混合教学模式在微生物学课程教学中的应用研究

　　杨玉荣1 王淑娟2 杨松滔1 曹勇宏1 张 刚1 *

　　随着电子信息技术的飞速发展及高等教育改革的不断推进，混合教学模式受到越来越多的关注。混合教学模式强调将各种数字化教学方法应用于传统的课堂教学，能够打破教育的时空局限，有利于培养学生的综合科学素质。本文以东北师范大学的专业基础课“微生物学”为例，分析“线上自主学习+线下课堂教学”的混合教学模式研究，比较传统教学模式的不足，以及混合教学模式所具有的时空灵活性、表达自由性、能力培养性、考勤高效性等优势，提出了基于线上自主学习背景开展线下课堂教学的“双线” 混合教学模式，即以显著提高学生自主学习与创新能力为驱动力，以两个“转变”（即教师主体转变以引导为主，学生主体转变以自主学习为主）为设计理念的创新教学模式，为“微生物学”的教学改革提供科学依据。

　　生命科学在21世纪得到了令人瞩目的发展，逐渐成为自然科学中最活跃的前沿学科之一。微生物学是生命科学的重要组成部分，主要基于分子、细胞或群体水平上研究微生物的形态、结构、生理生化、遗传变异等生命活动规律，进化与分类上的形态特征，以及与人类和自然界的相互作用关系等。微生物学的发展促进了现代生物学的诞生，并显著影响着人类健康、社会进步及生态系统的可持续性。同时，微生物学亦是应用性很强的学科，它与数理化和信息科学交叉渗透，与医药健康、工农业、环境生态保护等领域息息相关，在这些领域具有广泛应用。然而，微生物个体微小，难以直接用肉眼观察；且微生物的生理生化过程较抽象，蕴含了大量的物理学、化学、生物化学等知识，导致“微生物学”课程内容繁杂，知识点琐碎，研究对象微观抽象，学生为应付考试多采用死记硬背的方式，不能对理论知识活学活用。因此，改革传统的教学模式，鼓励学生创新，提高学生对微生物学的兴趣，最终实现能力型与应用性复合人才的培养目标，满足社会和行业的需求，逐渐成为高校“微生物学”教学亟待解决的问题。

　　《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》指出，“要推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式，全面提高高等教育质量”。我国一系列教育战略规划强调，“教育体制改革要不断适应经济发展、社会进步、科技创新的需要，要为经济社会发展提供人才保障和智力支撑”。随着电子信息技术的发展，教育模式的探索是当前教育改革研究浪潮中的重点之一，国内各高校一直在进行混合教学模式的应用与实践研究。“微生物学”是一门理论性和实践性较强的课程，而传统的教学理念、教学方法和模式已不能完全满足新时代的要求。因此，探索适合“微生物学”课程教学新模式，对于培养学生的实践能力与创新精神具有极其重要的意义。

　　许多高校生态学专业教学团队已进行了多种形式的课程教学模式创新，其中华中农业大学陈雯莉和胡胜将翻转课堂应用到课程教学中，实现了因材施教，提高了教学信息化水平。深圳大学徐芳芳和谢宁等构建了“小规模限制性在线开放课程+对分课堂”混合教学模式，优化了传统的教学方式，培养了学生自主学习和创新思维能力。北京建筑大学张明顺尝试将互动式教学方法应用到课程教学中，实现了师生之间平等互动。这些前期的有效尝试，为“微生物学”这一多学科、多领域交叉课程的教学模式创造了良好的条件。

　　“微生物学”是东北师范大学环境学院生态学专业的基础课程，总学时36课时，授课对象为大二本科生。该课程主要介绍微生物的形态特征、生理功能、微生物与环境的关系、微生物生态学理论、微生物信息学分析技术等。它是一门理论与实践密切相关的课程，融合了土壤学、环境科学、动物学、普通生物学以及遗传学等学科的内容，具有综合性、实践性、发展性和时效性等特点，知识点多且复杂。传统教学方式往往难以取得较好的教学效果，在教学过程中，应注重学生科研能力与应用能力的综合培养，以适应新时期的要求。东北师范大学环境学院一直致力于“微生物学”课程教学模式的研究，组织探索“线上自主学习+线下课堂教学”的混合教学模式改革。课程教学团队于开学前进行生态学专业的课程教学设计，在以往教学实践的基础上，结合课程目标要求，进行了教学模式的再创新，如开发及应用MOOC等网络教学资源供学生拓展学习。综上，本文对“微生物学”课程近年来的混合教学模式进行探索和实践，以期为提升该课程的教学质量、培养学生的科研素质和创新能力提供科学依据。

　　1 “微生物学”课程教学现状及存在问题

　　微生物学作为生命科学的基础学科和生物技术的重要载体，对于培养生命科学相关专业学生的科学素质具有重要作用。然而，在环境生态学专业开设的“微生物学”课程中仍然存在一些现实问题。

　　1.1 教学方法单一，学习效果不佳

　　目前，大多数高校“微生物学”课程教学以传统的课堂教学方式（PPT展示或者板书）为主，以课堂/课后的习题解答为辅，忽视了学生对知识点的掌握能力。教师在有限的课时内，填鸭式地讲授了大量的知识内容和章节重难点，而学生在课堂上难以完全消化。另外，由于学生人数众多且缺乏师生互动，教师难以在有限的课堂时间内对每位学生的学习效果及时掌握，亦不能及时解决学生在学习中遇到的问题。此外，课程教材的内容更新缓慢，很多知识内容脱离现实，枯燥无味，很容易使学生失去学习兴趣，严重挫伤学生学习的积极主动性，甚至产生厌学情绪，难以实现人才培养的目标。

　　1.2 理论知识抽象，学生死记硬背

　　微生物学是在细胞、分子或群体水平上研究细菌、真菌、古菌等微生物的形态结构、生长繁殖、代谢调控、遗传变异及其与人类和自然界互作关系的学科，对于现代生物学的诞生和发展具有极其重要的促进作用。然而，其研究对象（微生物）肉眼难以观察，相关的知识内容难以形成直观的感官刺激。因此，对学生而言，理论知识较为抽象，难以理解且枯燥乏味，增加了学生的学习难度，在课程考试过程中，只能对知识点采取死记硬背的方法强行记忆，难以收获较好的学习效果。

　　1.3 教学过程生硬，缺乏师生互动

　　传统的教学模式是一种集体式学习方法，由教师带领学生同时处于同一个学习空间内，教师将知识内容通过说明的教学方法传达给学习者，教师担任叙述者的角色，而学生是信息的被动接受者，师生互动机会较少。教师无法掌握学生的学习状态，难以实施补救教学。传统的教学模式是一种单向的知识灌输过程，学生较迷信于教材及教师的权威性，久而久之会导致其求知欲及思辨精神的丧失。

　　2 混合教学模式概况

　　2.1 历史沿革

　　混合教学是指在传统教学模式的基础上，利用互联网和信息技术进行教学的复合型教学模式，起源于美国，并在21世纪初期逐渐在我国流行。2010年网易开办公开课，2011年3月复旦大学联合网易打造国内高校网课平台，随后各大高校纷纷加入。混合教学模式在我国快速发展，出现了多种模式的创新，如直播教学、录播教学以及以 MOOC等网络资源为载体的翻转课堂教学等。

　　2.2 混合教学模式的优势

　　（1）时空灵活性

　　混合教学打破了传统教学模式的时空隔阂，为师生提供了即时交流的条件。传统的教学课堂存在以下问题：①教学过程中，教师在台上，学生在台下，距离造成了隔阂，教师不易快速获得学生的实时反馈；②中华传统文化熏陶下的学生普遍存在课上羞于举手发言的现象，即使有问题或想法，也更愿意课后1对1交流，或者由于各种原因延迟、搁置、放弃；③课堂纪律和座位格局，也决定了同学间难以交流和讨论；④课堂气氛不活跃，教师及学生缺乏热情，而混合教学模式则轻松解决了上述问题。

　　通过互联网资源和信息的共享，教师从网络上下载优质的教学资源作为素材宝库，构建辅助教学实施的材料资源，并通过精心的加工组合模拟动画、教学视频、教学图片等现代化教具，建设个性化的课程资源库，将枯燥、抽象的知识点可视化，有助于提升学生的直观感受并激发学习兴趣，确保良好的教学质量。另外，教师利用交互式的教学平台，集成视频会议系统、虚拟教室系统、聊天工具、BSS讨论系统、内部电子邮件系统给学生提供自由的学习空间，学生可在讨论区参与讨论，教师可实时收到学生的反馈，并为学生答疑解惑，与学生交流；同学之间也可以随时讨论，不受时空的制约；平时羞于表达观点的学生，也可以在网络课堂中畅所欲言；师生和同学间即时的交流与互动不仅能够活跃课堂气氛，而且能够激发学生的学习热情和教师的教学热情。

　　（2）表达自由性

　　混合教学使学生可以个性化地表达观点而不受其他同学的影响。传统的教学课堂存在以下问题：①学生表达观点时易受到其他同学影响；②教师难以了解每个学生的想法，因而难以实现因材施教。而混合教学模式不存在这些问题。

　　“微生物学”课堂上，每个学生都是单独在电脑前听课，可以随时表达想法，且不受其他同学影响；学生踊跃表达自己的观点，教师能够了解学生最关心什么，对知识掌握程度如何，从而有针对性地组织教学。当学生都自由地表达观点，课堂会逐渐变成一个思辨的课堂，更有利于学生求知欲及创造性思维的培养。

　　（3）能力培养性

　　混合教学为学生提供了充分发挥个人学习特色的条件，让学生有更多机会主动思考和探究，提高自主学习能力。传统的教学课堂存在以下问题：①学生间易互相影响，学习方法趋于一致，无法充分发挥个人学习特色；②学生容易满足于课堂所学，往往被动思考，难以主动探究，自主学习能力普遍较差。

　　“微生物学”课堂上，学生与学生分隔开，使学生的学习自由最大化，能够充分发挥个人学习特色；网络的虚拟教学资源丰富，学生课余时间充足，有利于学生进行主动探究及自主学习，提高学习能力。

　　（4）考勤高效性

　　混合教学为教师充分了解学生的出勤情况提供科学依据。传统的教学课堂存在以下问题：①教师只能通过点名的方式掌握学生出勤情况，不仅浪费时间，而且使教师与学生疲于应付；②统计结果不完全符合实际，难以达到督促学生按时出勤的目的。而混合教学模式则轻松解决了上述问题。

　　“微生物学”使用交互式的教学平台授课，学生充分利用平板电脑、笔记本电脑等设备，对章节重难点产生直观认识，系统后台实时统计学生的学习情况，教师导出监测数据进行学习效果分析；教师统计学生出勤情况方便快捷，不占用课堂时间、不损耗教师和学生的精力；课堂气氛活跃，学生的参与性和积极性高涨，进一步保证了教学质量与教学效果；学生可随时点播课件资源，查阅教学内容，完成在线学习任务，转变为课堂“主角”，有利于激发学生的学习热情。

　　3 “微生物学”混合教学设计

　　基于上述传统教学模式及“微生物学”课程教学中存在的问题，结合本专业教学实际情况进行了混合教学模式设计，即“线上自主学习+线下课堂教学”的混合教学模式，结合实际教学案例具体说明如下。

　　3.1 例1：第五章《微生物在自然界物质循环中的作用》

　　在本章教学实践中，侧重于学生对理论知识的掌握、灵活运用以及对专业实践的理性认识。教学主要有以下内容。

　　（1）线下课堂教学内容。教师授课，讲解理论知

　　识，结合实际案例分析，促进学生对理论的理解。如，关于微生物在自然界碳素循环作用的讲解，教师先讲解生物地球化学循环的概念及过程，再结合当前农村垃圾处理案例进行分析：面对国家对新农村清洁环境的高标准、高要求，环境生态管理人员采取了分别在管理、人员、设备、技术和突发事件五个方面进行农村废弃物控制的方法，完美解决了秸秆等废物处理困难的问题。

　　（2）线上1自主学习内容。学生自主分组，进行组内

　　分工合作，通过各种渠道了解农村废弃物处理问题，针对某一环境生态问题，应用所学理论进行分析，提出可能的解决方法，制作PPT，并完成一篇小论文。如某一个学习小组调查了秸秆焚烧处理的现状，应用多种微生物原理提出了秸秆的处理方法，并讨论出了一些便携式应用装置，完成课程论文。

　　（3）线上2自主学习内容。小组以PPT形式汇报研究

　　成果，每个小组汇报完毕，先由其他学生评价，然后教师分别对汇报小组、评价学生的表现进行点评，并与学生讨论出最佳的研究过程和汇报表现。比如在研究学习过程中，要注重以下几个方面：①小组成员的分工科学性；②研究内容的逻辑合理性；③环境生态问题产生的原因和解决方法的一一对应性。又比如在PPT制作方面，提出以下要求：①字体、字号符合规范；②文字内容不宜过多；③适当使用图表；④配色美观；⑤整体风格一致。

　　（4）过程性考核内容。小组研究过程、汇报表现及评价学生表现。

　　小结：学生通过本章的学习，掌握了微生物学相关理论，构建了知识体系；通过小组合作研究，进行了拓展学习和理论的实践应用，形成了专业实践理性认识；通过同学和教师的评价、讨论及自身的思考，得到了各方面能力的综合提升。

　　3.2 例2：第六章《污染环境的微生物修复》

　　在本章教学过程中，侧重于学生对区域生态问题的理解以及对理论知识应用的感性认识。教学主要有以下内容。

　　（1）线下课堂教学内容。教师授课，由学生身边的区域环境生态问题切入，与学生讨论区域环境生态问题产生的原因，如何针对这些环境生态问题进行修复。例如多数城市环境卫生存在死角，背街小巷的环境卫生明显落后于主干街道，师生讨论后，认为其产生的主要原因是缺乏灵活、可移动的污染物处理设施，相应的解决方法有扩大管理覆盖面，增加污染物集中收集力度，提高污染物处理效率等。

　　（2）线上1自主学习内容。学生自愿利用课余时间走进大自然、游览所在城市，通过直播、录像、摄影等方式，与教师和同学分享环境生态问题、产生的原因以及可行的污染物处理方法。如某位学生通过录像的方式，与同学分享了高速公路服务区污水处理问题。学生讨论后，认为服务区污水收集系统不完善、效率低，缺乏便携、高效的污水处理方法等。教师建议学生关注“污水的微生物处理技术”相关内容（如MBR工艺、SBR法、曝气生物滤池等工艺），引导学生拓展学习，了解微生物在污水处理中的重要作用。

　　（3）线上2自主学习内容。学生课余实践活动的效果。小结：学生通过本章的学习，掌握了不同区域环境生态问题的特征、产生原因以及对应的修复方法；通过实地游览和分享、讨论，加深了对理论的理解，形成了对专业实践的感性认识，提高了实践能力。

　　综上，课程结束后，进行总结性考核，即开卷考试，重点考核学生知识掌握程度，及应用理论知识解决实际问题的能力。上述教学过程中的过程性考核与总结性考核为课程总考核。

　　4 “微生物学”课程混合教学模式总结

　　根据“微生物学”课程混合教学模式设计及上述实践案例分析，进行了混合教学模式的梳理和总结，以便于此教学模式的应用及推广。混合教学模式由“课前、课堂1、课后、课堂2、课余”五部分组成，各部分有特定的教学安排，分别针对学生专业素养培养、专业知识学习及知识体系构建、专业知识拓展、专业实践理性及感性认识等多方面能力的培养，辅以“过程性考核+总结性考核”，力求培养在生态监测与评价、生态修复与工程设计、生态与环境教育领域具有深造潜质的学术型人才与具备实践创新能力的应用型人才。

　　混合教学模式包含的五个部分具体内涵整理如下。

　　（1）课前：使用素材预热。学生观看相关影视剧、纪录片、阅读书籍提前熟悉学习内容。这些艺术作品可以给学生以感官的冲击，潜移默化地影响学生，促使学生自主思考人与自然的关系，产生个性化的、科学的生态理念，得到专业素养的培养。

　　（2）课堂1：线下课堂授课。教师讲解专业知识，与学生交流各自的生态理念，为学生答疑解惑，引导学生理清微生物学各理论知识之间的逻辑关系，构建知识体系。

　　（3）课后：小组研究学习。学生自主组成学习小组，研究感兴趣的课题，应用所学理论分析某些环境生态问题产生的原因及可能的解决方法，在自主学习过程中更新知识，提高自主学习能力。

　　（4）课堂2：汇报研究成果。学生汇报研究成果，同学、教师评价，学生反思。学生从自主研究到汇报成果的过程就是进行专业实践学习的过程。教师针对学生的研究过程和汇报表现进行指导，提高学生的实践能力，提升学生专业实践的理性认识。

　　（5）课余：开展实践活动。学生深入所在城市，了解城市存在的环境生态问题，并可通过直播、录像、摄影等方式与同学、教师分享。学生和教师应用微生物学知识进行分析和评价，从而提升学生对专业实践的感性认识。专业实践的理性与感性认识相结合，将会使学生的专业实践能力得到质的飞跃。

　　此外，关于课程考核，设计为过程性考核+总结性考核。过程性考核指标主要有：①心得体会的质量；②课堂出勤率；③课堂活跃程度；④小组研究过程及汇报表现，评价同学表现；⑤学生课余实践活动表现。总结性考核方式为开卷考试，主要考核学生的理论知识掌握程度及专业实践能力。这种考核方式打破了唯成绩、唯论文评价的僵化模式，涵盖了学生课程学习的全过程，时刻关注学生的学习效果，克服了传统教学方式监督缺乏的不足。

　　5 结语

　　在信息化高速发展的今天，各行各业都受到信息化的冲击，教育事业也不例外。高校作为国家教育事业的先进单位，教学模式探索既是大势所趋，亦是历史必然。诚然，在教育信息化改革的前进道路上仍存在诸多问题，需要无数高等教育工作者创新理念，勇于尝试，为教育改革扫清障碍，为高等教育信息化发展提供新思路。本文就传统教学的不足以及现阶段“微生物学”课程教学存在的问题展开讨论，提供了一种发挥信息技术优势、克服传统教学不足，进而解决现存问题的思路（混合教学模式），以期为生态学专业本科生的“微生物学”课程教学改革提供参考依据。

　　本文系吉林省教育厅产学合作协同育人项目（项目编号：2021JY008CXHZ）、东北师范大学思政工作坊课题资助（项目编号：2022SZ006HJ）。

　　*通信作者：张刚

　　（作者单位：1.东北师范大学环境学院；2.东北师范大学附属实验学校）