環境微生物學啟發式課堂教學改革實踐探索*

汪寧欣 徐進

南京工程學院 南京 211167

0 引言

環境微生物學是一門綜合現代微生物學、環境科學、環境工程等多門學科的新興交叉學科，作為環境類專業的基礎課程，在環境類專業人才培養中具有重要作用和地位。有鑒于此，眾多高校環境工程及環境科學類專業培養方案將其列為專業核心課程，以專業必修的方式開設此課程。然而，隨著“學生為中心”的教育理念不斷加深，傳統的“教與學”中忽略學生個體基礎水平、思維方式、學習方式、興趣敏感點的教學方式出現不適應現象。隨著信息化的發展，學生對感性認識的需求越來越高，對課程價值審視更加頻繁。學生需要更加具有時效性和實用性的教學模式，也更注重將學習內容運用于指導技術和工程實踐中去。這就需要教育工作者加快課程改革建設的步伐，思考如何讓學生體驗到課程的應用價值，重新激發學生的學習熱情，重新回到興趣-專業-創新的學習過程。

1 教學現狀及問題分析

環境微生物學是一門理論基礎課，課程內容包括研究微生物在對不同環境中的物質進行轉化以及能量變遷時的作用與機理，以及掌握微生物在環境治理過程中的應用。課程目標旨在通過學習掌握微生物學知識，一方面，以微生物學的理論為基礎，研究有關環境現象，明確分析微生物在人類和自然界中所處的地位與作用，并進一步從中揭示環境問題產生和導致造成危害的根本原因。另一方面，將微生物運用于環境治理過程中，掌握微生物治理環境污染的基本理論方法和技術實踐。該課程與專業其他各類學科相互影響，彼此滲透，互為補充，是后續環境工程專業廢水、土壤、廢氣和固體廢棄物等環境介質修復技術和工程的重要理論支撐[1]。該課程的特點是涉及的知識面廣，具有很強的專業性，課程知識發展迅速，實踐性和應用性較強。

鑒于該課程理論與技術體系的基礎性、重要性與應用性，結合目前“金課”建設背景，推進環境微生物學教學改革與創新的重要性和必要性不言而喻。在此過程中，筆者對教學過程存在的問題進行分析，以期在啟發式課堂教學改革實踐探索中有效解決。

1.1 教學內容中知識點繁雜，書本理論抽象，且時效性低

環境微生物學的教學內容涵蓋的知識重點繁多，涉及眾多分散的微生物基本概念。例如在原核微生物、真核微生物和病毒等章節中，知識點以各種微生物形態大小、結構組成和生理特征等概念性內容為主，學生在學習過程中很容易產生遺忘和混亂，由于學生的基礎和積極性不同，對于這些知識的理解和掌握有較大的差別，導致教學效果事倍功半。課程中大多微生物理論知識抽象，例如在微生物能量代謝和合成代謝章節中，相關化學物質和酶體系如何參與代謝過程的講解理論性強，概念較抽象，多數學生理解吃力，再加上微生物的代謝類型多樣，所涉及生化反應復雜，導致對于專業理論知識背景缺乏的學生的啟發性思考只能淺嘗輒止。同時，微生物學是一門實踐性和綜合性很強的學科，隨著微生物學在各學科，例如醫學、環保、化學等方面的廣泛應用[2]，其知識更新迅速，研究成果日新月異，若僅依靠傳統教材也難以對環境微生物及其環境修復中應用的理論研究和工程實踐提供時效強、實用性強的指導。

1.2 教學過程中互動性差，難以將理論聯系實際

傳統的環境微生物學教學過程側重于基本概念和微生物原理的講授，大部分時間依靠書本，并以教師的說教式灌輸的方式為主，但微觀事物的可視性差，在整個課程的學習中由于微生物體型微小，肉眼無法觀察，難在課堂中演示，學生很難形成直觀印象，學習難度增大[3]。例如在學習微生物形態結構、生理特點、生長繁殖時，教師在教學過程中無法直接進行演示，只能利用文字和圖片進行講解，學生缺乏主觀能動性。

在教學過程中由于知識點瑣碎，知識點之間相對較弱的邏輯性，課堂教學過程通常難以系統化。很容易造成淺層常識類知識無法調動學生興趣，深層知識點又晦澀難懂的困局，學生無法將學習的知識形成完整的記憶鏈條。同時，與學生的互動困難生硬，學生的配合度較低，違背了“學生為主體”的理念，限制了學生自主學習思考，更阻礙了學生將理論知識轉化為培養工程實踐能力目標的達成。前期筆者對學生學習環境微生物課程調研結果顯示，較多學生在理論知識與工程應用相結合的過程中存在困難，無法將所學到的知識運用到污染治理的工程應用實踐過程中去，導致學生學習過程中缺乏興趣。

另外，針對本課程教學目標設定、設計和教學實施等環節，需要將學生的自主學習、持續學習和綜合應用學習能力放到重要的地位。然而，在當前課程整個教學過程中由于偏重傳授學生理論知識，學生個體的基礎水平、思維方式、學習方式、興趣敏感點等都存在很大差異，難以實現培養個性化、創新化、終身學習的復合型人才的目標。

2 啟發式課堂教學的實施途徑

啟發式教學源于《論語·述而》中：“不憤不啟，不悱不發，舉一隅，不以三隅反，則不復也[4]。”旨在引導學生形成學習的獨立性，激發其探尋知識的興趣和積極性；同時鼓勵學生“舉一反三”，發掘其學習潛力，給予其思考空間。隨著科技創新和教育改革不斷前進，當代高等教育又給這一古老的教育理念注入了全新的特征。現代啟發教學要求教師傳承傳統啟發式教學的精髓，同時要遵循現代高等教育的客觀規律，幫助學生主動獲取知識，發展智能，陶冶個性，形成優秀的人格[5]。筆者結合積累教學經驗及教育理論，總結啟發式課堂教學在環境微生物學課程中的實施途徑如下。

2.1 結合教學目標設計多樣化的“問題鏈”，引導學生“身臨學境”

針對環境微生物學的章節的教學目標，設計形式多樣的“問題鏈”，將生活實踐和工程案例中的微生物現象作為觸發“問題鏈”的開關，引導學生在回答一系列問題的過程中尋求知識點，掌握知識點，構建知識與應用之間的相互關聯。例如，在學習病毒這一章節的過程中，筆者設計了案例啟發式的“問題鏈”。以新型冠狀病毒為案例，引出“威力和危害如此之大的微生物究竟是什么？（教學目標：掌握病毒的概念）”作為問題起點，相繼引出“它們的真面目是什么樣的？（教學目標：掌握病毒的形態和大小）”“它們是怎樣在人群中傳播的？（教學目標：掌握病毒的增殖）”“作為人類的我們該怎樣做？（教學目標：了解病毒的危害及利用）”。組織學生主動收集資料，分析問題，解決問題，對于章節的知識點認知更為深刻，切實感受到看不見的微生物和人類也是息息相關的，達到掌握這一章節主要知識點的目的。

也可以在章節學習中設計項目驅動式的“問題鏈”，例如設計項目課題：由于夏季溫度升高，我市湖泊發生了藻華現象，請同學們針對這一環境問題，撰寫相關報告書，分析現象及成因，并有針對性地提出合理技術及工程措施。通過對水華現象的分析，掌握藍藻的形態和生理特征、繁殖特點，以及水體富營養化的工程治理措施等相關章節教學目標。通過多樣化“問題鏈”設置，形成“身臨學境”的氛圍，調動學生對書本專業知識學習和探究的積極性，從而達到傳統教學模式較難實現的效果。

2.2 根據教學對象實現模塊化的“分層教學”，鼓勵學生個性化發展

啟發式教學具有一定的層次性，在激發學生學習主動性的過程中要衡量學習主體本身的學習能力和知識背景，避免教學的單一化和機械化。環境微生物學屬于環境專業的基礎課程，所講授的知識理論性強，在工程和技術領域又有普遍的實踐應用。根據這一特點，在教學過程中可以依據學習對象的具體情況，設計和制定分層次的教學指標，在教學指標實現的過程中采取有針對性的步驟，配合不同層級的教學模塊，促成學生完成不同的教學要求，繼而實現不同個體教學任務的順利完成，推動課程教學整體進步和發展[6]。

在環境微生物學課程的教學過程中，筆者設置認知目標、實踐目標和創新目標三級教學要求，堅持以學生為主體的模塊化教學策略，對有不同知識需求的學生配以不同的知識模塊進行分層學習。對于以“認知目標”為主的學生進行理論知識點模塊強化，著重通過設疑激發、釋疑解難和釋疑類化等啟發式教學對相關理論基礎知識和原理進行講授，要求學生牢牢掌握知識點。對于以“實踐目標”為主的學生，著重培養其工藝設計和開發能力，應用真實企業設計項目作為情境啟發，應用相關知識點對其進行分析講授，再設計類似課題由學生自主設計，在觸類旁通的過程中提高學生的實踐技能。對于以“創新目標”為主的學生，在掌握知識點及感興趣的前提下，鼓勵其深度探索，閱讀相關前沿文獻，參加研究型創新課題競賽，在此過程中鍛煉學生對問題的分析、概括、提煉，思維的辯證推理、發散創新等能力，以此開發并提升學生的邏輯思維才能和創新才能。

基于專業培養要求和環境微生物學課程現狀，筆者力求在課堂教學中將啟發式教學作為教學思想，根據教學內容以及學情的不同劃分不同層次的教學要求，靈活選用教學方法。通過這種以學生為主體的教學模式包容學生現有的知識和本身能力的差異，使課堂教學內容和教學方式契合不同層次學生的實際水平，從而充分發揮啟發式教學的作用，更大限度地完成課程教學任務，為社會培養更多的創新技術型人才。

2.3 基于教學模式融合智慧化教學平臺，促進學生深度學習

目前，混合式教學模式已成為高校課程教學改革的重要內容，在現代科技發展的背景下，僅僅依靠傳統課堂上對知識點簡單講授的教學模式已經不能滿足教學的需要。啟發式教學的目標也不再局限于課堂上簡單的知識內容，而是需要不斷借鑒和學習新的教學方式方法，使其與新興的教學方法相融合，從而推動現代啟發式教學的發展，促進學生通過深度學習，實現從“掌握知識”向“具備素養”轉變[7]。

基于目前智慧化的教學平臺，筆者致力于構建環境微生物學這一課程的啟發式立體化的課程資源與學習平臺。首先以獨立的知識點為單位，將整個課程內容按照知識結構組織劃分為若干模塊，在課堂上本著少而精的原則合理取舍，同時關注相關知識點的銜接和融合。著眼于基本理論和技術方法，結合行業最新發展方向，適量引入新知識、新應用，選取與課程相關的案例融入課堂，增加時代感和應用性。期間利用計算機輔助教學（CAI）、MOOC課堂、翻轉課堂和微課等形式為啟發式教學創造更生動的條件[8]，將知識的傳授轉變為知識的分享，將平面課堂轉變為立體課堂。其次，針對混合式課堂的需要，從在線學習層面上，構建課程學習單元體系，提供多媒體課件、電子教材、教學視頻及試題庫，有單元導學、課件資源、重點釋疑、在線作業、課程討論區等多項資源。從能力培養層面上，構建相關拓展資源，如學者講堂、工程圖片、視頻影像、補充參考文獻、案例分析等。由此形成立體化教學資源與學習平臺，使課堂教學在空間和時間上得到了延伸。

3 結束語

啟發式教學旨在于教學過程中構建和塑造學生的主體性地位，著眼于學生核心素養的發展，這種教學方法在環境微生物學的課堂教學改革中對于教學目標的落實具有較大優勢。筆者從課堂教學目標的實現、教學對象的個性化培養和教學模式的探索為切入點，探討了啟發式教學在環境微生物學課程教學中實際應用的策略。如何掌握好啟發式教學“道”的規律內涵，恰當運用好啟發式教學之“器”，需要教師在課堂改革的過程中不斷總結經驗，逐步形成自己的教學特點。