.1 網絡課程資源建設

網絡學習材料可以有效補充課堂學習，節省教學時間和教師工作量，如何合理利用這些資源到教學活動中，對課堂教學效果的提高有重要作用[6]。緊緊圍繞課程特點進行網絡資源建設，目前的網絡教學專欄主要有課程基本信息、課程資源(課件、微課、拓展資源等)、課程活動(播課單元、答疑討論、課程問卷等子欄目)、課程學習(課程通知、學習導航、在線學習、在線測試和本章作業等子欄目)和一些展示欄目(翻轉課堂作品、任務學習成果、論文發表/競賽獲獎和教學成果等)。其中：微課是根據不同的章節內容、不同的問題導向而制作的微視頻，如G+細胞壁肽聚糖的結構、培養基的配制與滅菌等，時長一般為10～15 min；拓展資源為網絡公開課和一些相關視頻資料，如“一滴水內的微生物戰爭”“流感病毒如何侵入身體”以及像“舌尖上的中國”經典紀錄片中涉及微生物的片段等。答疑討論欄目是師生的開放式互動區，在此可對知識難點、日常生活中遇到的有趣現象、學習心得等進行討論。展示欄目鼓勵學生積極開展知識的自我學習，展示自我學習成果，促進交流；鼓勵學生開展科學探究，提高科學素養，培養創新能力；了解課程改革內容，鼓勵參與課程互動建設等。

2.2 課前線上教與學

教師制定學習目標、設計學習內容，將知識點碎片化分解組合，以形象化、生動化和生活化的方式發布自主學習任務，如細菌也能指南北——趨磁細菌、第二大腦——腸道微生物、微生物保藏的“三板斧”、微生物鑒別的“火眼金睛”等。學生線上了解學習目標、教學內容、課程進展計劃等信息，通過自主學習“在線學習”任務，完成淺層知識的學習，隨后進行“在線測試”檢測學習效果，對沒有理解或有疑問的知識點在答疑討論中反饋。教師對學生的線上學習進行引導和監測，收集共性、個性問題，以便線下深度剖析和個性化指導。

以第四章“微生物的營養與培養基”為例,將其內容分解成三大“生活事件”，即：微生物吃什么飯(微生物的六大營養要素和營養類型)；微生物如何吃飯(營養物質進入細胞的方式)；怎樣給微生物做飯(培養基的配制)。前兩個內容安排2學時，以線上自主學習和課堂討論學習相結合進行，學生通過學習導航欄目的學習要點進行自主學習(從人類、動植物的“飲食”引入，從元素水平、化合物水平、培養原料水平及營養類型學習微生物的“飲食”)。第三個內容安排2學時，以課前預習、課堂教師主講、拓展學習和課后實踐訓練的形式進行。

2.3 課中線下教與學

課中線下學習主要是注重知識重難點的突破，完成知識的內化與綜合應用的深度學習。首先教師綜合學生反饋在教學平臺上的問題，集中講解完成答疑，也可對有探究價值的問題進行課堂討論。而后將課前學習內容展開，進行深層知識的課堂面授，學生認真聽講，作隨堂筆記，達到深度學習的目的。例如，學生在學完第四章的前兩個內容后，有針對性地進行要點講解與討論，如為何CHON(碳、氫、氧、氮)型原料一般不作為培養基的碳源？由氣體組成的空氣中為什么會存在大量的微生物？噬營養型微生物以什么方式獲取營養物質？第四章的第三個內容“培養基”為重點內容，課前先布置學生查閱某種微生物培養基相關文獻，結合觀看平臺的“培養基的配置”教學視頻，寫出學習筆記并帶到課堂，在教師講解過程中掌握理論上培養基選擇和設計的原則、方法和種類，體會培養基的“前世今生”，教師提出一些關鍵、疑難問題展開深入討論分析。例如，有很多環境中存在的微生物并不能在固體培養基上生長，為什么大多數的微生物如此難培養呢？通過前導學習知識(微生物所需營養要素和類型及影響因素)引導分析，除了生長緩慢、需要特殊未知的養分或生長因子、處于休眠期和屬于寡營養類型等因素外，還可能和培養基滅菌過程有關，即瓊脂與磷酸鹽一起高壓蒸汽滅菌時會產生大量的H2O2[7]，這是抑制某些類群微生物生長的一個重要因素，也是容易被忽視的一個環節，所以在配制培養基時，一定要將含磷酸鹽的物質和瓊脂分開滅菌。這樣，菌株就可能被分離培養出來。

課中可安排翻轉課堂，根據課前布置計劃，由小組協作完成“今天我講課”的師生角色互換課堂活動，讓學生體驗知識習得的樂趣。教師在學生展示中肯定好的方面，如發現思路及講解不到位的問題與偏差，給予問題思路糾正和講授方法指導，對知識的掌握情況進行補充講解等，促進相互學習和提升改進，以保證順利達成教學目標。實踐過程中發現，學生們不僅能對經典知識進行梳理，更能緊密結合學科前沿和熱點時事。如“病毒的結構”這一知識點，學生不僅將病毒的結構特征闡述透徹，還能延伸問題思考(如亞病毒及巨大病毒的發現使得生命的本質如何科學定義)，并能聯系時下熱點，如黃曲霉毒素超標事件、埃博拉病毒肆虐非洲、新冠病毒引發的全球戰“疫”等。該活動提高了學生的學習積極性和自主學習能力，增加了學生的自信心和滿足感，增進了師生和學生間交流，課堂氛圍更加輕松，更能激發學生的學習興趣，并進行深入思考[8]。

2.4 課后線上/線下教與學

課程章節內容學習完畢后，教師布置課后作業或討論內容，學生線下獨立或協作完成，線上提交，教師根據完成情況進行評價和反饋，使學生完成知識的內化與建構。例如在學習“培養基”內容后，布置學生以小組為單位線下完成“分離篩選產某種酶的菌株”試驗方案后提交，通過小組間互評和教師點評打分作為本次學習任務的考核成績。修改完善的試驗設計方案在實驗教學的自主實驗項目環節中實施。學生完成項目后，整理總結報告，內容包括實驗結果與分析、與文獻資料對比討論、提出改進措施等，還可對整個實操過程的關鍵操作或失誤進行分析，對實驗室條件、團隊協作、教師指導等提出意見和建議，以利于項目的持續改進和完善。課后在網絡平臺學習單元的多媒體資源中補充發布“多環芳烴降解菌分離及鑒定”的虛擬仿真實驗及培養基研究相關的學術前沿，以進一步加深學生對微生物培養的認識。教師在教學過程中適時鼓勵和引導學生進行知識實踐轉化的科創活動，通過自主創新實驗課題、申請院校兩級科創項目或參與導師課題等多渠道開展實踐創新訓練，以全程導師制、三級指導體系和縱向一體化科研創新實訓體系[9]確保科創活動高質高效運行。好的作品推薦參加競賽(創新創業大賽、互聯網+、挑戰杯等)或整理發表，成果上傳教學平臺展示。

3 微生物學混合式教學質量評價

在混合教學策略中，評價是影響學生投入的關鍵，要及時給予學生促進其高階思維和主動學習的評價[10]。將過程性評價和終結性評價科學合理地結合，對學生學習情況進行全方位評價，構建混合教學評價體系(圖2)。

圖2 微生物學混合式教學評價體系

3.1 混合式教學考核評價

采取綜合全面的評價策略，細化過程監控，降低終結性評價比例，增加課前、課中和課后三個不同學習階段構成的形成性評價比例，加大對學生動手、動腦能力和高階創造思維能力的考查和科學評價。課前學習評價由任課教師完成，依據學生在線學習、測試、討論完成情況進行評判；課中學習評價由師生共同完成，包括出勤、隨堂筆記和翻轉課堂；課后學習評價由師生共同完成，師生對各組上傳的學習任務完成評價。終結性評價為課終的期末考試，是對知識性學習效果的評價，是檢測學生知識內化程度的重要指標。最終形成由期末考試(50%)、出勤(5%)、學習筆記(5%)、在線學習時長和討論留言(5%)、在線測試(10%)、課后作業(10%)、翻轉課堂(10%)和學習成果發布(5%)幾部分構成的全方位、多角度的科學綜合評價體系。

3.2 混合式教學效果評價

目前混合式教學的效果評價主要依賴于調查問卷和考評成績分析[11]，此外，知識的實踐運用也可作為評價的重要指標。

3.2.1 課程問卷調查 教學反饋是有效教學的關鍵策略[12]。通過平臺采集學生的學習情況數據，了解其學習深度、學習意愿度和滿意度，作為優化教學內容的依據，為持續改進混合學習效果提供有力支撐。統計了2015級至2017級的生物技術專業和生物科學專業105名學生的課程問卷情況，結果顯示(圖3)，近85%的學生表示滿意，在激發學習主動性、自主能力提升、知識學習和技能掌握、提高科技文獻的檢索、閱讀能力和網絡資源方面均表現出較高的滿意度。學生對混合式教學的網絡平臺資源建設(73.5%滿意)、師生互動交流(79.8%滿意)、疑惑解答(81.6%滿意)、教師指導(93.7%滿意)、評價方式(100%滿意)等方面體驗度較高，在協作創新能力(64.6%滿意)、自主學習能力(83.5%滿意)、專業視野拓展(75.6%滿意)方面很有幫助，表現出較好的質量感知和價值感知。在征求學生意見時發現，學生希望網絡學習資源進一步多樣化，多增加一些基于生活問題的知識和微生物學大師的人物故事；同時，學生也希望教學視頻更加專業化，可以在學習中獲得欣賞的樂趣。綜上，學生認可微生物學混合式教學能夠促使能力提升、知識內化與綜合運用。

圖3 微生物學混合教學問卷調查

3.2.2 考評成績分析 統計了2015級生物科學(40人)、2016級生物技術(31人)和2017級生物科學(34人)三個班的總評成績(圖4)，平均成績顯著提升，高分段學生人數穩步增加，大多數學生對基礎知識、基本理論和基本技能掌握情況良好，特別是學生靈活應用知識的能力有了很大的提高。不及格(0～59分)和中等(60～80分)比例逐漸降低，良好(80～90分)與優秀(90～100分)比例明顯上升，2017級尤為明顯，優秀率達17.6%，增加了近12個百分點，成績向整體提升方向顯著移動。課程混合教學改革和學生成績評價考核體系的改進，能更加科學合理地評價每個學生的學習成效。

圖4 2015級至2017級期末測試成績各分數段分布情況

3.2.3 實踐運用情況 學生積極參與教學活動，例如引入學生自己的實驗結果，協助教師共同修訂了“微生物學實驗技術標準化操作教學視頻”，充分彰顯了學生的主體地位。學生在各類競賽中的獲獎比例與質量也大幅度提升。例如在“皿上添花”微生物培養皿藝術大賽中，學生積極參加并取得了優異成績(圖5)，這類活動使學生的動手操作能力與審美藝術創作能力得到了融合提升，引導學生感悟、發現“微”世界中的“美”和“趣”，融美育教育于其中，有助于激發和提升學生的學習興趣與專業自信。近三年，學生獲得2項中國科學院大學生創新實踐訓練計劃項目和2項內蒙古自治區創新創業訓練計劃項目；在第二、三屆全國大學生生命科學創新創業大賽中榮獲一、二、三等獎各1項，在第十、十一屆“挑戰杯”全區大學生課外學術科技作品競賽中分別獲得三等獎、二等獎各1項；以第一作者發表論文2篇(SCI收錄1篇)，參與發表論文9篇(SCI收錄2篇)。形成了在學中做、在做中學的“學做合一”的濃郁科研氛圍，實踐創新能力顯著增強。

圖5 微生物培養皿藝術大賽獲獎作品

4 混合式教學的問題思考

微生物學混合式教學實踐已開展三年，在師生的共同努力下，基本達到了預期效果。但在改革過程中，無論是學生“學”的環節及教師“教”的環節，還是在課程理念和設置方面，仍需要深入探討。

4.1 轉變“教”的理念，全身心投入

教學理念的轉變是制約混合教學開展的最大難題。教學形式改變，但傳統固有思想不變，將極大地影響教師在組織開展混合教學中作用的發揮。教師要不斷加強對混合教學的理論學習，潛心鉆研其深刻內涵，避免流于形式，全方位提升教學組織和指導能力，確保教學設計科學合理。在線與面授混合教學可以讓教師在合適的時機恰當運用線上/線下環境給予學生情感支持，從而提升情感投入水平[13]，加強監督以增強學生的行為投入。教師對學生學習過程的認可，更有利于提高學生對于課程的關注度和學習效果，所以，教師要充分把握課程基本結構體系與學科特點，根據實際更加用心完善課程教學設計，豐富教學過程，重視學生情感和能力目標的培養，重視過程評價，激發學生的能動性進行有效學習。

4.2 更新“學”的理念，全身心參與

混合教學是師生共同參與的過程，學生的主體地位更加凸顯，必須更新學習的理念。學習主體積極的學業投入程度是提升學業成績和認知發展以及改善教育質量的首要條件[14]，混合教學恰恰是改善學生學業質量的一種重要教學模式。學生要積極主動地參與教學活動，從被動接受的受教者轉變為主動學習的學習者，加大深層次認知投入和自我監控行為，主動挖掘自身潛力，主動探究科學知識，進行實踐轉化，培養科學素養和職業素養，全方位塑造自身素質。

4.3 優化課程體系，提高混合教學效果

課程體系的設置和網絡環境條件對混合教學模式下的學習效果影響巨大。調查發現，學生的學習時間、精力不足，73.6%的學生對學習時間安排不滿意。這主要是課程體系設置不夠合理，學生的學業負擔過重，尤其是大學二年級，必修課多達十幾門，學生可支配的時間太少，完成線上線下的任務壓力大。另一方面，有57.7%的學生對只限校園網訪問平臺不滿意，限制了碎片化學習的場所，加之有時網絡不穩定，致使出現中斷、強制提交、操作失靈等情況，影響學習效果和考核成績。基于此，學校在大力開展混合教學示范課程建設中，應充分考慮這些因素，完善學習平臺，創造良好的網絡環境，開放平臺訪問路徑，使學習者隨時隨地能線上學習，學校教學管理部門還需優化課程設置，適量推行混合教學，認定線上教學學時，一周課程安排應使學生有充足時間用于自主學習，以提高教與學的效果。

5 結 語

混合教學關注學習的整個過程，使學生更加有效掌握學習內容[15]，實現了“教、學、思”的有機結合，提高了教學質量。線上平臺教學與課堂面授教學相結合，教師組織引導與學生自主學習相結合，個體獨立學習與團隊協作學習相結合，過程性評價與終結性評價相結合的教學模式改革取得了預期的效果。調查顯示，有84.3%的學生對混合式教學的發展充滿信心，72.5%的學生建議更多學生參與混合式教學。總的看來，雖然存在一些問題，但大多數接受過這種教學模式的學生都表現出較為積極的態度。事實上，沒有任何一種教學模式是適合所有課程的，因此在進行混合教學設計中，要充分調研，根據學生學情、學科的前沿發展和社會需求等制定合適的教學模式，并不斷改進以期取得最佳教學效果。