混合教學模式在微生物學課程教學中的應用研究

楊玉榮 王淑娟 楊松滔 曹勇宏 張剛

隨著電子信息技術的飛速發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注?；旌辖虒W模式強調將各種數字化教學方法應用于傳統的課堂教學，能夠打破教育的時空局限，有利于培養學生的綜合科學素質。本文以東北師范大學的專業基礎課“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、能力培養性、考勤高效性等優勢，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新能力為驅動力，以兩個“轉變”（即教師主體轉變以引導為主，學生主體轉變以自主學習為主）為設計理念的創新教學模式，為“微生物學”的教學改革提供科學依據。

生命科學在21世紀得到了令人矚目的發展，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、結構、生理生化、遺傳變異等生命活動規律，進化與分類上的形態特征，以及與人類和自然界的相互作用關系等。微生物學的發展促進了現代生物學的誕生，并顯著影響著人類健康、社會進步及生態系統的可持續性。同時，微生物學亦是應用性很強的學科，它與數理化和信息科學交叉滲透，與醫藥健康、工農業、環境生態保護等領域息息相關，在這些領域具有廣泛應用。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，導致“微生物學”課程內容繁雜，知識點瑣碎，研究對象微觀抽象，學生為應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，改革傳統的教學模式，鼓勵學生創新，提高學生對微生物學的興趣，最終實現能力型與應用性復合人才的培養目標，滿足社會和行業的需求，逐漸成為高校“微生物學”教學亟待解決的問題。

《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》指出，“要推動信息技術與高等教育深度融合，創新人才培養模式，全面提高高等教育質量”。我國一系列教育戰略規劃強調，“教育體制改革要不斷適應經濟發展、社會進步、科技創新的需要，要為經濟社會發展提供人才保障和智力支撐”。隨著電子信息技術的發展，教育模式的探索是當前教育改革研究浪潮中的重點之一，國內各高校一直在進行混合教學模式的應用與實踐研究?！拔⑸飳W”是一門理論性和實踐性較強的課程，而傳統的教學理念、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，對于培養學生的實踐能力與創新精神具有極其重要的意義。

許多高校生態學專業教學團隊已進行了多種形式的課程教學模式創新，其中華中農業大學陳雯莉和胡勝將翻轉課堂應用到課程教學中，實現了因材施教，提高了教學信息化水平。深圳大學徐芳芳和謝寧等構建了“小規模限制性在線開放課程+對分課堂”混合教學模式，優化了傳統的教學方式，培養了學生自主學習和創新思維能力。北京建筑大學張明順嘗試將互動式教學方法應用到課程教學中，實現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、多領域交叉課程的教學模式創造了良好的條件。

“微生物學”是東北師范大學環境學院生態學專業的基礎課程，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特征、生理功能、微生物與環境的關系、微生物生態學理論、微生物信息學分析技術等。它是一門理論與實踐密切相關的課程，融合了土壤學、環境科學、動物學、普通生物學以及遺傳學等學科的內容，具有綜合性、實踐性、發展性和時效性等特點，知識點多且復雜。傳統教學方式往往難以取得較好的教學效果，在教學過程中，應注重學生科研能力與應用能力的綜合培養，以適應新時期的要求。東北師范大學環境學院一直致力于“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學專業的課程教學設計，在以往教學實踐的基礎上，結合課程目標要求，進行了教學模式的再創新，如開發及應用MOOC等網絡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量、培養學生的科研素質和創新能力提供科學依據。

1 “微生物學”課程教學現狀及存在問題

微生物學作為生命科學的基礎學科和生物技術的重要載體，對于培養生命科學相關專業學生的科學素質具有重要作用。然而，在環境生態學專業開設的“微生物學”課程中仍然存在一些現實問題。

1.1 教學方法單一，學習效果不佳

目前，大多數高校“微生物學”課程教學以傳統的課堂教學方式（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，填鴨式地講授了大量的知識內容和章節重難點，而學生在課堂上難以完全消化。另外，由于學生人數眾多且缺乏師生互動，教師難以在有限的課堂時間內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，課程教材的內容更新緩慢，很多知識內容脫離現實，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，甚至產生厭學情緒，難以實現人才培養的目標。

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結構、生長繁殖、代謝調控、遺傳變異及其與人類和自然界互作關系的學科，對于現代生物學的誕生和發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，相關的知識內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

傳統的教學模式是一種集體式學習方法，由教師帶領學生同時處于同一個學習空間內，教師將知識內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，難以實施補救教學。傳統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威性，久而久之會導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教學模式的基礎上，利用互聯網和信息技術進行教學的復合型教學模式，起源于美國，并在21世紀初期逐漸在我國流行。2010年網易開辦公開課，2011年3月復旦大學聯合網易打造國內高校網課平臺，隨后各大高校紛紛加入。混合教學模式在我國快速發展，出現了多種模式的創新，如直播教學、錄播教學以及以MOOC等網絡資源為載體的翻轉課堂教學等。

2.2 混合教學模式的優勢

（1）時空靈活性

混合教學打破了傳統教學模式的時空隔閡，為師生提供了即時交流的條件。傳統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中華傳統文化熏陶下的學生普遍存在課上羞于舉手發言的現象，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。

通過互聯網資源和信息的共享，教師從網絡上下載優質的教學資源作為素材寶庫，構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、教學圖片等現代化教具，建設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學習興趣，確保良好的教學質量。另外，教師利用交互式的教學平臺，集成視頻會議系統、虛擬教室系統、聊天工具、BSS討論系統、內部電子郵件系統給學生提供自由的學習空間，學生可在討論區參與討論，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，也可以在網絡課堂中暢所欲言；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造性思維的培養。

（3）能力培養性

混合教學為學生提供了充分發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，能夠充分發揮個人學習特色；網絡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。傳統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付；②統計結果不完全符合實際，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、筆記本電腦等設備，對章節重難點產生直觀認識，系統后臺實時統計學生的學習情況，教師導出監測數據進行學習效果分析；教師統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量與教學效果；學生可隨時點播課件資源，查閱教學內容，完成在線學習任務，轉變為課堂“主角”，有利于激發學生的學習熱情。

3 “微生物學”混合教學設計

基于上述傳統教學模式及“微生物學”課程教學中存在的問題，結合本專業教學實際情況進行了混合教學模式設計，即“線上自主學習+線下課堂教學”的混合教學模式，結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循環中的作用》

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

（1）線下課堂教學內容。教師授課，講解理論知識，結合實際案例分析，促進學生對理論的理解。如，關于微生物在自然界碳素循環作用的講解，教師先講解生物地球化學循環的概念及過程，再結合當前農村垃圾處理案例進行分析：面對國家對新農村清潔環境的高標準、高要求，環境生態管理人員采取了分別在管理、人員、設備、技術和突發事件五個方面進行農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自主學習內容。學生自主分組，進行組內分工合作，通過各種渠道了解農村廢棄物處理問題，針對某一環境生態問題，應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查了秸稈焚燒處理的現狀，應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用裝置，完成課程論文。

（3）線上2自主學習內容。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、評價學生的表現進行點評，并與學生討論出最佳的研究過程和匯報表現。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研究內容的邏輯合理性；③環境生態問題產生的原因和解決方法的一一對應性。又比如在PPT制作方面，提出以下要求：①字體、字號符合規范；②文字內容不宜過多；③適當使用圖表；④配色美觀；⑤整體風格一致。

（4）過程性考核內容。小組研究過程、匯報表現及評價學生表現。

小結：學生通過本章的學習，掌握了微生物學相關理論，構建了知識體系；通過小組合作研究，進行了拓展學習和理論的實踐應用，形成了專業實踐理性認識；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《污染環境的微生物修復》

在本章教學過程中，側重于學生對區域生態問題的理解以及對理論知識應用的感性認識。教學主要有以下內容。

（1）線下課堂教學內容。教師授課，由學生身邊的區域環境生態問題切入，與學生討論區域環境生態問題產生的原因，如何針對這些環境生態問題進行修復。例如多數城市環境衛生存在死角，背街小巷的環境衛生明顯落后于主干街道，師生討論后，認為其產生的主要原因是缺乏靈活、可移動的污染物處理設施，相應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境生態問題、產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區污水處理問題。學生討論后，認為服務區污水收集系統不完善、效率低，缺乏便攜、高效的污水處理方法等。教師建議學生關注“污水的微生物處理技術”相關內容（如MBR工藝、SBR法、曝氣生物濾池等工藝），引導學生拓展學習，了解微生物在污水處理中的重要作用。

（3）線上2自主學習內容。學生課余實踐活動的效果。

小結：學生通過本章的學習，掌握了不同區域環境生態問題的特征、產生原因以及對應的修復方法；通過實地游覽和分享、討論，加深了對理論的理解，形成了對專業實踐的感性認識，提高了實踐能力。

綜上，課程結束后，進行總結性考核，即開卷考試，重點考核學生知識掌握程度，及應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性考核為課程總考核。

4 “微生物學”課程混合教學模式總結

根據“微生物學”課程混合教學模式設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，以便于此教學模式的應用及推廣?；旌辖虒W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，分別針對學生專業素養培養、專業知識學習及知識體系構建、專業知識拓展、專業實踐理性及感性認識等多方面能力的培養，輔以“過程性考核+總結性考核”，力求培養在生態監測與評價、生態修復與工程設計、生態與環境教育領域具有深造潛質的學術型人才與具備實踐創新能力的應用型人才。

混合教學模式包含的五個部分具體內涵整理如下。

（1）課前：使用素材預熱。學生觀看相關影視劇、紀錄片、閱讀書籍提前熟悉學習內容。這些藝術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系，產生個性化的、科學的生態理念，得到專業素養的培養。

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

（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，應用所學理論分析某些環境生態問題產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實踐學習的過程。教師針對學生的研究過程和匯報表現進行指導，提高學生的實踐能力，提升學生專業實踐的理性認識。

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

此外，關于課程考核，設計為過程性考核+總結性考核。過程性考核指標主要有：①心得體會的質量；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，評價同學表現；⑤學生課余實踐活動表現?？偨Y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，時刻關注學生的學習效果，克服了傳統教學方式監督缺乏的不足。

5 結語

在信息化高速發展的今天，各行各業都受到信息化的沖擊，教育事業也不例外。高校作為國家教育事業的先進單位，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，需要無數高等教育工作者創新理念，勇于嘗試，為教育改革掃清障礙，為高等教育信息化發展提供新思路。本文就傳統教學的不足以及現階段“微生物學”課程教學存在的問題展開討論，提供了一種發揮信息技術優勢、克服傳統教學不足，進而解決現存問題的思路（混合教學模式），以期為生態學專業本科生的“微生物學”課程教學改革提供參考依據。

本文系吉林省教育廳產學合作協同育人項目（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.東北師范大學環境學院；2.東北師范大學附屬實驗學校）