混合教學模式在微生物學課程教學中的應(yīng)用研究

楊玉榮 王淑娟 楊松滔 曹勇宏 張剛

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展及高等教育改革的不斷推進，混合教學模式受到越來越多的關(guān)注。混合教學模式強調(diào)將各種數(shù)字化教學方法應(yīng)用于傳統(tǒng)的課堂教學，能夠打破教育的時空局限，有利于培養(yǎng)學生的綜合科學素質(zhì)。本文以東北師范大學的專業(yè)基礎(chǔ)課“微生物學”為例，分析“線上自主學習+線下課堂教學”的混合教學模式研究，比較傳統(tǒng)教學模式的不足，以及混合教學模式所具有的時空靈活性、表達自由性、能力培養(yǎng)性、考勤高效性等優(yōu)勢，提出了基于線上自主學習背景開展線下課堂教學的“雙線”混合教學模式，即以顯著提高學生自主學習與創(chuàng)新能力為驅(qū)動力，以兩個“轉(zhuǎn)變”（即教師主體轉(zhuǎn)變以引導(dǎo)為主，學生主體轉(zhuǎn)變以自主學習為主）為設(shè)計理念的創(chuàng)新教學模式，為“微生物學”的教學改革提供科學依據(jù)。

生命科學在21世紀得到了令人矚目的發(fā)展，逐漸成為自然科學中最活躍的前沿學科之一。微生物學是生命科學的重要組成部分，主要基于分子、細胞或群體水平上研究微生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異等生命活動規(guī)律，進化與分類上的形態(tài)特征，以及與人類和自然界的相互作用關(guān)系等。微生物學的發(fā)展促進了現(xiàn)代生物學的誕生，并顯著影響著人類健康、社會進步及生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。同時，微生物學亦是應(yīng)用性很強的學科，它與數(shù)理化和信息科學交叉滲透，與醫(yī)藥健康、工農(nóng)業(yè)、環(huán)境生態(tài)保護等領(lǐng)域息息相關(guān)，在這些領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，微生物個體微小，難以直接用肉眼觀察；且微生物的生理生化過程較抽象，蘊含了大量的物理學、化學、生物化學等知識，導(dǎo)致“微生物學”課程內(nèi)容繁雜，知識點瑣碎，研究對象微觀抽象，學生為應(yīng)付考試多采用死記硬背的方式，不能對理論知識活學活用。因此，改革傳統(tǒng)的教學模式，鼓勵學生創(chuàng)新，提高學生對微生物學的興趣，最終實現(xiàn)能力型與應(yīng)用性復(fù)合人才的培養(yǎng)目標，滿足社會和行業(yè)的需求，逐漸成為高校“微生物學”教學亟待解決的問題。

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》指出，“要推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，全面提高高等教育質(zhì)量”。我國一系列教育戰(zhàn)略規(guī)劃強調(diào)，“教育體制改革要不斷適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、科技創(chuàng)新的需要，要為經(jīng)濟社會發(fā)展提供人才保障和智力支撐”。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，教育模式的探索是當前教育改革研究浪潮中的重點之一，國內(nèi)各高校一直在進行混合教學模式的應(yīng)用與實踐研究。“微生物學”是一門理論性和實踐性較強的課程，而傳統(tǒng)的教學理念、教學方法和模式已不能完全滿足新時代的要求。因此，探索適合“微生物學”課程教學新模式，對于培養(yǎng)學生的實踐能力與創(chuàng)新精神具有極其重要的意義。

許多高校生態(tài)學專業(yè)教學團隊已進行了多種形式的課程教學模式創(chuàng)新，其中華中農(nóng)業(yè)大學陳雯莉和胡勝將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到課程教學中，實現(xiàn)了因材施教，提高了教學信息化水平。深圳大學徐芳芳和謝寧等構(gòu)建了“小規(guī)模限制性在線開放課程+對分課堂”混合教學模式，優(yōu)化了傳統(tǒng)的教學方式，培養(yǎng)了學生自主學習和創(chuàng)新思維能力。北京建筑大學張明順嘗試將互動式教學方法應(yīng)用到課程教學中，實現(xiàn)了師生之間平等互動。這些前期的有效嘗試，為“微生物學”這一多學科、多領(lǐng)域交叉課程的教學模式創(chuàng)造了良好的條件。

“微生物學”是東北師范大學環(huán)境學院生態(tài)學專業(yè)的基礎(chǔ)課程，總學時36課時，授課對象為大二本科生。該課程主要介紹微生物的形態(tài)特征、生理功能、微生物與環(huán)境的關(guān)系、微生物生態(tài)學理論、微生物信息學分析技術(shù)等。它是一門理論與實踐密切相關(guān)的課程，融合了土壤學、環(huán)境科學、動物學、普通生物學以及遺傳學等學科的內(nèi)容，具有綜合性、實踐性、發(fā)展性和時效性等特點，知識點多且復(fù)雜。傳統(tǒng)教學方式往往難以取得較好的教學效果，在教學過程中，應(yīng)注重學生科研能力與應(yīng)用能力的綜合培養(yǎng)，以適應(yīng)新時期的要求。東北師范大學環(huán)境學院一直致力于“微生物學”課程教學模式的研究，組織探索“線上自主學習+線下課堂教學”的混合教學模式改革。課程教學團隊于開學前進行生態(tài)學專業(yè)的課程教學設(shè)計，在以往教學實踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程目標要求，進行了教學模式的再創(chuàng)新，如開發(fā)及應(yīng)用MOOC等網(wǎng)絡(luò)教學資源供學生拓展學習。綜上，本文對“微生物學”課程近年來的混合教學模式進行探索和實踐，以期為提升該課程的教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力提供科學依據(jù)。

1 “微生物學”課程教學現(xiàn)狀及存在問題

微生物學作為生命科學的基礎(chǔ)學科和生物技術(shù)的重要載體，對于培養(yǎng)生命科學相關(guān)專業(yè)學生的科學素質(zhì)具有重要作用。然而，在環(huán)境生態(tài)學專業(yè)開設(shè)的“微生物學”課程中仍然存在一些現(xiàn)實問題。

1.1 教學方法單一，學習效果不佳

目前，大多數(shù)高校“微生物學”課程教學以傳統(tǒng)的課堂教學方式（PPT展示或者板書）為主，以課堂/課后的習題解答為輔，忽視了學生對知識點的掌握能力。教師在有限的課時內(nèi)，填鴨式地講授了大量的知識內(nèi)容和章節(jié)重難點，而學生在課堂上難以完全消化。另外，由于學生人數(shù)眾多且缺乏師生互動，教師難以在有限的課堂時間內(nèi)對每位學生的學習效果及時掌握，亦不能及時解決學生在學習中遇到的問題。此外，課程教材的內(nèi)容更新緩慢，很多知識內(nèi)容脫離現(xiàn)實，枯燥無味，很容易使學生失去學習興趣，嚴重挫傷學生學習的積極主動性，甚至產(chǎn)生厭學情緒，難以實現(xiàn)人才培養(yǎng)的目標。

1.2 理論知識抽象，學生死記硬背

微生物學是在細胞、分子或群體水平上研究細菌、真菌、古菌等微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長繁殖、代謝調(diào)控、遺傳變異及其與人類和自然界互作關(guān)系的學科，對于現(xiàn)代生物學的誕生和發(fā)展具有極其重要的促進作用。然而，其研究對象（微生物）肉眼難以觀察，相關(guān)的知識內(nèi)容難以形成直觀的感官刺激。因此，對學生而言，理論知識較為抽象，難以理解且枯燥乏味，增加了學生的學習難度，在課程考試過程中，只能對知識點采取死記硬背的方法強行記憶，難以收獲較好的學習效果。

1.3 教學過程生硬，缺乏師生互動

傳統(tǒng)的教學模式是一種集體式學習方法，由教師帶領(lǐng)學生同時處于同一個學習空間內(nèi)，教師將知識內(nèi)容通過說明的教學方法傳達給學習者，教師擔任敘述者的角色，而學生是信息的被動接受者，師生互動機會較少。教師無法掌握學生的學習狀態(tài)，難以實施補救教學。傳統(tǒng)的教學模式是一種單向的知識灌輸過程，學生較迷信于教材及教師的權(quán)威性，久而久之會導(dǎo)致其求知欲及思辨精神的喪失。

2 混合教學模式概況

2.1 歷史沿革

混合教學是指在傳統(tǒng)教學模式的基礎(chǔ)上，利用互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)進行教學的復(fù)合型教學模式，起源于美國，并在21世紀初期逐漸在我國流行。2010年網(wǎng)易開辦公開課，2011年3月復(fù)旦大學聯(lián)合網(wǎng)易打造國內(nèi)高校網(wǎng)課平臺，隨后各大高校紛紛加入。混合教學模式在我國快速發(fā)展，出現(xiàn)了多種模式的創(chuàng)新，如直播教學、錄播教學以及以MOOC等網(wǎng)絡(luò)資源為載體的翻轉(zhuǎn)課堂教學等。

2.2 混合教學模式的優(yōu)勢

（1）時空靈活性

混合教學打破了傳統(tǒng)教學模式的時空隔閡，為師生提供了即時交流的條件。傳統(tǒng)的教學課堂存在以下問題：①教學過程中，教師在臺上，學生在臺下，距離造成了隔閡，教師不易快速獲得學生的實時反饋；②中華傳統(tǒng)文化熏陶下的學生普遍存在課上羞于舉手發(fā)言的現(xiàn)象，即使有問題或想法，也更愿意課后1對1交流，或者由于各種原因延遲、擱置、放棄；③課堂紀律和座位格局，也決定了同學間難以交流和討論；④課堂氣氛不活躍，教師及學生缺乏熱情，而混合教學模式則輕松解決了上述問題。

通過互聯(lián)網(wǎng)資源和信息的共享，教師從網(wǎng)絡(luò)上下載優(yōu)質(zhì)的教學資源作為素材寶庫，構(gòu)建輔助教學實施的材料資源，并通過精心的加工組合模擬動畫、教學視頻、教學圖片等現(xiàn)代化教具，建設(shè)個性化的課程資源庫，將枯燥、抽象的知識點可視化，有助于提升學生的直觀感受并激發(fā)學習興趣，確保良好的教學質(zhì)量。另外，教師利用交互式的教學平臺，集成視頻會議系統(tǒng)、虛擬教室系統(tǒng)、聊天工具、BSS討論系統(tǒng)、內(nèi)部電子郵件系統(tǒng)給學生提供自由的學習空間，學生可在討論區(qū)參與討論，教師可實時收到學生的反饋，并為學生答疑解惑，與學生交流；同學之間也可以隨時討論，不受時空的制約；平時羞于表達觀點的學生，也可以在網(wǎng)絡(luò)課堂中暢所欲言；師生和同學間即時的交流與互動不僅能夠活躍課堂氣氛，而且能夠激發(fā)學生的學習熱情和教師的教學熱情。

（2）表達自由性

混合教學使學生可以個性化地表達觀點而不受其他同學的影響。傳統(tǒng)的教學課堂存在以下問題：①學生表達觀點時易受到其他同學影響；②教師難以了解每個學生的想法，因而難以實現(xiàn)因材施教。而混合教學模式不存在這些問題。

“微生物學”課堂上，每個學生都是單獨在電腦前聽課，可以隨時表達想法，且不受其他同學影響；學生踴躍表達自己的觀點，教師能夠了解學生最關(guān)心什么，對知識掌握程度如何，從而有針對性地組織教學。當學生都自由地表達觀點，課堂會逐漸變成一個思辨的課堂，更有利于學生求知欲及創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

（3）能力培養(yǎng)性

混合教學為學生提供了充分發(fā)揮個人學習特色的條件，讓學生有更多機會主動思考和探究，提高自主學習能力。傳統(tǒng)的教學課堂存在以下問題：①學生間易互相影響，學習方法趨于一致，無法充分發(fā)揮個人學習特色；②學生容易滿足于課堂所學，往往被動思考，難以主動探究，自主學習能力普遍較差。

“微生物學”課堂上，學生與學生分隔開，使學生的學習自由最大化，能夠充分發(fā)揮個人學習特色；網(wǎng)絡(luò)的虛擬教學資源豐富，學生課余時間充足，有利于學生進行主動探究及自主學習，提高學習能力。

（4）考勤高效性

混合教學為教師充分了解學生的出勤情況提供科學依據(jù)。傳統(tǒng)的教學課堂存在以下問題：①教師只能通過點名的方式掌握學生出勤情況，不僅浪費時間，而且使教師與學生疲于應(yīng)付；②統(tǒng)計結(jié)果不完全符合實際，難以達到督促學生按時出勤的目的。而混合教學模式則輕松解決了上述問題。

“微生物學”使用交互式的教學平臺授課，學生充分利用平板電腦、筆記本電腦等設(shè)備，對章節(jié)重難點產(chǎn)生直觀認識，系統(tǒng)后臺實時統(tǒng)計學生的學習情況，教師導(dǎo)出監(jiān)測數(shù)據(jù)進行學習效果分析；教師統(tǒng)計學生出勤情況方便快捷，不占用課堂時間、不損耗教師和學生的精力；課堂氣氛活躍，學生的參與性和積極性高漲，進一步保證了教學質(zhì)量與教學效果；學生可隨時點播課件資源，查閱教學內(nèi)容，完成在線學習任務(wù)，轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂“主角”，有利于激發(fā)學生的學習熱情。

3 “微生物學”混合教學設(shè)計

基于上述傳統(tǒng)教學模式及“微生物學”課程教學中存在的問題，結(jié)合本專業(yè)教學實際情況進行了混合教學模式設(shè)計，即“線上自主學習+線下課堂教學”的混合教學模式，結(jié)合實際教學案例具體說明如下。

3.1 例1：第五章《微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用》

在本章教學實踐中，側(cè)重于學生對理論知識的掌握、靈活運用以及對專業(yè)實踐的理性認識。教學主要有以下內(nèi)容。

（1）線下課堂教學內(nèi)容。教師授課，講解理論知識，結(jié)合實際案例分析，促進學生對理論的理解。如，關(guān)于微生物在自然界碳素循環(huán)作用的講解，教師先講解生物地球化學循環(huán)的概念及過程，再結(jié)合當前農(nóng)村垃圾處理案例進行分析：面對國家對新農(nóng)村清潔環(huán)境的高標準、高要求，環(huán)境生態(tài)管理人員采取了分別在管理、人員、設(shè)備、技術(shù)和突發(fā)事件五個方面進行農(nóng)村廢棄物控制的方法，完美解決了秸稈等廢物處理困難的問題。

（2）線上1自主學習內(nèi)容。學生自主分組，進行組內(nèi)分工合作，通過各種渠道了解農(nóng)村廢棄物處理問題，針對某一環(huán)境生態(tài)問題，應(yīng)用所學理論進行分析，提出可能的解決方法，制作PPT，并完成一篇小論文。如某一個學習小組調(diào)查了秸稈焚燒處理的現(xiàn)狀，應(yīng)用多種微生物原理提出了秸稈的處理方法，并討論出了一些便攜式應(yīng)用裝置，完成課程論文。

（3）線上2自主學習內(nèi)容。小組以PPT形式匯報研究成果，每個小組匯報完畢，先由其他學生評價，然后教師分別對匯報小組、評價學生的表現(xiàn)進行點評，并與學生討論出最佳的研究過程和匯報表現(xiàn)。比如在研究學習過程中，要注重以下幾個方面：①小組成員的分工科學性；②研究內(nèi)容的邏輯合理性；③環(huán)境生態(tài)問題產(chǎn)生的原因和解決方法的一一對應(yīng)性。又比如在PPT制作方面，提出以下要求：①字體、字號符合規(guī)范；②文字內(nèi)容不宜過多；③適當使用圖表；④配色美觀；⑤整體風格一致。

（4）過程性考核內(nèi)容。小組研究過程、匯報表現(xiàn)及評價學生表現(xiàn)。

小結(jié)：學生通過本章的學習，掌握了微生物學相關(guān)理論，構(gòu)建了知識體系；通過小組合作研究，進行了拓展學習和理論的實踐應(yīng)用，形成了專業(yè)實踐理性認識；通過同學和教師的評價、討論及自身的思考，得到了各方面能力的綜合提升。

3.2 例2：第六章《污染環(huán)境的微生物修復(fù)》

在本章教學過程中，側(cè)重于學生對區(qū)域生態(tài)問題的理解以及對理論知識應(yīng)用的感性認識。教學主要有以下內(nèi)容。

（1）線下課堂教學內(nèi)容。教師授課，由學生身邊的區(qū)域環(huán)境生態(tài)問題切入，與學生討論區(qū)域環(huán)境生態(tài)問題產(chǎn)生的原因，如何針對這些環(huán)境生態(tài)問題進行修復(fù)。例如多數(shù)城市環(huán)境衛(wèi)生存在死角，背街小巷的環(huán)境衛(wèi)生明顯落后于主干街道，師生討論后，認為其產(chǎn)生的主要原因是缺乏靈活、可移動的污染物處理設(shè)施，相應(yīng)的解決方法有擴大管理覆蓋面，增加污染物集中收集力度，提高污染物處理效率等。

（2）線上1自主學習內(nèi)容。學生自愿利用課余時間走進大自然、游覽所在城市，通過直播、錄像、攝影等方式，與教師和同學分享環(huán)境生態(tài)問題、產(chǎn)生的原因以及可行的污染物處理方法。如某位學生通過錄像的方式，與同學分享了高速公路服務(wù)區(qū)污水處理問題。學生討論后，認為服務(wù)區(qū)污水收集系統(tǒng)不完善、效率低，缺乏便攜、高效的污水處理方法等。教師建議學生關(guān)注“污水的微生物處理技術(shù)”相關(guān)內(nèi)容（如MBR工藝、SBR法、曝氣生物濾池等工藝），引導(dǎo)學生拓展學習，了解微生物在污水處理中的重要作用。

（3）線上2自主學習內(nèi)容。學生課余實踐活動的效果。

小結(jié)：學生通過本章的學習，掌握了不同區(qū)域環(huán)境生態(tài)問題的特征、產(chǎn)生原因以及對應(yīng)的修復(fù)方法；通過實地游覽和分享、討論，加深了對理論的理解，形成了對專業(yè)實踐的感性認識，提高了實踐能力。

綜上，課程結(jié)束后，進行總結(jié)性考核，即開卷考試，重點考核學生知識掌握程度，及應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力。上述教學過程中的過程性考核與總結(jié)性考核為課程總考核。

4 “微生物學”課程混合教學模式總結(jié)

根據(jù)“微生物學”課程混合教學模式設(shè)計及上述實踐案例分析，進行了混合教學模式的梳理和總結(jié)，以便于此教學模式的應(yīng)用及推廣。混合教學模式由“課前、課堂1、課后、課堂2、課余”五部分組成，各部分有特定的教學安排，分別針對學生專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)、專業(yè)知識學習及知識體系構(gòu)建、專業(yè)知識拓展、專業(yè)實踐理性及感性認識等多方面能力的培養(yǎng)，輔以“過程性考核+總結(jié)性考核”，力求培養(yǎng)在生態(tài)監(jiān)測與評價、生態(tài)修復(fù)與工程設(shè)計、生態(tài)與環(huán)境教育領(lǐng)域具有深造潛質(zhì)的學術(shù)型人才與具備實踐創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才。

混合教學模式包含的五個部分具體內(nèi)涵整理如下。

（1）課前：使用素材預(yù)熱。學生觀看相關(guān)影視劇、紀錄片、閱讀書籍提前熟悉學習內(nèi)容。這些藝術(shù)作品可以給學生以感官的沖擊，潛移默化地影響學生，促使學生自主思考人與自然的關(guān)系，產(chǎn)生個性化的、科學的生態(tài)理念，得到專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（2）課堂1：線下課堂授課。教師講解專業(yè)知識，與學生交流各自的生態(tài)理念，為學生答疑解惑，引導(dǎo)學生理清微生物學各理論知識之間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建知識體系。

（3）課后：小組研究學習。學生自主組成學習小組，研究感興趣的課題，應(yīng)用所學理論分析某些環(huán)境生態(tài)問題產(chǎn)生的原因及可能的解決方法，在自主學習過程中更新知識，提高自主學習能力。

（4）課堂2：匯報研究成果。學生匯報研究成果，同學、教師評價，學生反思。學生從自主研究到匯報成果的過程就是進行專業(yè)實踐學習的過程。教師針對學生的研究過程和匯報表現(xiàn)進行指導(dǎo)，提高學生的實踐能力，提升學生專業(yè)實踐的理性認識。

（5）課余：開展實踐活動。學生深入所在城市，了解城市存在的環(huán)境生態(tài)問題，并可通過直播、錄像、攝影等方式與同學、教師分享。學生和教師應(yīng)用微生物學知識進行分析和評價，從而提升學生對專業(yè)實踐的感性認識。專業(yè)實踐的理性與感性認識相結(jié)合，將會使學生的專業(yè)實踐能力得到質(zhì)的飛躍。

此外，關(guān)于課程考核，設(shè)計為過程性考核+總結(jié)性考核。過程性考核指標主要有：①心得體會的質(zhì)量；②課堂出勤率；③課堂活躍程度；④小組研究過程及匯報表現(xiàn)，評價同學表現(xiàn)；⑤學生課余實踐活動表現(xiàn)。總結(jié)性考核方式為開卷考試，主要考核學生的理論知識掌握程度及專業(yè)實踐能力。這種考核方式打破了唯成績、唯論文評價的僵化模式，涵蓋了學生課程學習的全過程，時刻關(guān)注學生的學習效果，克服了傳統(tǒng)教學方式監(jiān)督缺乏的不足。

5 結(jié)語

在信息化高速發(fā)展的今天，各行各業(yè)都受到信息化的沖擊，教育事業(yè)也不例外。高校作為國家教育事業(yè)的先進單位，教學模式探索既是大勢所趨，亦是歷史必然。誠然，在教育信息化改革的前進道路上仍存在諸多問題，需要無數(shù)高等教育工作者創(chuàng)新理念，勇于嘗試，為教育改革掃清障礙，為高等教育信息化發(fā)展提供新思路。本文就傳統(tǒng)教學的不足以及現(xiàn)階段“微生物學”課程教學存在的問題展開討論，提供了一種發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢、克服傳統(tǒng)教學不足，進而解決現(xiàn)存問題的思路（混合教學模式），以期為生態(tài)學專業(yè)本科生的“微生物學”課程教學改革提供參考依據(jù)。

本文系吉林省教育廳產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（項目編號：2021JY008CXHZ）、東北師范大學思政工作坊課題資助（項目編號：2022SZ006HJ）。

通信作者：張剛

（作者單位：1.東北師范大學環(huán)境學院；2.東北師范大學附屬實驗學校）