“線上+線下”環境下基于高階思維能力培養的“食品微生物學”項目式教學
——以“高產淀粉酶芽孢桿菌的篩選與誘變育種”為例

寧豫昌，張曉靜，潘春梅

（河南牧業經濟學院食品與生物工程學院，河南鄭州 450046）

2018 年教育部發布了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》，提出“各高校要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰‘水課’，打造‘金課’”，同時教育部高教司吳巖司長指出，國家將重點建設包括線上線下混合式“金課”在內的五類“金課”，并明確指出，“金課”應當具備的“兩性一度”即為高階性、創新性、挑戰度。布魯姆等人的認知目標分類學中，將學習目標從低到高分成6 類：知識、理解、應用、分析、綜合、評價。在此基礎上，安德森和克拉克沃爾等人對認知目標分類學進行了修訂，將學習目標由低到高劃分為“記憶、理解、應用、分析、評價、創造”，其中，“記憶、理解、應用”屬于初級認知的教育目標，“分析、評價、創造”屬于高級認知的教育目標，即對學生高階思維能力的培養目標[1]。高階思維能力的培養體現在學習者的問題求解能力、決策能力、批判性思維和創造性思維能力等方面[2]。伴隨著信息技術手段的進步和智慧教學工具的開發，越來越多的教師希望將傳統線下教學改造為“線上+線下”的教學環境，從而打破傳統教學的時間和空間限制，在教學模式、方法、手段、評價等方面開展新一輪的教學創新。而在這種“線上+線下”的教學環境下，如何實現對學生高階思維能力的培養，是值得高校教師深入探索的研究課題。“食品微生物學”是河南牧業經濟學院建設的“線上+ 線下”混合模式的省級一流本科課程，在實踐中開展了以“高產淀粉酶芽孢桿菌的篩選與誘變育種”為項目的教學案例，培養學生的高階思維能力，取得了令人滿意的教學效果，以此為例，對如何在“線上+線下”環境下結合項目式教學培養學生的高階思維能力進行探討。

1 高階思維能力培養對教學模式的要求

高階思維能力培養的基礎是學生對知識點的記憶、理解和應用，在此基礎上，需要學生能夠針對某個具體的工程實踐問題或科研問題，運用高階思維對問題進行分析，在解決問題的過程中對出現的新問題進行反思和自我批判，并不斷完善解決方案，最后對問題解決的過程和效果進行科學評價，并在此基礎上提出下一步的工作方向，或是將該問題的解決延伸到相關領域的其他問題[3]。由此可見，在高階思維能力培養過程中，學生獲得的高階知識和能力不再是對知識點的記憶、理解和簡單應用，而是在解決問題的過程中通過反復分析和評價，對自己已有的知識進行重新認識和聯系，并進一步學習和探索解決問題所需的新知識，在此過程中使學生的分析能力、決策能力、批判思維能力、創新能力等得到培養。那么，高階思維能力的培養對教學模式改革有哪些要求呢？

1.1 以實踐活動強化學生的主體地位

對于自然學科而言，高階思維能力的培養往往需要通過完成一定的實踐項目來達成，在完成實踐活動的過程中，學生通過不斷地分析、交流、實踐、批判、反思、再實踐等環節，不斷展現和發展其高階能力。此外，學生高階思維能力的培養效果，也唯有通過具體的實踐活動才能更加清晰地展示出來。傳統教學模式下，囿于學時的限制，教師往往以完成知識的講授為主要教學目標，即便在教學中抽空開展一些案例分析、課堂討論、翻轉課堂等，也多是幫助學生更好地完成對知識的理解和應用，而對學生高階思維能力的培養是有限的。借助互聯網平臺的“線上+線下”教學環境，學生可以在課余時間利用開放實驗室開展實踐活動，師生之間和生生之間則可通過網絡平臺、“釘釘會議”等對實踐中遇到的問題進行分析、交流，學生還可利用互聯網平臺對實踐活動的過程、效果、自我反思情況等進行展示。在不影響線下課堂教學的情況下，便可以利用開放實驗室和網絡平臺開展實踐活動，強化學生對知識的主動獲取和建構。

1.2 對教師開展教學活動的主導能力提出更高要求

在開展以學生為中心的高階思維能力培養過程中，教師作為教學活動主導者的地位不是弱化了，而是加強了。教師作為整個教學活動的主導者，要重點把握好3 個環節，一是設計，二是組織，三是評價。在開展以高階思維能力培養為目的的教學活動時，要以培養學生的分析能力、批判思維、決策能力、創新思維等為目標，若僅是對資料的收集和整理，或是利用較為簡單或單一的思路解決某一問題，則很難實現學生對高階思維能力的運用和鍛煉。因此，在進行教學活動設計時，應當注重問題的趣味性、真實性、綜合性、進階性、開放性等。而在活動實施過程中，教師則需要做好組織和引導工作，例如，教師在分組之前要了解每位學生的學習習慣、性格特點等，并依據他們的特點進行分組，幫助他們確定在小組活動中負責的主要工作，保證每個人在小組中都能發揮作用，積極參與小組活動。此外，如何利用網絡平臺開展小組交流、討論、展示，幫助學生解決難題等，也是教師在組織和引導中需要重點關注的問題。例如，可利用超星學習通平臺，要求學生定期上傳項目實施和小組活動的數據、照片、視頻等，利用即時交流工具，在課余時間參與各個小組的交流、討論，對于一些分歧較大、有難度的問題則可以在教室開展線下討論。在整個活動開展過程中，教師還需要做好評價工作，而評價的重點在于對活動過程的監控和管理，通過教師評價、小組間互評、小組內互評相結合的方式，及時掌握各個小組及個人的活動開展和參與情況，從而使教師能夠精確地對每個小組和每位學生進行指導和管理，保證所有學生都能積極、認真地參與教學活動，并在此過程中提高自身的高階思維能力。

1.3 教學過程要體現挑戰性、探究性和創新性

高階思維的培養目的是使學生能夠解決真實環境下的復雜問題，強調的是對知識、技能的綜合運用，對解決過程的分析、決策、批判、創新等能力。因此，高階思維的培養，需要為學生提供接近真實環境且具有一定挑戰度的任務。在任務完成的過程中，學生不斷面臨新的問題，需要他們對這些問題進行深入探究，通過小組研討、師生交流、文獻研究等，對自己的工作過程不斷加以反思和修正，正是通過對一個個問題的解決，來引導學生的學習、領會和反思，使學生掌握科學探究的方法，并在此過程中實現對其創新能力的培養。從另一個角度來講，具有探究與創新屬性的學術研究是高等教育和高水平教學的本質屬性，當然也是高階學習的本質屬性[4]。

1.4 時間、空間和方式的開放性

傳統的課堂教學模式，因為受限于時間、地點和方式的制約，并不能很好地勝任對學生高階思維能力的培養。要完成貼近實戰下的復雜任務，學生需要利用圖書館查閱資料，實驗室開展研究，課堂開展討論，甚至到企業和科研院所去參觀和學習。因此，高階能力的培養需要為學生盡可能地提供完成任務所需的各種空間場所。此外，高階思維能力的培養，需要學生有充足的時間開展交流、討論、研究、實踐等，利用目前流行的各類即時交流APP，可以在課余的任何時間開展上述工作。而在方式上，則可以采取小組討論、師生交流、組間交流、實踐操作、成果展示、成果匯報等多種形式。

2 如何以項目式教學實現高階思維能力的培養

項目式教學來源于杜威（John Dewey） 的“做中學” （Learn by doing） 實用主義教學理念與庫珀（David Kolb） 的體驗式學習理論（Experiential Learning） 等，其核心思想是通過現實世界中的真實問題捕捉學生的興趣，并喚起其深度思考，在解決問題的情境下，使學生獲得與應用新的知識[5]。項目式教學的范圍包括但不限于案例分析、討論匯報、綜合實踐等，課程以“高產淀粉酶芽孢桿菌的篩選與誘變育種”為實踐探究項目，并將其分拆為3 個分項目，每個分項目劃分為若干個分解任務，在完成這些任務的過程中，對一系列的問題開展深入的探究，從而實現對學生高階思維能力的培養。

具體設計思路見圖1。

圖1 項目設計思路

由圖1 可以看出，該項目的設計可以將課程幾個重要的章節內容串聯在一起，如微生物的形態與結構、微生物營養、微生物生長、微生物代謝、微生物遺傳育種、微生物鑒定等，從而可以使學生將各章內容完整地串聯起來，構建起系統性的知識架構。此外，在完成各項分解任務的過程中，引導學生深入思考與之相關的科研問題，對自己的實驗設計、操作過程、數據處理和分析等進行討論和反思。

2.1 項目實施前的準備

在項目實施之前，首先對學生進行分組，每組4～5 人，要注意將不同性格、不同學習能力的學生進行搭配，并在超星學習通建立小組空間，由各個小組進行小組命名和簡介，創建小組頭像，通過這些方式初步建立小組成員的團隊意識。在項目正式實施之前，以文獻資料的學習為主，教師幫助學生查找與項目相關的文獻，各小組按要求進行文獻學習，并定期進行文獻學習的匯報與討論，這些討論可通過網絡在線視頻的方式開展，可根據學生和教師的時間靈活安排討論時間。通過文獻學習和匯報、討論，使學生能夠較為深入地理解項目的背景、研究思路等。由于此前，學生大都沒有學習過專業文獻的檢索和閱讀訓練。因此，在文獻學習階段，教師可先花一點時間指導學生如何進行文獻的檢索，如何通過文獻獲取有用的信息，如何對信息進行分析和總結等。在“線上+線下”的教學環境下，教師可錄制相關的教學視頻，上傳學習空間供學生學習。然后，按照分項目的研究目的，要求學生分階段進行試驗設計，教師提供必要的指導，組織學生對實驗設計和擬采取的實驗方法進行反復討論和完善，在這個過程中培養學生的文獻閱讀與實驗設計能力。由于項目包括3 個分項目。因此，整個研究分為3個階段開展，每個階段都首先需要進行實驗技術路線和方法的設計。

2.2 項目實施

每一個分項目的技術路線和實驗方法確定之后，便可進入項目的實施階段。該階段學生利用課余時間在開放實驗室開展實驗，及時對實驗過程和結果進行拍照并記錄實驗數據，并將整理后的實驗結果與數據上傳至網絡的小組空間，學生還可以將實驗過程中的心得體會與心情瞬間等在小組空間進行分享，各個小組之間在小組空間進行線上交流與評價。每一階段的分項目完成之后，各小組要進行匯報，對教師提出的實驗探究問題進行解答，并接受教師與其他學生的提問。教師與學生代表共同組成答辯評委，對各組的匯報情況進行評價；此外，每個小組由組長組織成員之間的評價。每一項任務的完成通常都不是一帆風順的，雖然事先制定了技術路線和方法，仍然會出現各種各樣的問題和困難，每次出現問題，學生一起積極地找問題、查文獻，尋找解決方法，在此過程中不斷地對自己的研究過程進行批判、反思、再實踐，從而實現對自己高階能力的培養。在整個過程中，教師所扮演的角色主要是組織者，并提供必要的指導。

為了保證項目安全、順利地展開，采取了一些必要的措施。例如，對學生進行儀器設備，如高壓蒸汽滅菌鍋、干熱滅菌箱、超凈工作臺等的培訓和考核，通過考核的學生方可獨立進行操作。學生進出開放實驗室需要進行指紋打卡，使用儀器設備必須進行登記。一些有難度的實驗項目，例如酶活性的測定、菌株的分子鑒定等，要求學生先進行預實驗，從而保證正式實驗能夠比較順利地開展。此外，要求每個小組每周組織一次組會，就這一周的實驗進展情況、數據處理與分析、下周的工作計劃等進行討論，并寫出組會的會議記錄提交至小組空間，供各組之間互相學習，同時方便教師及時掌握每組的項目進展情況。

2.3 項目總結

待項目結束之后，組織學生針對項目實施過程中的心得體會、收獲與遺憾、未來的計劃，以及對教師的意見和建議等開展交流總結。項目總結會的目的，主要是為了讓學生對自己在項目實施過程中的表現、收獲、感想等進行反思，同時也讓學生對項目教學的組織、實施過程等表達意見和建議，幫助教師更好地改進教學方法。通過這樣的項目總結會，學生普遍感受到自己對理論知識的理解和認識更加深入，自己的實踐能力、研究能力、分析總結能力、解決問題的能力、交流能力等得到了顯著提高，對開展科學研究所需要具備的能力和素質有了比較深刻的體會。項目的開展并非都會順利，也并非都會成功，但重要的是在此過程中，學生能夠更加深入和準確地把握課程的重要知識和技能，體驗到科學研究的艱辛和成就感，鍛煉了自己的探究能力和創新能力等。此外，通過長時間的合作與交流，學生團隊合作的意識和責任感也得到了培養，這對促進全體學生的共同進步發揮了重要作用。

3 結語

傳統的大學課堂重視的往往是學生對知識點的理解和應用，缺少的是對學生高階思維能力的培養。研究表明，項目式教學是培養學生高階思維能力的一種理想的教學模式。這種教學模式通過“做中學”“基于項目的學習”，將理論學習、實踐鍛煉、互動交流、探究與思辨等融合在一起，使學生深度參與到教學過程中來，有效提高了學生學習的主動性，不僅幫助學生強化對知識的記憶、理解和應用，更有助于培養學生的分析、評價、創造等能力，是一種適合創新型人才培養的教學模式。但是，這種教學模式的實施，無論是時間還是空間，都需要師生突破傳統課堂教學的約束，利用教室、實驗室、圖書館、互聯網等構建起一個混合式的教學時空，對教師的管理和組織能力等也提出了更高的要求。