微生物生態學課程中培養本科生科研創新思維的教學方法探討
——以西華師范大學為例

鄒書珍，涂海蓉，黃 丹，康 迪

(西華師范大學 生命科學學院 四川 南充 637009)

生態學與人類的社會和經濟發展息息相關，肩負著保障社會經濟可持續發展的重大歷史使命[1]。該專業本科生的培養目標是使學生認識并有能力解決全球面臨的生態環境問題[2]。為了給國家和社會輸送環境治理技術和研究方面的高端人才，西華師范大學從2016年起開始招收生態學專業本科生。作為國家培養的環境治理人才，生態學專業本科生不僅要具備扎實的理論基礎，還應具備高水平的科研能力。然而，目前中國生態學專業的教育模式與社會需求明顯脫軌，高校培養的生態學專業學生不能完全滿足社會對高質量生態學專業人才的需求[2]。因此，構建符合新時期社會需求，并且具有科研創新思維的生態學專業人才，是生態學專業建設的核心內容[3]，也是西華師范大學生態學專業建設的使命。

微生物生態學是研究微生物及其生存環境間相互作用規律的科學[4]，該學科課程目標是提高生態學專業學生對微生物生態學的基本原理和研究方法的認知，使他們能夠掌握微生物在自然界的生態分布、微生物與其外界生物和非生物環境之間的關系，以及微生物在資源環境科學中的應用等系統的知識，以便達到國家對生態學專業學生的要求。筆者認為在微生物生態學課程中培養學生的科研創新思維，可以為生態學專業培養目標的達成提供專業理論基礎，為凈化和保護環境提供理論依據和各種技術措施，對生態文明建設“后繼有人”具有重要意義。

因此，文章針對生態學專業的教學目標和教學現狀，從加強“聯系”的角度闡明培養生態學專業本科生創新科研思維的教學方法，并以該種教學方法在西華師范大學第二屆生態學專業本科生微生物生態學課程教學中進行探索，以激發學生的科研興趣，為國家的生態建設培養接班人。

1 微生物生態學課程中培養科研創新思維的必要性和可行性

1.1 培養學生的科研思維是生態學專業教學目標的要求

生態學專業旨在培養：(1)具有良好的環境倫理觀和生態科學素養的價值觀，掌握生態學理論、知識和技能的新世紀生態文明的建設者；(2)具有多元思維模式，能在科研機構、高等學校、企事業單位及行政部門等從事生態學教學與科研、生態管理與開發、生態規劃與設計、生態監測、生態入侵防治、環境保護、生物多樣性保護、退化生態系統修復重建與功能提升的高級復合型專業人才；(3)視野寬闊、創新思維強、團隊協作意識強，且能進一步深造的有潛質的優秀人才。生態學專業所開設的課程是為培養學生的生態學思維以及環境檢測、生態保護與修復、生態管理、生態功能研究能力。因此，生態學專業本科生需要運用科研思維武裝基本技能，縝密地解決生態學問題。

1.2 微生物生態學課程是培養生態學專業學生科研思維的重要陣地

微生物生態學是基于微生物群體，重點研究微生物群落構建、組成演變、多樣性及其與環境的關系的交叉學科，在生態學理論的指導和反復模型擬合下由統計分析得出具有普遍意義的結論[5]。根據生物的“三域”學說，各個生物領域中均有微生物的身影[6]。所以，微生物生態學課程內容涉及很多生態學相關的知識體系，而這些知識體系與生態學專業開設的其它課程內容關系密切[7]。微生物生態學是一門交叉性很強的學科，學生若能將該門課程融會貫通，將成為一名符合生態學專業培養目標的高級復合型人才；再次，在微生物生態學課程中培養生態學專業本科生的科研思維能力，并完成相應的科研課題，有助于生態學專業本科生提前進入科學研究狀態，為進一步深造打下堅實的理論和實踐基礎，做合格的生態文明建設者。在微生物生態學理論框架的支撐下開展研究，并對研究結果進行反復模型擬合，由統計分析得出具有普遍意義的結論，是微生物生態學課程的內容，也是微生物生態學理論體系的最高形態。微生物生態學中所有內容均可以為形成生態學普適理論提供知識儲備。

1.3 微生物生態學課程教學存在亟需解決的問題

在目前微生物生態學課程的教學實踐中主要存在以下問題：(1)學生只注重考試成績，平時課后查閱延展性的資料較少，單純為了應付考試而采取死記硬背的方式學習較多；(2)實驗課程只是單純的重復教師的操作，無法利用已學的知識開展實驗并將理論與實踐相結合；(3)教師教學多以傳統的填鴨式授課方式為主，較少與學生互動[7]；(4)學生無法將該門課程與自己職業規劃和社會需求聯系在一起，對課堂內容缺乏興趣[8]；(5)教學方法和課程設計存在缺陷，無法實現提升生態學專業本科生的綜合素質這一教學目標[9]。微生物生態學課程共有80學時，其中理論教學40學時，課程實驗40學時。通過對西華師范大學本科生在該門課程的課程論文、實驗課程中綜合實驗操作和期末筆試內容中論述題答案的總結，發現學生無法融會貫通地掌握本門課程，無法在課程體系內外產生“聯系”。以上種種問題，都可以在科研創新思維的培養過程中逐步得以解決。

2 教學方法和教學手段改進探析

2.1 加強知識體系的聯系性

2.1.1 加強微生物生態學理論體系內部知識的聯系性

在講授微生物生態學內容時，緊密聯系微生物生態學的理論體系(圖1A)，根據該體系提出研究思路，可以引導學生提出正確的科學問題。在講授各個環境中的微生物時，以不同環境類型中的微生物展開，重點講清楚微生物與生態環境的關系。驗證微生物與生態環境關系時采集大樣本，利用微生物DNA/RNA等標記的方法，研究范圍從基因尺度到全球尺度，利用微生物與環境因子的關系分析微生物對生態系統產生的影響。微生物生態學課程內容中關于微生物與污染物的關系、微生物在地球化學循環中的作用、微生物作為生態環境污染物對生態系統產生的影響等內容，體現了微生物在生態系統過程中的作用，展現微生物在生態系統中的生態功能，該部分是微生物生態理論體系不可缺少的內容。

2.1.2 運用思維導圖強化思維的聯系性

思維導圖是表達發散性思維的有效圖形思維工具，它具有簡單高效的優勢，能夠幫助學生思考和記憶。運用思維導圖，一方面能夠讓學生直觀而迅速掌握章節知識點和邏輯構成，另一方面能夠讓教師掌握教授重點[10]，正確運用思維導圖可以有效提高教學質量[11]。圖1B為微生物生態學課程的思維導圖，其中包括微生物生態學課程的主要學習內容及其相互關系。首先,思維導圖能使學生直觀地認識微生物的世界，了解該課程的主要內容；其次，使學生發現微生物與環境和其他生物之間的聯系，并引導在“聯系”的過程中發現問題；最后，達到利用微生物生態學理論知識解決當前中國社會的生態學問題的目的。微生物生態學課程中利用思維導圖符合“認識世界，改造世界”以及“萬物存在聯系”的哲學觀點。

2.1.3 加強微生物生態學課程與生態學專業其他課程的聯系性

學校根據培養目標開設的生態學專業課程如圖1C所示。在講授微生物生態學課程時，學生已經學習了基礎生態學、生物化學、遺傳學、有機化學、無機化學、高等數學等課程，同時或者后續進行土壤生態學、污染生態學、生態工程、恢復生態學等課程學習。微生物生態學課程內容與其他課程有密切的聯系，比如土壤生態學課程中“土壤微生物生物群的相互作用關系”、恢復生態學課程中“微生物對污染物生態效應和降解作用”、遺傳學課程中“利用微生物證明核酸是遺傳物質”、生物信息學課程中“利用微生物生態模型模擬微生物生態學的普適結論”等。微生物是生態系統的生產者和消費者，在自然界的物質循環和能量轉換中扮演重要的角色,直接或間接地參與所有的生態過程。所以，應在教學設計中有意識地加強微生物生態學課程與其他課程的聯系，通過微生物生態學課程促進生態學專業本科生對其他課程的理解。

2.2 加強與學校資源的多元互動

充分利用學校的科研資源，發揮其在人才培養方面的優勢，從培養學生認識、分析、解決問題的能力入手是培養生態學專業本科生的科研創新思維的重要方式[12]，而互動式教學模式是以培養學生自主意識和創新能力為目標的教學模式[13]。因此，在課堂上結合學校資源并且加強互動教學可以幫助學生理解課程內容，培養學生的科研創新思維，提高學生的綜合能力。

2.2.1 加強學習小組的合作互動

合作學習建立在自主學習的基礎上，是教育發展的趨勢，小組合作是合作學習的主要方式之一[14]。科學研究強調團隊精神，團隊合作與創新研究是科學研究的主流模式[15]。所以，要想在微生物生態學的課堂上培養學生的科研創新思維，采取小組合作是有效的方式之一。教師完成授課內容后，在階段性復習時，可以將學生分成不同的研究小組并選舉組長，讓各小組將講授過的內容制作成詳細的思維導圖，授課教師可根據制作水平進行打分，并隨機選擇一組進行課堂展示。開展小組合作學習加強了學生之間的互動，調動了每位學生的積極性，不僅鞏固微生物生態學課程的內容，并且對學生的學習起到相互監督的作用。合作學習是通過加強學生之間的互動,突出學生在課堂中的主體地位，從而達到促進生態學專業本科生思維與能力發展的目的[16]，對學生的科研思維形成和發展具有重大價值和作用。

2.2.2 加強與授課教師的互動

在傳統的“傳遞-接收”式教學模式中，教師與學生間通過考試進行唯一互動，不利于學生能力的提高[17](圖2A)。在課堂上教師與學生互動，意味著師生互相尊重與接納[18]。在微生物生態學課堂上要以培養生態學專業學生的創新科研性思維為目標，通過共同備課、分組討論和考試等方式加強教師與學生的互動(圖2C)。任課教師通過共同備課，可以從學生的視角汲取課程知識，查漏補缺，提高自己的教學技能，并且結合教學重點，發現學生未完全掌握的知識點。在互動的過程中教師和學生要以科學研究的思維(圖2B)為指導，互動過程中可以通過討論研究熱點、交叉學科內容和研究項目的方式加強學生對微生物生態學課程內容的接受和理解。知識儲備是科研思維的物質基礎，有了一定量的基礎知識，才能發展出具有批判性的科學思維，在一定程度上，科學思維是基于認識的增加而慢慢構建起來的[19]。通過教師與學生的互動，不僅加強了學生對微生物生態學課程內容的學習，更拓展了學生的知識儲備，符合生態學專業的培養目標。

2.2.3 加強與科研工作者的互動

在高校，鼓勵本科生與教師進行互動是國家和時代的要求。目前，本科生加入課題組，并且選擇自己感興趣的研究方向后參與科研，變得越來越普遍，國家層面也鼓勵本科生加入科研團隊進行科學研究。教育部發布的《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》指出，“推動國家級、省部級科研基地向本科生開放，為本科生參與科研創造條件，推動學生早進課題、早進實驗室、早進團隊，將最新科研成果及時轉化為教育教學內容，以高水平科學研究支撐高質量本科人才培養”。本科生導師制度的發展和實踐，加強本科生與科研工作者之間的互動，不僅有利于充分發揮教師育人主體的作用，更符合培養高質量生態學專業本科人才的長遠目標[20]。

科學研究的選題是決定本科生科研成敗，應進行詳細的調研和論證。研究發現，本科生認為沒有正確的科研思維很難做出科研成果，是其參與科學研究的限制因素[21]。因此，在微生物生態學課程中，結合課程內容，滲透有關科研工作者及其團隊的科學研究方向，鼓勵學習自主了解有關團隊的研究內容和意義，并結合自己的興趣開展研究。隨后，在課程論文的研究中，幫助協調學生聯系指導教師，對該學生的科研論文進行指導，保證學生課程論文具有一定的理論意義和現實意義。在該模式中，通過科研工作者的指導，該專業的本科生能更好地理解微生物生態學的內容，科研能力得充分的發揮和訓練，并且導師能夠引導生態學專業本科生逐漸形成發現新的問題和解決問題的能力，制定科學的科研思路。因此，該模式主要通過提高生態學專業本科生與科研工作者的互動來增加生態學本科生和參與科研的積極性，進而達到提高生態學專業本科生科研創新思維的目的。

2.2.4 加強與生產實踐的互動

科學研究從認識問題開始，而認識問題離不開生產實踐，因為生產實踐為科學實驗提供新課題、物質基礎和實驗條件。西華師范大學生態學專業本科生實習課程包括進入野生動物自然保護區、大熊貓繁育基地和污水處理廠等場地開展參觀、學習和體驗等活動。授課教師可以提前篩選出與微生物生態學課程有關的實習方向，結合理論知識講授這些生產實踐活動中的微生物生態學知識，在學生進行相關實習時，能調用微生物生態學的理論知識，幫助學生實現知行統一，加強理論與實踐的聯系，激發學生認識問題，促進科研思維的初步形成。

2.2.5 加強課外開放性實驗小組的互動

課堂課程的結束，不是微生物生態學課程結束，而是生態學專業創新科研思維的開端。在微生物生態學的課程結束后，鼓勵學生組建科研興趣小組，選擇合適的研究內容，并以此作為本科畢業論文的選題，在教師的指導下，按照科學研究方法進行科研探索(圖2B)，撰寫可行的實驗方案并按照方案進行獨立實驗探索，定期撰寫科研報告。科學研究成果可以作為生態學專業學生進入更高學府求學的敲門磚。該模式可以讓學生切實參與到科研的每個過程，培養學生的科研思維能力，并且使該專業的學生獲得獨立開展科學研究的能力。

3 教學方法改進后的反饋

表1 西華師范大學2017級生態學專業本科生畢業論文研究方向統計

課程內容。

西華師范大學2017級生態學專業42名學生所選的本科畢業論文的指導教師均從事生態學方面的研究工作。如表1所示，76.19%的畢業論文內容設計運用微生物生態學課程內容解決生態問題，其中參與比例最多的是利用土壤微生物學的知識解決森林生態系統的問題(38.10%)，其次為利用腸道微生物的知識分析野生動物腸道微生物與食性和消化環境的關系(19.05%)。雖有23.81%的研究題目未涉及微生物生態學的相關知識，但結合其畢業論文指導教師的其他研究發現，畢業論文導師團隊也會涉及野生動物腸道微生物與食性的關系和人為干擾下野生動物腸道微生物的響應等方面的研究。

2017級生態學專業學生即將畢業，步入人生的下一個階段，目前有24位學生成功獲得攻讀碩士研究生的資格，根據提供的導師研究信息來看，這24位學生未來均可能從事土壤生態、林業生態、農業生態和海洋生態等方面的研究，且多名學生表現出極強的以微生物生態研究工作為終身目標的意愿。由此可知，該屆學生多數愿意對微生物生態學的相關專業的知識進行系統的科研思考，并在該課程結束后選擇相關的課題進行科學研究，并且愿意以該方面的科學研究為目標繼續深造。

4 結束語

本科生科研能力是創新素質教育的直接體現。生態學專業學子肩負著祖國的生態文明建設，必須具備科研創新能力。微生物生態學課程是生態學專業的重要課程，以微生物生態學為紐帶，加強生態學專業知識的聯系，整合學校資源，并引導學生加強與學校資源的互動是培養科研創新思維的有效教學方法。通過一輪課堂實踐反饋，微生物生態學課程已經初步達到“培養本科生的科研創新思維”這一教學目的。但研究中學生反饋環節執行時間短，無法進行系統的評價，使這項工作具有明顯的局限。因此，在未來的微生物生態學課堂中，筆者會繼續采用該教學方法，鍛煉生態學專業本科生的科研思維，并在教學實踐過程中總結該種教學方法的不足，及時改進。課程結束后繼續搜集他們本科畢業論文的研究方向、考研率和考研方向等信息，獲取連貫的數據，以更好地評估該種教學方法對培養生態學專業本科生科研創新思維的效果。