基于混合教学模式的环境微生物实验课程建设

高冬梅，张民生

(中国海洋大学 环境科学与工程学院,山东 青岛 266100)

随着信息技术在教育领域的高速发展，引发了教育技术的深度变革，目前，最具代表性的是在线学习(E-Learning)，这类基于网络的教学模式已经普遍应用于高等教育领域，它利用强大的网络系统和媒体功能，使学生可以不受时间和地点的限制，利用网络上丰富的学习资源完成学习任务。随着这种教育模式的广泛应用，其缺点和不足也逐渐显现出来：单纯的在线学习缺乏人与人面对面的沟通、交流和情景的营造，影响学生的深度学习和知识内化的效果。而在线学习的缺陷却恰恰是传统高等教育面授教学的最大优势。传统高等教育面授教学模式的缺点是以教师为中心的灌输式教学，学生只是被动地接受，严重制约了学生的发散思维和创新能力的培养[1-2]，难以实现高等教育的目标。因此，近年来出现了中和两种主流模式的新模式——混合学习(blended learning)，它将在线学习与传统面授教学的优势有机整合在一起[3-5]。混合学习采用多种教学和学习模式(任务驱动式、合作学习式、探究式、面授式)，实现了从传统的“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变，教师发挥教学的设计、引导、答疑解惑及监督的主导作用，学生自主学习、协作学习、激烈讨论辩论、各抒己见，最终达到深度学习的效果，促进学生自学能力、创新能力的培养和主观能动性的发挥，并为实现个性化教学提供重要的手段，最大化提升教学效果[6-8]。清华大学教育研究院的研究也表明，信息时代教育教学改革开始迈向了混合教育新阶段，这是顺应信息化、个性化学习的需要，适应社会对人才培养的需求[9]。

混合教学模式已经在国内外进行了诸多尝试，积累了许多成功的经验，但主要是针对理论课程的教学实践，对于实验类课程的实践和经验比较少，而实验类课程是学生对理论知识深度认知并亲自动手检验或证实所学知识的过程，对学生动手能力、科学思维的培养具有至关重要的作用，所以，实验教学是实现高等教育人才培养目标的重要环节[10]。而传统的灌输式实验教学模式难以实现实验教学的目标[11]，因此，我们在学校教务部门的大力支持下，以技术性和实践性较强的环境微生物实验课程为例，利用清华教育在线网络教学平台，进行了环境微生物实验课程的混合式教学改革的探索和实践，以期为实验教学的混合式教学模式在实验教学中的推广积累丰富的经验，为大学生创新能力和创新意识的培养提供全新的教学方式。

1 混合教学课程网站设计

环境微生物实验课程具有很强的专业性、技术性和实践性，而且需要广博的专业基础知识和扎实的操作技能，因此，必须紧紧围绕课程特点进行混合教学设计(如图1所示)，具体专栏包括课程信息、实验教学、操作技术、拓展资源及实训案例。每个专栏下设子栏目，课程信息专栏包括课程介绍(教学目标、教学内容等)、教学大纲、教学日历、考核说明等子栏目，使学生对环境微生物实验课程有整体认识；实验教学专栏下以实验项目作为子栏目，每个实验项目栏目中包含该实验的详细内容，包括学习目标、实验导学、实验原理、实验操作、预期结果及常见问题等内容，是教与学的重点；操作技术专栏包括微生物的所有基本操作技术，主要以微视频形式呈现，便于学生直观形象地学习和掌握微生物操作技能，操作技能的掌握程度直接关系到实验的成败；拓展资源专栏包括实验相关的理论知识、相关仪器的操作技术、环境污染的微生物修复技术等内容，拓展教学的广度和深度，便于学生对实验内容的深度理解和知识的建构；实训案例专栏以具体的环境问题为依托，设计综合性实验项目，利用环境微生物实验技术解决具体环境问题，提升学生的实践技能。

图1 环境微生物实验混合教学网站栏目设计

2 混合教学过程

混合教学的基本过程是由“线上—线下—线上”过程的有机结合(如图2所示)。学生需要在开课前通过网站的课程信息栏目了解课程的教学目标、教学内容、课程进展计划及考核要求等信息，以便在日后的学习中做到心中有数。每个实验/实训项目的学习需要在实验教学或实训案例专栏下各个子栏目中进行，结合每个实验/实训项目的学习目标，通过自主学习和协作学习完成“线上”学习任务，必要时需参考操作技术和拓展资源栏目的相关内容，完成学习目标；教师要及时进行“线上”学习的指导、引导和监督，使学生在进入实验室之前对实验相关知识、实验原理及实验操作过程有深刻清晰的认识；学生进入实验室后的“线下”面授过程以实验动手操作为主，教师进行个性化指导及相关实验问题的分析；最后，学生要在“线上”通过深层次的讨论和自测完成实验反思和问题的深度剖析，教师进行引导、评价和总结，促使学生完成知识的内化和建构过程。

2.1 学习目标

学习目标是课程教学的导航[12]，教师要针对每个实验/实训项目建立清晰、明确的具体目标，引领学生的学习方向。学生要围绕学习目标完成相关知识的学习，最终达到学习目标的要求。如培养基的制备实验，教师需要制定与培养基制备相关的3个具体的学习目标：1)明确培养基的成分、作用及类型；2)以牛肉膏蛋白胨培养基的制备为例，完成培养基的配制、灭菌及试管斜面和平板培养基的制备；3)了解常用的微生物灭菌方法、基本原理、适用范围、操作过程和注意事项。学生要根据学习目标的具体要求，自主学习培养基基础知识、种类、特点、用途、常用培养基配方、配制程序、斜面和平板的制作过程、微生物的灭菌方法、原理及适用范围等相关知识。所以，学习目标的制定尤为重要，直接关系到教学目标的实现程度。

图2 环境微生物实验混合教学过程设计

2.2 教学资源

教学资源可分为基本资源和扩展资源两种类型：基本资源是学生需要通过课程学习所应掌握的基本信息，具体包括实验教学下设子栏目中的具体实验内容及操作技术专栏下的基本操作技能；扩展资源是进行深度学习的需求，具体包括拓展资源和实训案例，它是基本资源的横向延伸和纵向深入，增强相关知识的系统性和完整性，便于学生更好地完成知识的建构和内化。如环境样品中微生物总数的测定实验，既可以采用传统的平板培养法，也可以采用荧光显微镜计数法，由于传统的平板培养法属于基本操作技术的范畴和基本的教学内容，而荧光显微镜计数法属于现代环境微生物实验技术，需要大型仪器设备的辅助才能完成，所以，将传统的平板培养法的具体学习内容设计在基本资源中，荧光显微镜计数法的相关实验原理、操作过程、注意事项及预期实验结果等内容设计在拓展资源专栏下，学生通过自学相关内容，从而掌握环境样品中微生物计数的两种常用方法、适用范围和优缺点，完善学生对微生物计数方法的系统学习。

教学资源的设计应遵循学生的认知特点和信息加工规律，将丰富的教学资源进行优化、设计和编排，形成具有层次性、内在逻辑性的片段式学习资源[13]，并创设实验情景。如从平板向试管斜面的接种操作过程，包含许多操作细节，不能单纯以文字的形式一步一步地表述，否则难以理解和掌握，需要将操作过程分解为两个阶段，从平板取种过程和试管斜面的接种过程，再从中提炼出每个过程的操作细节，并配以实验操作录像和讲解，每个操作细节要慢速播放或反复播放，激发学生的情感体验，有利于学生对实验相关内容的理解、掌握和知识体系的形成。

2.3 “线上”教和学

线上的教和学的目的是使学生在进入实验室之前对实验相关内容有系统、完整的认识和理解。学生的主要任务是通过自主学习、协作学习等方式完成学习目标，教师的主要任务是引导、指导和监督学生的在线学习情况。

在“线上”的自学阶段，学生可以自由选择时间和地点来完成教学资源的学习，通过自学，没有理解或有疑问的知识点可以利用平台的教学互动功能，展开同学与同学之间或同学与教师之间的讨论和交流，学生可以集思广益，大胆发表自己的创新观点，最后进行预习情况自测及同学间的互评。在学生的自学阶段，教师要指导学生如何完成学习目标，并利用平台的教学互动功能，恰当地引导同学对于疑难问题的讨论、分析或答疑解惑，或发布适当的讨论主题，引导同学展开对实验重点、难点或操作细节问题的讨论或辩论，实现学生由低级思维向高级思维的转化。如在水产养殖废水处理实验中，需要向处理系统中添加一种微生物，在微生物分泌的一系列酶的作用下，实现氮污染物的去除。教师可以根据学生的自学情况，适时发布讨论话题——“分析各种氮污染物在微生物作用下的转化过程”，引导同学对实验原理的深度理解。最后，教师要汇总学生的“线上”学习情况，总结出共性问题及个别问题，为“线下”面授教学做好准备。

2.4 “线下”面授

线下面授教学过程中，学生的主要任务是动手完成整个实验操作过程，教师的主要任务是完成个性化指导及实验操作问题分析及总结。

学生进入实验室后，教师首先要对同学自学中的共性问题进行统一讲解、分析或操作演示，然后同学分组完成整个实验操作过程。期间，教师要针对同学“线上”学习情况进行个性化指导，并巡视所有同学的操作过程，发现问题，立即纠正解决。最后，教师组织同学进行实验结果的展示和结果互评，并对操作中存在的问题进行讲解和分析。

2.5 “线上”反馈

实验操作完成后，学生对整个实验内容的认识将更为直观和深入，教师要及时提出相应的话题或设计相应试题，引导学生对相关实验问题进行深度剖析，并完成在线自测，检验学习效果。如在地表水的微生物状况分析及评价实验结束后，让学生绘制出肠杆菌科、总大肠菌群、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌的关系图，加深对实验内容的深度认知。教师要根据同学对讨论话题发言的质量及在线自测情况，总结同学对实验内容掌握的程度，并及时进行信息反馈，引导同学完成实验反思及知识内化过程。

3 混合教学实践及问题分析

采用混合教学模式，利用清华教育在线网络教学平台，针对中国海洋大学14级环境科学专业(52人)开展了一个学期的环境微生物实验课程的教学实践，而同时开课的14级环境工程专业(49人)仍然采用传统教学方式进行对照教学，每个专业8个实验项目。在期末，对参与混合教学的52位同学的学习情况进行了统计，平均每个同学的课程网站登录次数为47次，发帖次数为33次，回帖次数为29次，在线时长为1108分钟。此外，为了与传统教学的效果进行对比，以多媒体试卷形式进行了期末考查，考查试题主要强调实验操作技能和问题分析能力。因为这是第一次采用多媒体试卷形式的考核，试题难度不大，但考核结果出乎意料。从教学效果的对比图(如图3所示)可以明显看出，采用混合教学模式的环境科学专业成绩明显优于采用传统教学模式的环境工程专业，平均成绩高出大约20分，充分体现了混合教学方式对学生实验技能和问题分析能力的促进作用。总之，经过一学期的混合教学实践，结果表明，同学对于新教学模式的接受能力远远超出预期，所有同学都能够积极参与，他们乐于通过网络与同学交流，具备较强的网络使用能力，对提高学生思维的活跃程度产生了积极的影响，实验技能明显提高。

图3 教学效果对比图

但是，初期的教学实践仍然存在诸多问题，总结如下。

3.1 学生的自主学习意识和自主学习能力较差

由于受传统教学模式和学习习惯的影响，学生对教师的依赖程度较高，目前，主要是在教师引领下的自主学习和思考，学生难以能动地学习，也缺乏独立思考和协作学习的主动性。因此，在初期的教学实践中，教师必须采取有效的引导和激励措施，如加强教师与学生的沟通和交流，及时解决学生自学中存在的问题；将“线上”学习情况纳入课程考核，激发学生的自主学习的动机，逐渐转变传统的教和学模式，培养学生的自主学习能力。

3.2 教学评价体系不合理

目前的教学评价主要包括实验报告、实验考核及讨论交流3部分内容，但是，在教学评价过程中出现了拷贝、抄袭现象。环境微生物实验课程是以培养学生的环境微生物实验技能为目的，因此，需要建立与能力培养目标相配套的评价体系。如在实验考核的试题设置方面，借鉴初期考核实践的经验，利用多媒体技术制作能够体现操作技能和问题分析能力的试题，增强对实验技能的评价力度。

3.3 没有充分发挥在线讨论区的功能

在线讨论是混合式教学过程中协作学习和深度学习的重要方式，但目前来看，学生仅仅是讨论一些自学中遇到的常规问题，对于教师提出的讨论话题，同学们的讨论也不够深入。分析发现问题的根源在于学生的知识面狭窄，不能对问题进行深度思考和分析。因为环境微生物实验知识的理解需要大量相关理论知识的积累，因此，应该丰富教学资源，特别是拓展资源，便于学生建立系统完整的知识体系。另外，教师也应该加强引导和监督，并制定适当的激励机制，促使学生积极主动地参与讨论，畅所欲言，并在讨论过程中扩展知识面，提高对问题理解的深度。

3.4 自主学习时间受到限制

混合式教学需要大量的在线学习时间，完成教学资源的自主学习、协作学习及自测、互评等，以便更好地进行知识的内化和知识体系的建构。但是，目前学生的课程繁忙，少有的空闲时间还要忙于其他课程的课后作业，因此，难以使学生安心进行在线学习。目前，很多同学都是采用推迟晚上睡觉时间来进行在线学习，致使有些学生产生厌倦情绪。这些问题已经受到学校教务部门的关注，目前正在进行新的教学计划调整，以便为混合式教学模式的推广和应用创造良好的环境条件，相信在学校教务部门及师生的共同努力下，混合教学模式必将促进实验教学的深度改革。

4 结束语

经过环境微生物实验课程的混合式教学改革的探索和实践，初步体现了混合式教学方式对实验教学的促进作用：1)系统的实验知识的建构和实验技能的掌握需要复杂的拓展知识的支持，利用混合教学方式能够更好地促使学生完成知识的内化和建构过程，并培养和锻炼学生的自学能力；2)这是目前高等教育大班教学背景下个性化教学的一种有效的实现方式，也是实验教学中培养学生科研思维和创新意识的有效途径；3)可以充分拓展实验教学的广度和深度，是实现深度教学的有效途径。但是，目前的教学实践还存在诸多亟待解决的问题，需要认真思考过渡阶段的每个实践细节，实现从传统教学向混合式教学的平稳过渡。