基于創新型人才培養的林業微生物學實驗課程教學改革探討

吳 斐，張林平，陳伏生，孟文燕

(1.江西農業大學林學院，江西 南昌 330045；2.山東水利職業學院，山東 日照 276826)

大學生創新精神和創新能力的培養是高校的核心任務之一[1]。2021年4月，習近平總書記在清華大學考察時強調，我國高等教育要培養勇于創新、敢為人先、敢于突破的創新型人才[2]。2021年5月，習近平總書記在兩院院士大會、中國科協十大上的講話中再次強調培養創新型人才是國家、民族長遠發展的大計[3]。創新驅動發展現已成為國家戰略，而創新型人才是其根本支撐[4]。新形勢下，如何對專業課進行教學改革，以完成培養創新型人才的目標，仍然是當下高等院校面對的重要問題。

學生創新能力的培養不能僅靠課堂授課，需要將理論學習與實踐練習相結合[5]。實驗教學作為高校教學中的重要環節，為學生學習和掌握專業技能、鞏固和應用理論知識、自主探索和創新設計提供實踐平臺，是創新型人才培養的有效載體[6]。林業微生物學是面向林學專業開設的一門專業必修或選修課程，主要研究微生物與林業生態系統間的關系，兼具很強的理論性和應用性。林業微生物學實驗是林業微生物學的重要組成部分，是培養學生動手能力和發散思維的關鍵[7]。然而，以往的實驗教學存在學生參與程度低、缺乏創新性和探究性實驗內容、考核方式不合理等問題?；趧撔滦腿瞬诺呐囵B要求，本文以林業微生物學實驗課程為研究對象，對課程的教學現狀和改革方式進行探討，以期為培養創新型人才的教學改革提供參考。

1 林業微生物學實驗課程教學面臨的問題

1.1 實驗內容脫離林學專業背景，缺乏創新和探究型實驗

林業微生物學實驗課程多以《微生物學實驗》(沈萍和陳向東主編)[8]、《微生物學實驗教程》(徐德強等主編)[9]、《現代微生物學實驗技術》(朱旭芬主編)[10]為參考教材，設置的實驗內容主要包括微生物的分離培養、革蘭氏染色法和顯微觀察等基本微生物學實驗，沒有設置設計性和綜合性的實驗，內容脫離了林學專業背景，削弱了學生學習興趣，不利于學生實踐能力培養。

1.2 實驗課程時間設置不合理

林業微生物學大多以選修課的形式開設，其配套的實驗課程學時數較少，很多實驗內容無法開展[7]。為了在有限的課時完成實驗教學內容，需要教師提前為學生準備一部分實驗，造成教師包辦多，學生動手少的現象。此外，微生物的培養需要一定時間，實驗結果難以在一次實驗課觀察到，教師通常安排學生在課余時間觀察結果，這無法保證所有學生都有時間，影響學生對結果的觀察和討論。學生往往不能操作完整的實驗過程，實驗教學結束后，學生對沒有自己動手做過的實驗內容印象不深，不能充分掌握實驗要領，不具備獨立開展類似實驗的能力。

1.3 教學方法落后，教學設備滯后

傳統的林業微生物學實驗教學常采用“教師講解演示+學生實驗操作+撰寫實驗報告”的模式。學生僅需按照實驗步驟操作即可，無需自主設計和查閱資料，更不用自主創新。這種灌輸式的教學方法使學生學習十分被動，不利于學生創新思維的發展。

林業微生物學實驗操作需要專用的設備，如無菌操作需要在超凈工作臺里進行。然而，由于教室空間和硬件設施的限制，超凈工作臺、天平等設備常常不足,影響了學生學習的熱情和參與實驗的積極性，不利于學生對實驗操作技能的掌握。

1.4 實驗考核方式單一

林業微生物學實驗課程大多從屬于理論課程，其考核成績按一定比例記入林業微生物學課程總成績。實驗課成績占比往往較小，導致學生對實驗課的重視程度不夠。此外，林業微生物學實驗考核大多重結果、輕過程，教師主要依據實驗報告給出實驗課成績。這種考核方式下，學生只要提交實驗報告即可得到滿意的成績，難以衡量學生對實驗操作技能的掌握情況和對知識的運用情況，不利于培養學生的創新意識。

2 林業微生物學實驗課程的教學改革

2.1 引入信息技術輔助教學

以多媒體網絡技術為核心的信息技術為教學帶來了諸多便利[11]。2018年，教育部首次推出了490門“國家精品在線開放課程”，推進了信息技術與教學的深度融合[12]。在林業微生物學實驗課程教學中，信息技術為實驗教學提供了新的素材、教學手段和平臺，使學生的學習不再拘泥于教材內容和實驗室，讓學生了解最新技術和學科前沿，活躍創新思維，助推創新精神和創新能力的培養。

2.1.1 利用網絡資源豐富實驗教學素材

在講解實驗原理時，教師可將從網絡資源中收集的視頻、圖片等資源整理制作成短視頻、動畫等材料，拓寬教學廣度，增加講解的趣味性和生動性。例如，在講解稀釋平板法分離土壤微生物時，可以將微生物從土壤中到平板上生長的過程制作為動畫，直觀地展示微生物被分離的過程，并通過圖片形象地展示適宜的菌落形成單位的數目，讓學生領悟涂板的要點，同時認識細菌、放線菌和真菌的菌落形態特征。此外，教師可以利用網絡資源向學生講述課本之外的知識，讓學生了解最新實驗技術，如微生物的靶向培養和高通量培養技術[13]、微生物高通量測序技術[14]等。

2.1.2 利用信息技術為實驗教學提供新的教學手段

針對實驗室難以開展的實驗，教師可借助虛擬現實(Virtual Reality，VR)技術，制作VR課件，還原實驗場景，讓學生通過交互式和沉浸式模擬實驗，掌握實驗原理和實操技術。例如，在利用Illumina測序技術分析微生物群落多樣性實驗中，借助VR課件，學生通過交互式操作體驗DNA提取、PCR擴增、文庫構建和測序的操作流程，并觀看利用熒光對DNA測序的過程，通過身臨其境的微觀體驗，深入理解實驗原理。

2.1.3 網絡課程建設為實驗教學擴展平臺

教師通過將實驗操作錄制成教學視頻，建立教學資源庫，使教學演示不受課時和教學空間的限制。通過錄制的教學視頻，學生可根據自身情況及時鞏固理解薄弱的教學內容。

2.2 優化教學內容，設置綜合性實驗和設計性實驗

對實驗內容進行重新規劃整合，開發集基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗為一體的綜合實驗體系(圖1)。掌握扎實的實驗實操技能是學生學以致用和創新的前提，基礎性實驗培養學生扎實的實操技能，在實驗體系中非常重要[15]。這部分可以設置培養基的配制和土壤微生物的分離、微生物的純化和保藏技術、革蘭氏染色和常見微生物顯微觀察技術這幾部分實驗內容。這部分實驗主要讓學生認識微生物，掌握規范的器皿滅菌、無菌操作、顯微鏡的使用等基本實操技能，為后續實驗打下良好基礎。

圖1 林業微生物學綜合實驗體系

綜合性實驗開展與林學專業相關的內容，可以開設林木內生菌的分離、功能微生物的篩選等實驗項目。這部分實驗與學生專業課學習密切相關，可激發學生學習興趣。如在教學實踐中發現，進行林木根、莖、葉內生菌的分離實驗時，有學生主動提出要分離花中的微生物。通過綜合性實驗，學生將零散的實驗內容整合在一起，提高學習主觀能動性。

設計性實驗讓學生接軌前沿科學研究，學生組成興趣小組，可選擇教師給出的實驗題目，或者依據興趣擬定題目交由教師審核。這部分實驗中，學生通過查找資料、擬定實驗方案、實驗室實操、結果分析等一系列環節，提高了主動性和探索欲，同時提高了分析和解決問題的綜合能力，有利于助推學生創新意識和創新能力的培養。

2.3 開放實驗室，靈活安排實驗時間

實驗室是開展實驗教學、提高學生實驗水平、綜合素質和創新能力的重要場所[16]。建立開放實驗室制度，是整合實驗室資源、提高設備使用效率和學生自主性的有效手段[17]。在林業微生物學實驗課程的教學中，對于理論講解部分，可集中統一教學。對于學生操作部分，可根據實驗室儀器設備情況，對學生進行分組，每次一組同學進入實驗室練習實驗操作。學生可根據實驗進度，提前在線上實驗室管理平臺協調預約進入實驗室的時間。教師可統計每位學生進入實驗室的時間，保證每位學生的實驗技能得到有效時數的練習。

2.4 調整成績占比，建立多元化考核方式

考核是對學生學習效果的檢驗，是判定培養目標是否達成的標準?？茖W的考核方式對學生的學習具有引導和激勵作用[18]。在成績占比方面，可以通過增加實驗課成績在林業微生物學課程總成績中所占的比例，提高學生對實驗課程的重視。

在考核方式上，改變單以實驗報告為標準的考核方式，設置實驗操作、實驗設計、實驗報告三位一體的考核方式。具體成績評定可按“實驗操作(50%)+實驗設計(20%)+實驗報告(30%)”的方式執行。實驗操作考核學生對實操技能的掌握情況，由教師對學生的實驗操作進行單獨考試，教師及時糾正學生的不規范操作，并給出實驗操作成績；在硬件設施等條件不允許時，可讓學生之間相互錄制幾分鐘的實驗實操小視頻，上傳于課程網絡信息平臺，由教師根據學生操作進行點評和評分，增強教師與學生之間的互動。實驗設計考核學生對知識點的掌握和運用情況，教師可結合科研項目，設計考題，學生經過查閱文獻，寫出實驗原理和實驗方案，這一過程既幫助學生主動復習和掌握知識，又提高學生發現、分析和解決問題的綜合能力。通過多元化的考核方式，幫助學生掌握規范的操作技能和扎實的基礎知識，提高學生創新能力。

3 結語

實驗教學作為高校人才培養的必要環節，在培養學生科學思維和習慣、引導學生自主探索和創新設計方面發揮重要作用。林業微生物學實驗是林學專業學生掌握基礎實驗操作技能、融會貫通林學知識的重要環節，其教學改革對培養創新型林學專業人才有重要意義。通過實驗教學改革，培養學生的動手能力，鍛煉學生發現、分析和解決問題的思路，開發學生的創新意識和創新精神，提高學生的創新能力。