药学类环境微生物学课程体验式教学模式的探索与实践

郭瑞昕，李文红，吴盛美，陈建秋

中国药科大学理学院 (南京 210009)

环境微生物学是将微生物学的理论、技术和方法应用于环境污染监测、治理以及环境保护方面的一门学科。以普通微生物学理论与技术为基础，揭示研究微生物与有关环境现象、环境质量及环境问题的关系，重点研究污染环境中的微生物行为及其与周边环境的相互作用，突出微生物在环境污染与环境资源领域中的作用与地位。作为环境科学专业学生必修的基础课程，其与环境化学、环境生物学、环境监测、环境工程、环境质量及评价等课程内容相互交叉，为学生学习水污染控制工程、环境监测、固体废物处理与处置和环境毒理学等其他专业课程提供了必需的微生物基本理论知识和实践技能。该课程涉及面广、发展迅速、实践性强，目前已有学者围绕如何在有限的课时内使学生有效掌握核心授课内容和提高环境微生物学教学效果开展了一系列探讨性工作［1-4］。药学类环境科学专业为中国药科大学特色专业，在建设之初就已经把改革创新教育理念与方法放在重要的地位，在“不唯药，需围药，应为药”的办学方针指导下，不断借鉴其他院校已有的教学经验，探索具有自身特色的发展之路。笔者在授课过程中对环境微生物学的教学进行改革与探索，并逐步总结形成了体验式教学模式，取得了良好的教学效果。

1 体验式教学理念的意义

体验式教学是基于现代教育理论，吸收了教育心理学、管理心理学和组织行为学等相关学科成果，针对现代人的工作特点和现代组织的特征而开发的一种新的学习方式［5］。这种教学方式提倡教学过程中教师和学生相对独立的主体地位，实现教的主体和学的主体的统一。通过教师设置情境和学生参与体验，在教学信息相互交换过程中师生共同参与、相互依存和相互作用，注重学生主观能动性的发挥和自主学习能力的培养，形成了氛围良好、富有生命活力的教学环境。因此改革传统的教学方法，构建符合药学类高校特色的环境微生物学体验式教学模式，积极开展体验式教学方式方法的研究是提升教学水平和办学效果的重要途径。

当代大学生成长在我国改革开放和社会主义市场经济快速发展的历史时期，具有典型时代与年龄的个性特征:一方面，他们拥有较强的参与意识和竞争意识，对新事物具有较强的接受能力［6］;另一方面，大学生正处于心理断乳期，无论在心理上还是生活上都表现出对他人的依赖性，在找准自身定位、明确学习目标、自主安排学习时间等方面还存在明显不足，表现出适度的迷茫［7］。现代科学教育观要求树立“以学生为本”的理念，充分尊重学生主体地位，促进学生全面和谐发展。任何教学改革与探索都要符合当代大学生的个性特征，作为专业课教师在专业课教育的实施过程中也要坚持“育人为本、德育为先”的原则，有的放矢地设置情景教学模式，将德育教育寓于专业知识的传授和教学过程中，体现教育的时代性、针对性和实用性。

图1 原有教材的内容与模块化调整情况示意图

2 体验式教学理念在教学内容中的体现

模块化教学模式是按照程序模块化的构想和原则设计一整套与教学内容相关的教育体系。它是在既定的培养目标指导下，将全部教学内容按照一定标准或规则进行分解，使其成为多个相对独立的教学模块［8］。在课堂教学中，模块化教学注重学生对所学知识和技能的主动构建，促进学生在学习的过程中积极地获取知识和应用知识解决问题。由于环境微生物学注重微生物与环境之间的相互关系，为强调微生物在环境中的地位与作用，笔者在理论课教学环节中将原有教材内容进行适度调整(见图1)。这一部分原来内容主要涉及“环境中的微生物”，原有内容是以不同环境条件来划分，分别涉及了自然生境中的微生物和极端环境微生物。但是笔者在备课时发现这两部分的内容互有交叉、逻辑关系既有平行又有总分，不利于学生对知识的掌握。

在课堂上笔者带领学生对原有内容进行了调整，按照“总－分”的结构，重新划分为三大模块:模块1，着重介绍微生物在生态系统中的作用以及环境条件对微生物影响(总);模块2，介绍微生物在两种环境(一般生境和特殊生境)中的情况(分)。基于微生物在生境中吸附行为与生物膜的形成、好氧污水处理的微生物作用机理等后续教学内容都存在联系，因此将教材中第六节内容单列出来，参考国外原版教材中的相应内容并结合一些最新研究结果组成模块;模块3，介绍微生物在生境中的行为(分)。由于只是对原有教材进行逻辑结构的梳理和优化，并不涉及到内容上的大幅度变化，不需要学生更换教材，保持了教学的连贯性。更为重要的是整个调整过程由笔者带领着学生一起参与并完成，每一步改动都对学生做了充分的解释和说明。学生在这样的过程中不但知道了“如何调整”，更明白了“为什么调整”，以批判性思维与辩证态度来看问题，打破了对教科书所谓“神圣不可更改”的不科学认识，真正懂得了“尽信书不如不读书”的道理。教学的真正目的在于帮助学生体验到什么是学习的过程以及如何去学习的方法。只有这样才是真正意义上的素质教育。

体验式教学的理论基础是建构主义。建构主义认为学习是一个积极主动的建构过程，强调以学生为中心，学生是认知的主体，教师只对学生的意义建构起帮助和促进作用［9］。因此在教学环节中应该含有情境创设和协作学习，并在此基础上由学习者自身最终实现对所学知识的意义建构。在教育领域经常有这样的说法“看三遍不如讲一遍”，其意思是指对知识的理解仅有“看进去”(输入)的过程还远远不够，只有通过自身的加工之后“讲出来”(输出)才是真正的掌握。由此引发了笔者的思考:能否在教学中设置这样的情境，让学生体验一下教师的角色，通过学生给学生讲授知识，以学生的“经验生长”为中心，以学生的潜能为动力，把学习与学生的兴趣和愿望结合起来。因此在环境微生物学体验式教学模式中，笔者有目的、有意识地创设出了若干参与性教学情景，引导学生通过亲身体验活动来获得知识、感悟道理和提升能力，这是一个以教师为主导，以学生为主角完成的主体转换的教学过程。该教学模式具体表现为:“导入－体验－分享－总结”。在“导入”阶段任课教师首先从教学目的以及学生的知识水平出发，结合前一阶段所学内容，在体验开始前对具体章节进行建构。根据前述的模块化教学模式，将此部分相关内容进行梳理划分为“微生物与动物、植物的关系”、“微生物与人体的关系”、“微生物与元素循环的关系”以及“微生物与环境污染的关系”等若干模块。对学生模拟教学体验做出了详尽的规定。学生则是“体验”阶段的主角。在这一阶段，学生首先以小组的形式完成了对所讲内容的“课前备课”工作，然后以一人单讲、两人搭档或多人配合的方式，结合丰富的多媒体资源开展“授课表演”。由于这样的表现形式新颖、语言更加贴近学生，极大提高了学生的学习效果。“分享”阶段是学生在亲历亲为之后的自我认识和相互认识阶段。笔者要求学生以“教师”的角色来对该章节重难点的知识进行总结，并结合同期在文献与信息检索课上所学内容，查阅一篇与之相关的文献。作为这一阶段的“主持人”，笔者鼓励与引导学生积极反思和表达他们教学体验后的真实感受，特别是要求他们挖掘内心的真实认知，在自我反思的基础上与学生进行讨论、分享交流和互相学习。例如，有位学生做了关于微生物对金属的依赖以及金属对微生物的毒性作用的文献报告后发现药物与微生物的相互关系研究相对不足，与其他几位同学一起向笔者提出能否在实验室开展这方面的相关实验。可见体验不是目的，而是手段，在体验基础上回顾、探究、归纳、确认，最终提升认知。因此笔者结合在研课题相应地开设了若干课后延展探究项目如“微生物降解药物行为研究”、“抗生素对微藻的环境效应研究”等，鼓励学生在课余参与科研项目，不但主动建立起知识学习与知识运用之间的联系，真正做到了学以致用，受到了学生的好评，而且体现了本校的药学特色，很多学生甚至希望将此作为他们的开放课题和毕业论文的题目，在环境微生物学课程结束之后还可以继续进行。“总结”阶段是整个课程的升华，也是体验式教学成功的先决条件，笔者带领学生在反思讨论的基础上对教学内容进行归纳总结与点评，激活蕴涵在教学中的隐形教育因素，唤醒学生的自我意识，帮助学生在体验中产生改变自己的认知，形成改变自己的动机，并将这些感受和变化运用到现实环境中，带来个人学习能力的转变和综合素质的提升。

3 学生考核方法的改革与创新

本科教育应该注重“过程”而非“结果”。其目的不仅要教会学生知识，更要教会学生学习掌握新知识的能力，因此大学本科考核应该为本科教育服务，其目的应该是要把学生的学习过程以及是否有继续学习的本领体现出来，不仅仅为了形式而考核。但是目前的考核形式主要有闭卷考试、开卷考试和撰写课程论文。闭卷考试的弊端在于偏重于知识掌握，而忽视了知识运用。开卷考试的试题具有灵活性、开放性，但弊端是学生通常忽视对基本知识的掌握。课程论文形式要求学生通过查阅资料文献，然后根据任课教师题目自由发挥，这样的形式能充分发挥学生的创新性思维，但由于在课后完成，学生在撰写论文的认真度值得商榷［10］。实验课程的考核形式同样也比较单一，学生根据实验讲义中的要求操作实验，实验成功与否就看与预期的结果是否一致，任课教师根据学生的实验结果和课后思考题的完成情况评分。由此可见，现有的考核方式虽然在检验学生对理论知识和实践技能的掌握上有着重要的作用，但在转变学生的学习方式、提升学生分析问题、辨别问题和解决问题的能力以及提高学生的学习自主性和积极性等方面亟待提高。相比而言世界上一些拥有先进教育理念的国家，其大学考核形式方法多样，尤其重视对学生的综合能力的考评。例如，英国大学课程的考试方式呈现出灵活化、多样化的特征。其考核形式主要包括:日常作业(Assignment)、报告(Presentation)、笔试测验(Quiz)和项目(Project)，而美国大学的考核中还包括了小组考试形式和学生参与命题考试等特色环节［11］。以上的考试形式在具体操作上体现了多样性、创新性的特点，鼓励学生个性的彰显。笔者认为，任何考核形式都有其优点，不能一味否定现有考试，也不能一味地照搬照抄别人的方法，而是应该在借鉴国外大学课程考核形式与方法的基础上，结合我国药学类高校的实际情况，以及环境科学专业的具体特点，大胆尝试，积极创新，针对现有的考试形式进行有的放矢的改革。笔者在环境微生物理论课和实践教学环节中开展了一些探索与实践。

现有的专业理论课考试题目从内容上要求有一定的知识覆盖度、从难易程度上要求有一定的区分度。主要的考试题型有选择题、填空题、简答题、论述题、计算题等。而且为了保证一定的覆盖度与区分度，不同的题目之间是相对独立的，不会重现交叉关联。可见这样的考试还是以“结果考核”为主要目的，只重视学生知识的掌握，不重视能力的培养，对学生的个性化发展及其创新能力的发展造成限制。因此笔者在对环境微生物期末考试命题的时候大胆改革，提出了“综合任务”的新题型模式。例如在2012-2013学年第二学期期末考试试卷A1卷中有这样一道题:“微生物具有强大的降解能力，这是环境污染物生物处理方法的基础，请根据所学知识，回答下列问题:①要想实现生物降解，需要满足的基本条件有哪些?②与其他生物相比，为什么微生物具有降解有机污染物的巨大潜力?③决定生物降解性的因素包括了化合物自身的结构与物理状态、化合物对微生物的驯化时间以及微生物所处的环境，其中对微生物存活、活性以及污染物状态产生影响的环境因素有哪些?④目前可以通过人工强化的手段提高微生物的降解能力，其中提高现有微生物的降解能力的手段有哪些?⑤污染物被微生物降解的过程有哪些?最终的归宿是什么?⑥共代谢微生物降解环境有机污染物的重要方式，主要包括哪些污染物?参与的微生物有哪些?其特点是什么?”此题主要考察的是学生对污染介质微生物降解特征的理解，通过综合任务题的“导言”部分首先建立起知识理解与运用的情景，帮助学生对这部分知识点内容进行回忆、梳理，然后对具体内容进行整体把握后再细化拆分，最后有针对性地回答问题。每道问题之间也存在承上启下的逻辑关系。笔者始终认为提倡素质教育、反对应试教育并不是否定考试。学生在考试中所表现出来对知识的理解和运用其本身也是一种素质的体现。考试的最终目的不仅仅是对教学效果的评价，更是教学过程中的终端强化手段，学生参与的考试过程应该是对其所学知识综合理解与运用的体验过程，是课堂教学的延续和补充。本课程的学生通过完成这样的综合任务题，必然会对自己所学知识又有了更加深刻和系统的理解，避免了“考前突击准备、考后迅速遗忘”的弊端。

在实践教学环节中也开展了相应的改革尝试。任课教师对实验操作、数据测定、结果分析与讨论等环节如何分工并组织实施不作具体安排。学生根据自身的特点特长以小组讨论的形式确定，并最终将自己在小组中的分工与完成情况和实验结果一起写进实验报告中，并且对自己和其他组员的工作进行客观公正的评价。任课教师根据学生现场操作情况以及实验报告中的数据分析、自我评价、经验与教训总结等内容综合打分。例如，在“环境微生物分离和纯化”实验中，有一小组成员中负责培养基灭菌工作的学生，由于疏忽大意使得一组样品受到了污染，干扰了实验结果。事后当事者在自己的实验报告上认真地分析了实验没有成功的原因，表达了自责和对其他组员的歉意。而同组的另外一位学生也在实验报告中分析了本组实验存在的主要问题，也为自己没有及时监督提醒而内疚。尽管这次实验的结果没有“成果”，但这样“体验式”的实施方法重归纳、分析、渗透和总结，更好地培养了学生独立思考能力和创造能力，引导学生形成正确的价值取向，更好地处理个人责任与集体目标之间的关系。因此，笔者在评阅以上两位学生的实验报告时给予了较高的分数，并写下了鼓励性的话语，同时也推荐给同组的其他学生做参考，引导他们发现问题，积极思考。这样的措施得到了当事学生的积极回应，并且在之后的实验课上有更认真的表现。笔者认为这样不以结果为导向的评价体系，体现了“差异化对待、个性化培养”的原则，鼓励了学生实事求是的科学精神，杜绝人为修改实验结果，弄虚作假，尤其是课上不认真动手操作，课后却“认真”完成实验报告的不良行为，也使对学生学业的评定工作变得更为客观公正。

4 实践教学过程中学生主体意识的培养

环境微生物学实验是连接理论知识与实践应用的纽带与桥梁，是培养学生应用环境微生物学的理论和技术探索和解决环境问题的有效手段。在传统的实验教学活动中主要采取“课前预习－课堂实验－课后提交实验报告－教师评阅”的基本模式。在实验开展前，任课教师将所需的试剂、器械、材料、培养基等准备好并放置在公共实验台上，教师“照方抓药”，首先根据实验讲义内容对本次实验进行讲解与演示，学生将其实验材料逐一取回“按部就班”地按照课堂的讲解和演示进行操作。这样的模式注重了实验任课教师在实验课中的主导作用而忽视了学生主观能动性的发挥。学生在实验中仅扮演了“参与者”的身份而非“体验者”的角色，不利于人才的培养。由此可见，在实践教学的实施过程中应该注重学生角色的定位，积极营造氛围，充分体现每位学生的主体性。

笔者基于现有环境微生物实验内容开展了一系列的改革和创新。例如“培养基的制备及灭菌技术”是环境微生物实验的基础，因此将学生分成几组参与到该实验准备环节中。在准备工作开展前，任课教师将该组学生集中，介绍实验准备的相关情况，但对于具体工作不做安排。同组学生根据自身的特长，讨论工作分工并组织实施。在整个实施过程中学生能够积极主动讨论实验方案，将工作进行细化分工，这样的实施方法使得每位学生对即将开展的工作既有总体性的认知，又对个人的任务清晰明确。由于每位学生的工作都会受到上一位学生工作质量的影响，同时其完成质量也必然会影响到下一位学生的工作，而每位学生的工作质量最终将决定整个团队工作的完成情况。因此，笔者发现每位学生都是本着“为自己也为别人高度负责”的态度积极开展工作，遇到问题及时讨论、互相帮扶、鼓励支持，真正实现了“在做中学”。

5 小结

如何在教学中落实让学生成为“学习、生活和社会实践的主体”，更好地发挥学生在学习中的主动性、积极性和自觉性，成为专业课程任课教师首要探索的问题。笔者将体验式教学这种新的方式引入专业课教育中，通过在知识传授过程中设置模块化教学模式、在考核环节设置面向体现过程的评价体系，在实践教学中设置学生讨论工作分配的模式，打破了传统专业课教育的局限，树立“以学生为本”的理念，充分尊重学生主体地位，促进学生全面和谐发展，取得较为明显的教学效果。今后还需在模块化教学模式的实施细节，学生学习全程评价体系的构建等方面进一步优化完善，特别是在如何将环境科学的专业知识与药学知识相结合，更好地体现药学类环境科学课程的特色等方面不断探索实践。

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