基于“以美育人”的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐

張耀文 白虹 唐朝暉

［摘 要］ 通過探討美育在高等教育階段和一流學(xué)科建設(shè)中的重要意義，以華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心構(gòu)建的基于“瓊脂藝術(shù)”的系列實(shí)驗(yàn)課程為切入點(diǎn)，探索美育助力高校生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的可行性路徑。實(shí)踐結(jié)果表明，這種融合美育理念的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有效提升了生物學(xué)科的教學(xué)實(shí)效性，有利于培養(yǎng)具有審美素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，為落實(shí)立德樹人根本任務(wù)創(chuàng)建一流的支撐保障條件和教學(xué)體系。

［關(guān)鍵詞］ 美育；多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)；審美素養(yǎng)；創(chuàng)新意識(shí)

［基金項(xiàng)目］ 2020年度華中科技大學(xué)國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“應(yīng)用斑馬魚模型研究BCD發(fā)病的病理機(jī)制”（82071010）

［作者簡(jiǎn)介］ 張耀文（1990—），女，河南周口人，碩士，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心工程師，主要從事生物工程與系統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究；白 虹（1978—），女，甘肅慶陽人，博士，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心高級(jí)工程師，主要從事生物藥物分析和天然藥物化學(xué)研究；唐朝暉（1968—），女，江蘇鎮(zhèn)江人，博士，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心正高級(jí)工程師（通信作者），主要從事人類醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)及綜合性實(shí)驗(yàn)研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）29-0001-04［收稿日期］ 2022-09-29

美學(xué)教育，即美育，是培養(yǎng)和提升學(xué)生理解、熱愛和創(chuàng)造美的能力的教育［1］，它能夠?qū)⒄J(rèn)知、意識(shí)和情感從三個(gè)維度上進(jìn)行融合，讓藝術(shù)滋養(yǎng)心智的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生的理性思維和感性思維都得到鍛煉［2］。不同于培養(yǎng)藝術(shù)類專業(yè)型人才的“專業(yè)美育”，自然學(xué)科的美學(xué)教育應(yīng)秉承“向美而行，以美育人”［3］的教育理念，在遵循學(xué)科之間知識(shí)交叉滲透的發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合自然學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)特色，將美育理念有機(jī)融入，最大限度地發(fā)揮美育在健全人格、激發(fā)創(chuàng)造等方面的作用，達(dá)成一流人才培養(yǎng)及一流學(xué)科建設(shè)的目標(biāo)。我院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心自2017年起，積極規(guī)劃、挖掘生命科學(xué)中的美學(xué)元素，建設(shè)以“瓊脂藝術(shù)”“生物標(biāo)本藝術(shù)”等多個(gè)主題的多層次、成系列的實(shí)驗(yàn)課程，從凝練美學(xué)元素、強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)、選擇恰當(dāng)方法等方面努力推進(jìn)審美視點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合，形成美育與自然學(xué)科整體化、協(xié)同化發(fā)展的育人機(jī)制，從而構(gòu)建科學(xué)合理的美育實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

一、關(guān)注生命之美，凝練生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的美學(xué)元素

（一）生命科學(xué)中的美學(xué)元素

生命科學(xué)是研究、闡述生命現(xiàn)象及其發(fā)展規(guī)律的科學(xué)，是與人類生活、社會(huì)發(fā)展有著廣泛而密切聯(lián)系的學(xué)科。美學(xué)元素不僅存在于研究對(duì)象生物之中，還貫穿于理論體系的架構(gòu)之中［4］，即包括了自然美、社會(huì)美、藝術(shù)美、科學(xué)美等多個(gè)方面。其中，自然美是與生俱來的，如蝴蝶翅膀的色彩與圖案、鳥類求偶時(shí)的“舞蹈”等；社會(huì)美是人們對(duì)生物某些物種自然特征認(rèn)識(shí)的深化，如樹木的不畏嚴(yán)寒酷暑、荷花的出淤泥而不染等；藝術(shù)美是生物體奇妙的自然形態(tài)，通過人的加工和改造形成的，它傾注了創(chuàng)作者的思想情感，如加工制成的葉脈書簽、動(dòng)植物標(biāo)本、微生物切片等；科學(xué)美則是在生命科學(xué)理論研究與探索過程中產(chǎn)生的，如神奇而美麗的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示、色彩各異的熒光菌的發(fā)現(xiàn)及重構(gòu)等。無論是宏觀還是微觀、表面色彩還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)、靜止還是運(yùn)動(dòng)，形形色色生命體及生命現(xiàn)象的美讓人嘆為觀止，在探究生命奧秘中感受思辨、邏輯之美，令人樂此不疲。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中美育材料的挖掘

細(xì)菌、真菌、線蟲、果蠅、斑馬魚等，其生長(zhǎng)繁殖、遺傳變異、衰老死亡等生命活動(dòng)過程中皆蘊(yùn)藏著生物多樣性的形態(tài)之美和生命本身的活力之美［5］，這些富含美學(xué)元素的生物學(xué)資源作為審美資源的同時(shí)，也是開展多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)很好的材料。但是由于目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多重理論學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練，課堂上少了些許科學(xué)與藝術(shù)碰撞的靈動(dòng)與活潑，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)偏向機(jī)械與重復(fù)。因此，我們結(jié)合“現(xiàn)代生命科學(xué)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)”等實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容，以審美化教學(xué)為導(dǎo)向，把發(fā)現(xiàn)美、創(chuàng)造美和表現(xiàn)美的理念融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程，凝練若干可能體現(xiàn)美學(xué)教育的基本美學(xué)素材，形成不同的美育主題：以微生物彩色菌種開發(fā)、利用為基礎(chǔ)的“瓊脂藝術(shù)”實(shí)驗(yàn)；以體驗(yàn)遺傳規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程的“果蠅眼色與性別的遺傳分析”；以觀察、體驗(yàn)生命科學(xué)自然美為主的“栩栩如生的動(dòng)植物標(biāo)本藝術(shù)”“微視野下細(xì)胞的結(jié)構(gòu)美”等，并針對(duì)這些素材的特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，達(dá)到潤(rùn)物細(xì)無聲的教學(xué)效果。

二、優(yōu)化教學(xué)方法，將美學(xué)元素與教學(xué)環(huán)節(jié)深入融合

在生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，無論是野外實(shí)習(xí)對(duì)各種動(dòng)植物的觀察、辨認(rèn)，還是教室中顯微鏡底下的菌絲、細(xì)胞，都能直接觸發(fā)大多數(shù)學(xué)生對(duì)生物體精美的外形、平衡的結(jié)構(gòu)、絢爛的色彩等的美學(xué)感受。然而更深層次的科學(xué)美、藝術(shù)美，則需要通過分層次、分課程、分項(xiàng)目地設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)來引導(dǎo)與培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生命科學(xué)的審美意識(shí)。

（一）“瓊脂藝術(shù)”的美學(xué)內(nèi)涵

地球上的微生物種類有一萬億之多［6］，其中，很多微生物在生長(zhǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生有顏色的次級(jí)代謝產(chǎn)物，如青霉菌的青綠色、黑根霉的黑色、紅曲霉的橙紅色等。另外，綠色熒光蛋白等可以發(fā)熒光的蛋白重組進(jìn)質(zhì)粒后，在細(xì)菌體內(nèi)通過表達(dá)，也可以使細(xì)菌呈現(xiàn)一定的顏色。五顏六色的微生物給人以直接的視覺美感，賦予了“瓊脂藝術(shù)”豐富的美學(xué)內(nèi)涵。

2015年開始，美國微生物學(xué)會(huì)（ASM）發(fā)起了瓊脂藝術(shù)大賽。該比賽以瓊脂為畫布、菌落為顏料進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，將科學(xué)與藝術(shù)完美結(jié)合，引起了很多學(xué)者、學(xué)生等群體的追捧。參賽者根據(jù)設(shè)計(jì)圖案，將活的微生物以“繪畫”的形式接種到適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上，使其生長(zhǎng)、發(fā)色，從而呈現(xiàn)理想中的彩色圖案。但與普通顏料不一樣的是，這些由微生物產(chǎn)生的色彩需要在適當(dāng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)才能顯示，其中涉及培養(yǎng)基成分、不同菌種的培養(yǎng)條件、菌種之間兼容等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。且顏色選取、色彩搭配、繪圖筆法等要求學(xué)生不僅有一定的藝術(shù)修養(yǎng)，還要有一定的科學(xué)素養(yǎng)，這些都構(gòu)成了“瓊脂藝術(shù)”獨(dú)特的內(nèi)涵美。

（二）基于“瓊脂藝術(shù)”的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)

我院從2017年開始，將這個(gè)集科學(xué)與藝術(shù)為一體的“瓊脂藝術(shù)”理念引入實(shí)驗(yàn)課程中，結(jié)合“現(xiàn)代生命科學(xué)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)”（16學(xué)時(shí)）、“微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”（32學(xué)時(shí)）、“生命科學(xué)大實(shí)驗(yàn)”（64學(xué)時(shí)），以發(fā)現(xiàn)、構(gòu)建新彩色微生物為科學(xué)美學(xué)目標(biāo)，將傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合起來，形成一個(gè)環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的“瓊脂藝術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)（見圖1）。該系統(tǒng)既可以應(yīng)用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也可以作為課外實(shí)踐研究的主題方向。

“瓊脂藝術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)由三個(gè)不同層次的教學(xué)環(huán)節(jié)（見表1）構(gòu)成：微生物彩繪、彩色微生物菌種篩選與鑒定、熒光微生物菌種構(gòu)建與表達(dá)。

在“微生物彩繪”教學(xué)中，學(xué)生利用教師準(zhǔn)備好的有色菌液作畫，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)要求較低，因此授課對(duì)象為生命學(xué)院低年級(jí)的學(xué)生。通過錄像、色板等展現(xiàn)微生物色彩及其生成過程，并訓(xùn)練學(xué)生瓊脂平板作畫技巧，讓他們能夠自由發(fā)揮，體驗(yàn)彩色微生物繪畫的魅力。

“彩色微生物菌種篩選與鑒定”及“熒光微生物菌種構(gòu)建與表達(dá)”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目集合了微生物學(xué)、分子生物學(xué)等多門學(xué)科知識(shí)，實(shí)驗(yàn)難度較大，授課對(duì)象為生命學(xué)院高年級(jí)學(xué)生，且要求學(xué)生有一定的實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)和對(duì)藝術(shù)美的感知能力。圖2為學(xué)生在生科大實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建的熒光光譜藍(lán)移的EGFP（Enhanced Green Fluorescent Protein， EGFP）突變體（T65S，Y66H）的熒光表達(dá)情況。

（三）應(yīng)用現(xiàn)狀與教學(xué)成果

教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，這種將科學(xué)教育與人文精神相結(jié)合的學(xué)科交叉實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能夠激發(fā)低年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升高年級(jí)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，幫助學(xué)生將交叉融合的學(xué)科知識(shí)內(nèi)化，達(dá)到以美啟真、以美促智和以美揚(yáng)善的教學(xué)目標(biāo)。自應(yīng)用以來取得了較好的教學(xué)效果：學(xué)生經(jīng)過多層次“瓊脂藝術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其他主題的美育教學(xué)后，對(duì)生命科學(xué)有了新的認(rèn)知，堅(jiān)定了生命科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)科方向，轉(zhuǎn)專業(yè)的人數(shù)逐年下降；學(xué)生參與課外課題研究的積極性被激發(fā)出來，許多學(xué)生將相關(guān)課題作為參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究項(xiàng)目和全國大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽的研究方向，近三年獲得了全國特等獎(jiǎng)1個(gè)、一等獎(jiǎng)3個(gè)、二等獎(jiǎng)6個(gè)、三等獎(jiǎng)5個(gè)。

三、強(qiáng)化師資建設(shè)，實(shí)現(xiàn)美育實(shí)踐協(xié)同育人新模式

教師是美育的實(shí)施者和文化的傳承者［7］，其教育理念、知識(shí)結(jié)構(gòu)、眼界視野等因素決定著高校美育的質(zhì)量和高度。所以要進(jìn)行有持久生命力、表現(xiàn)力、能自然融入生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的美學(xué)教育，需要把“師資美育”放在首位，它是美育體系的實(shí)施基礎(chǔ)和必備條件。首先教師要具有良好的課業(yè)傳承能力［8］，能夠以知識(shí)為載體，根據(jù)學(xué)生的心理發(fā)展特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，通過優(yōu)美的語言、精美的PPT、精彩的教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)豐富多彩的美育情境［9］。在提高教育教學(xué)能力的同時(shí)，教師也要在指導(dǎo)思想上樹立正確的“美育”理念，重視自身美學(xué)修養(yǎng)的提升，以德施教、以德立身。

如何充分挖掘?qū)W生的美學(xué)意識(shí)，將專業(yè)技能和審美能力真正結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳承、能力培養(yǎng)及價(jià)值引領(lǐng)和諧統(tǒng)一的協(xié)同育人新模式是一個(gè)值得探索的命題［9］。其實(shí)美育元素隱藏在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，是一種從無到有、從失敗到成功、充滿邏輯、富有創(chuàng)造的“痛并快樂著”的美學(xué)感受，雖不易體會(huì)，卻是生命科學(xué)探究中科學(xué)美的精髓。可以盡可能地從實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)材料、研究?jī)?nèi)容等方面給學(xué)生自由，進(jìn)行開放式教學(xué)，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)探索，獲得更深層次的科學(xué)美學(xué)體驗(yàn)；還可以引導(dǎo)學(xué)生注重對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，在對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果不斷的反思中體會(huì)邏輯的魅力，增強(qiáng)自信。

結(jié)語

生物技術(shù)的發(fā)展日新月異，在造福人類的同時(shí)，也帶來了克隆技術(shù)、基因技術(shù)等沖擊傳統(tǒng)倫理道德觀的一系列社會(huì)問題［2］。所以在生物學(xué)科的教學(xué)中，從學(xué)科的知識(shí)架構(gòu)中挖掘出美育教學(xué)資源，并整合成為系統(tǒng)化的課程體系是高校改革的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)立德樹人根本任務(wù)的必經(jīng)途徑，對(duì)社會(huì)的和諧進(jìn)步和穩(wěn)步發(fā)展具有重大意義。

華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堅(jiān)持“理工醫(yī)交叉”的發(fā)展思路，發(fā)揮工程人才培養(yǎng)體系優(yōu)勢(shì)，依托美育平臺(tái)提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文精神，引導(dǎo)他們將科學(xué)技術(shù)合理地用于社會(huì)主義和諧社會(huì)的構(gòu)建中［10］。我中心以目前構(gòu)建的“瓊脂藝術(shù)”多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)為切入點(diǎn)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)推進(jìn)課程美育的建設(shè)，積極拓展美育環(huán)境支撐下的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)新渠道。同時(shí)，在當(dāng)下教育信息化發(fā)展的趨勢(shì)下，我們將積極整合優(yōu)質(zhì)的線上美育資源，構(gòu)建美育背景下的生物學(xué)科混合式教學(xué)平臺(tái)，形成線上、線下融合發(fā)展的新格局。

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Multi-Levels Experimental Teaching Reform Based on “Cultivating with Aesthetics”

ZHANG Yao-wen， BAI Hong， TANG Zhao-hui

（College of Life Science & Technology， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan， Hubei 430074， China）

Abstract： By exploring the significance of aesthetic education in the stage of higher education and the construction of first-class disciplines， and taking the experimental courses based on Agar Art as the starting point， feasible paths for biology experimental teaching in colleges and universities are explored to drive the construction of aesthetic education system. The teaching results indicate that the diversified experimental teaching system combining the concept of aesthetic education has effectively improved the teaching effectiveness of biology， and conducived to cultivating top-quality and application-oriented talents with aesthetic attainments and innovative consciousness， which helps to implement the fundamental task of “building morality and cultivating talents” with first-class support conditions and teaching system.

Key words： aesthetic education; multi-levels experimental teaching; aesthetic attainment; innovative consciousness