基于高校創新型人才培養的微生物學課程教學改革與實踐

李云霞，蘇鴻雁，佘容，羅宗龍，楊曉燕

（1.大理大學農學與生物科學學院，云南大理 671003；2.大理大學東喜瑪拉雅研究院，云南大理 671003）

創新包括知識創新、思維創新和技能創新，創新人才教育作為一種新興教育模式，是教育理念、內容、方法、形式等多途徑、多方面的創新。國務院辦公廳印發的《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》提出，各地方和高校應加強對創新創業的重視，將創新創業與專業教育相結合，緊密聯系實踐，健全創新創業教育體系，進一步推動“大眾創業、萬眾創新”[1-2]。同時高校在服務地方經濟建設和區域社會發展中又肩負著重要使命，須尋求一種行之有效、普適性強的高校大學生創新能力培養模式來滿足社會發展的需要[3-4]。

高校人才培養過程主要由一系列課程體系中不同的課程教學構成[3]，微生物學作為一門集理論性和應用性為一體，以實驗為基礎的課程，對理、工、農、醫等學科多個專業的人才培養都起著非常重要的支撐作用。一方面，微生物學課程與這些專業人才培養方案中的許多課程密切相關，教學效果直接影響學生對其他課程的理論學習和實踐技能訓練； 同時微生物學與人類的生產生活聯系緊密，將枯燥的理論知識結合實例、聯系地方經濟發展進行講述，容易使學生將理論知識具象化，產生專業學習興趣；此外，生命科學研究領域的許多重大突破源于微生物，在學生的創新思維訓練方面具有突出優勢。因此，基于高校實際，開展微生物學課程改革在創新型人才培養方面的探索和實踐很有必要。本文以大理大學應用示范課程建設項目為支撐，對微生物學課程從教學內容、教學方法和手段、實驗教學模式、課程評價體系及科研促進教學等方面進行了改革探索和實踐，在學生專業學習和創新能力培養方面取得較好效果。

1 以課程思政為基礎，重構課程教學內容

微生物學課程在教學內容組織上結合思政育人，實現知識、能力和價值觀統一的教學目標。教學過程中注重挖掘中華文化中的微生物元素，如在古代農業種植、食品加工與保存方面介紹中華民族在認識自然、與自然和諧共處中的智慧，強化學生的文化自信，加強對傳統文化的理解和感悟； 同時作為位于云南的地方性大學，結合云南將全力打造世界一流的“綠色能源牌”“綠色食品牌”“健康生活目的地牌”三張牌，以及云南省大力發展的八大產業中的生物醫藥和大健康產業、高原特色現代農業等當地經濟發展政策，引導學生認知專業學習的重要性。

同時本課程緊跟學科前沿，將最新的理論和技術創新融入理論教學，激發探索欲望，以實踐性強的教學內容激發和培養學生的創新思維。如以腸道微生物與人類健康、土壤微生物與植物、全球氣溫變化與土壤微生物之間的相互關系研究進展，介紹功能類群、功能基因等前沿知識，比較宏基因技術和傳統純培養技術的優缺點，引導辯證思考，激發創新思維；增加微生物菌肥、生防菌劑研發與綠色食品需求和生態保護等內容，引導學生從實踐的角度，思考在國家實行生態文明戰略的當下，如何應用生物學、生態學知識去服務生態文明及經濟建設。

2 多手段改變教學方式，激發學生學習熱情

2.1 學情調查及分析

在每次課程教學正式開展之前，微生物學教學團隊會對教學班級進行整體調查，因材施教。調查分兩個層級，第一個層級的調查對象為班主任及已為該班級上過專業課的教師，調查內容為班級整體學習狀態、學生對專業的認識、個體學習狀況及需要重點關注的學生； 第二個層級的調查對象為學生，通過班級學習委員，匿名征集班級內學生對已經開設課程尤其是對微生物學先導課程的學習心得，對微生物學課程的認知，對教學內容、教學方法及考核辦法等的建議和意見。

以往調查發現學生對專業的認可度普遍較低，學習目標模糊，缺乏對未知領域的探索精神，對常見的灌輸式教學反感但又習慣被動式教學，對已經開設的課程之間的相互關系不理解，無系統化掌握知識的能力，故而產生課程學而無用的心理。學生動手能力差，希望增加應用型實踐課內容，增加討論環節，讓學生參與教學過程等。

2.2 以學生為中心，優化教學模式

結合學情調查及往屆學生對微生物學課程的教學反饋，微生物學教學團隊以學生為中心，以課程教學目標為導向，采用多種教學模式，引導學生積極參與課程教學的過程，培養終生學習的能力，激發學習熱情。

2.2.1 以課程學習小組形式組織課堂內外、線上線下的教學

網絡時代學生獲取知識的方式更加多樣，課前借助QQ、釘釘和雨課堂等網絡平臺，以課程學習小組為單元，開展課前預習、自學、資料查閱、PPT 和展板制作及講解、課堂討論、實驗課準備、實驗操作和考核，培養學生的團隊協作精神。學習小組以組長負責制推進課程學習，組長向教師匯報組員的參與情況和學習狀態。學生根據各自特長、自學情況、興趣愛好和延展性探索開展課外學習，以小組為單位制作PPT 或展板，并在課堂上展示和講解，組織學生進行相互評價后教師再做點評，同時課后以小組形式進行歸納總結，這種方式體現了課程的高階性、創新性和挑戰度，極大地激發了學生的學習熱情，充分調動了學生的學習自主性，也培養和鍛煉了團隊協作能力、動手能力和創新思維。

2.2.2 重用創新思維培養的啟發式案例和討論式教學

創新人才培養的關鍵是在教育過程中為學生植入創新的意識和理念，讓學生養成善于思考的習慣，掌握科學的方法并貫穿整個大學學習階段乃至以后的工作中。啟發式教學不僅可以激發學生的學習興趣，還可以培養學生的創新思維能力，討論式教學可充分調動學生的積極性和主動性，激發學生的探索和求知欲望[5-7]。微生物學以課程學習小組為單位，課前預習、查閱并整理資料，在開始學習新章節知識之前，課前有知識導讀并布置任務，提出一些具體的現象和問題，根據學生回答情況結合章節重難點進行講授，從而將學生的思維引導至所要學習的內容，并嘗試在不同知識點、課程之間建立聯系。例如，在理論課第八章微生物生態學的教學中，以專題討論的形式，結合全球氣溫升高的挑戰，介紹了微生物在生態系統中的功能、微生物在這個過程中發揮了什么作用。在課程學習小組針對這些問題進行集體準備后，再開始新內容的學習。鑒于學生還未進行生態學課程的學習，在課前還會提前要求學生去查閱相關資料，預習相關內容。結合導入部分的討論及課前資料查閱和整理的情況，課堂上請學習小組結合課前準備回答以下幾個問題：生態學研究的主要對象？三大生物中誰是生態學的主角？ 為什么？ 生態學的未來？通過對這些問題的分析和討論，引導學生去發現問題、分析問題和解決問題，并了解生態學的研究前沿。學生的思考、分析和對問題的觀點凝練貫穿在整個專題討論過程中，學生的學習積極性被充分調動，還能體會理論和實踐之間的聯系，進一步激發學生對專業課的學習興趣，鍛煉其團隊協作、組織和表達能力，培養創新思維。

2.2.3 課后結合科技前沿和社會熱點設置綜合能力提升型思考題

鑒于目前學生缺乏系統化知識和創新思維等問題，我們有針對性地設置了作業題目，旨在改變學生的學習態度和對課程學習的固有認識、拓展學科視野，促使學生正確認知課程價值和專業價值。設置了知識應用能力提升型題目，如：（1）土壤微生物與土壤肥力，（2）微生物與環境保護；知識系統化能力提升型題目，如：（1）比較微生物與動植物在能量代謝方面的異同點，（2）試闡述生防菌劑的概念、種類及研發現狀和面臨的問題；熱點及前沿問題，如：（1）從耐藥菌的角度論述世界醫療面臨的問題及應對策略，（2）結合傳染與免疫學知識，談談你對新冠疫情的認識。這些題目的設置雖然在課程開設初期讓學生不習慣，覺得難以回答，但在引導學生系統化知識學習、理論指導實踐和創新思維鍛煉方面發揮著非常重要的作用，實現教書和育人的融合。

3 在實踐中培養動手能力和創新思維

實驗課是學生動手能力培養的基本平臺，也是創新思維形成的孵化器，但目前大多數實驗課都是實驗教師準備、學生不問為什么的機械化操作，學生主動性和參與度都不足，上完實驗課無法獨立完成核心實驗的全程操作，也無法實現創新和實踐能力培養的人才目標。因此，微生物學實驗課仍以課程學習小組為單位的自主學習為主，學生需要從實驗準備階段即開始進入實驗課學習過程。實驗課的準備部分，由實驗準備教師直接負責技術指導和評價，研究生協助，分組、分實驗項目循環指導。不僅必修實驗課中綜合實驗項目所需用品在教師的指導下自行準備，課外以開放實驗室等方式進行實驗，如大型真菌栽培試驗，從菌袋制備、各類試劑和多種培養基、消毒器皿等也都由學生按組參與準備。這樣學生不僅能熟悉相關儀器與使用方法、準備步驟、注意事項，也能強化操作技能，知其然、也知其所以然，還可以激發學生的實驗興趣，為實驗課的探究做好思想準備。在實驗過程中，鼓勵學生的創新想法并支持實踐，操作技能好的學生有適當加分并現場表揚，永久收藏染色質量好的片子，以激勵學生自覺提高操作技能。這充分體現了以學生為主體的教育方針，發揮學生在學習過程中的主觀能動性，達到事半功倍的效果。

長期以來，學生的實踐和創新能力培養一直受限于專業課程實驗項目數量、課時、授課人數等，使實踐課程的教學效果非常有限。開放實驗室作為一種彌補傳統課堂教學不足的全新實驗室管理模式，可以有效地整合教育教學資源，發展探究式實驗教學[8-10]。實行全年開放的微生物實驗室開放模式，支持學生在課外基于微生物學課程的實驗項目開展延展性探索、實驗室開放項目和大學生科研基金申報和實施等。近五年來微生物實驗室支持微生物方向的各類學生項目100余項，獲獎50 余項。

4 優化課程成績評價體系，重過程考核

為了實現課程在人才培養中的作用，改變學生的學習習慣，團隊還對課程考核方式進行優化。理論成績部分的課堂及期末測試重點考查學生系統化知識掌握情況及應用知識解決問題的能力，占60%； 而課前預習、課堂討論、課堂筆記、PPT 展板制作及講解和作業共占20%；實踐成績不只看實驗報告（10%），實驗操作技術和團隊協作能力（10%）也作為學生成績的重要組成部分，這樣將單一依靠考試、作業進行成績評定的方式改為以學生學習能力為核心的評價方式，著重考核學生的課程參與度、作業完成度、思想獨立性、創新性和團隊協作性。

5 以科研促教學，激勵創新

科研促教學，是提高高校教育水平的重要途徑[11]。微生物學課程教學依托團隊科研，緊跟科學前沿，關注社會熱點問題，及時更新知識體系和教學技法，理論聯系實際，使學生從更加全面的視野理解所學專業的價值，提高專業認同感和學習熱情，激勵和培養學生的創新思維。在實踐教學中，團隊充分發揮教師科研優勢，支持學生進行獨立探索和實踐，激勵學生的自主探索，進行創新性思維的鍛煉，以點帶面，帶動教學班級內學生的學習熱情，通過拓展學習和自主探索，促使學生獨立思考，引導學生圍繞地方和民族特色需求開展創新實踐。如指導學生申請的大學生科研基金——大型真菌（靈芝、平菇等）的栽培、洱海高效聚磷菌的篩選等結合地方經濟發展的項目，在課程結束后繼續深入研究，進而參加創賽科賽等各級各類創新創業比賽，獲得國家級獎勵6 項，省級獎勵11 項。通過微生物課程教學，越來越多的學生主動參與教師科研項目，教學團隊近5年來指導的大學生科研項目70 余項、開放實驗室項目41 項、創新創業項目78 項、畢業論文數量60 余篇。

教學相長，近年來教師團隊獲得“云嶺學者”“云南省中青年學術帶頭人稱號”、云南省自然科學獎三等獎等獎勵。科研為教學團隊的教學帶來多樣性、趣味性、可持續性和權威性，課程教學質量得到了學生和校院兩級督導的高度評價，2020年本課程入選云南省首批省級一流本科課程（線下課程）。此外，近5年來教學團隊成員還獲得云南省教學成果獎1 項，大理大學教學質量特等獎2 項，其他校級教學獎勵9 項。

6 課程改革在創新型人才培養中取得初步成效

通過微生物學課程學習中、學習后的跟蹤調查，本門課程的學習使學生的綜合能力、專業認可度、自信度及創新能力有了明顯的提升，具體表現為學生對課程的評價非常好，參與課程教學團隊教師科研的比例高（40%），以微生物為研究對象的科賽項目和創賽項目多、獲得國家及省級獎勵的項目明顯增加，國家級獎勵有了突破；考研報考微生物方向的比例高（占報考比例的30%）；課后畢業論文選擇微生物方向的比例高（約40%），獲大理大學優秀畢業論文的比例也較高，學生以第一作者發表微生物方向研究論文數量和質量明顯提高，近5年共發表13 篇，其中SCI1 篇，核心期刊4篇。

盡管微生物課程改革在本校已經取得了一定成效，但針對大學生實踐創新能力培養的改革還存在一些問題和不足，例如課程教學信息化不足，學生參與科研的人數受限于教師團隊數量，部分學生的創新思路受限于師資、實驗條件和經費等尚不能得到實施、課程影響力不足等。今后在團隊梯隊建設時不僅要規劃塑造團隊特色科學研究方向，增加線上教學內容和互動、構建課程網上教學系統，還要增加區域民族特色實驗環節，繼續探索學生參與科研的模式，加強實驗室開放和指導力度，帶動更多教師和學生參與課程教學過程，擴大本門課程的影響力。