微生物学混合式教学的探索与实践

孟建宇，李 蘅，陶 羽，冯福应

(内蒙古农业大学 生命科学学院，内蒙古 呼和浩特 010011)

随着移动互联网技术的发展和无线网络覆盖及智能手机的普及，使现代社会的通讯、生活等各个层面发生了深刻变革，移动碎片化学习不断渗透到人们的日常。高等教育也在这场变革中发生着从教学手段到教学理念、从教学场所到教学方式的全新变革[1]。为顺应信息化、个性化学习的需要，混合教学的探索应用研究逐步成为了教学改革与创新的重要方式和新常态[2]。基于线上线下的混合教学实现了在线学习和课堂学习的有机结合，强化了学生的主体作用，增强了学生的学习体验，更有利于促进学习目标的实现，有利于培养具有创新思维的人才[3]。微生物学是生命科学各专业重要的专业基础课，对其他后续课程的学习有重要指导和铺垫作用。在学时大幅缩减(从64学时缩减到48学时)的情况下，想要将整本教材的内容教授给学生，难度巨大且效果不佳，但如未经充分调研而跳过或删减部分章节，又势必会割裂学生构建课程知识构架的体系化过程[4]。因此，如何在有限学时内使学生更好地掌握课程知识及进行实践拓展应用，是教学改革一直探索的问题。为了进一步提高教学质量，调动学生主动学习、自主学习的积极性，以内蒙古农业大学首批重点建设的示范课程(2016年)为契机，大力开展混合式教学的探索，以解决理论学时不足、理论和实践脱节、学生学习兴趣不足等教学中存在的问题。经过三年的改革实践，最终形成了线上线下相结合的教学模式，建立了知识性评价和过程性评价相结合的科学评价体系，创建了“研究性学习”的实践教学形式，实现了教学理念、方法、手段等多层次有机混合。在教学实践中，学生在掌握课程知识的同时，既培养了博览群书的宽广视野和钻研知识的浓厚兴趣，形成会学习的科学策略，也培养了高阶思维和综合运用能力，实现了课程的持续良性发展，取得了较好的教学效果。

1 微生物学课程混合式教学设计的理念

依据认知过程的六个维度[5]视角，实现学生对知识的综合运用、解决实际问题和提升创新思维能力，在多年教学经验和课程改革的基础上，坚持“以学生的学习为中心、学习效果为中心和学生的发展为中心”，遵循“教为学服务”的原则，采用多元教学方式，形成了课前、课中、课后三环交融，线上、线下双线互通的混合教学理念。重构课堂教学，利用在线平台分离教和学的时间和空间，让学生充分利用碎片化时间，自我掌控学习节奏和进度，教师积极引导以提高学生学习成效，实现“知识传递在线上线下，知识内化在课堂内外，知识运用于实践过程”。

1.1 以课程知识体系构建为基础

能力的培养和提升是以充足的知识储备为基础。教师以自主学习任务为引导，通过学生线上学习、线下总结，课上师生交互、课下深入探讨等引导学生自主构建专业知识体系，确保学生掌握课程基础知识，达成课程学习的知识目标，实现知识优化配置的教学目标。

1.2 以培养创造思维能力为目标

学生不仅仅是受教者，更是发现者、创造者。要帮助和引导学生在对知识记忆和理解的基础上开展分析、综合和运用等学习活动。课程教学以趣味性和互动性入手，创造问题情境，注重对学生的学习策略、科学思维的引导和启迪学生运用所学分析、判断和解决问题，培养学生的探究意识和创新思维。

1.3 以科研创新实训体系为平台

科研实践是实施学生创新能力的主战场。以“学生为中心，创新为核心，实践为主题”理念，培养学生严肃认真的科学态度、追求真理的高尚情操和勇于探索的创造能力。以综合性学习活动为主要形式，通过小组协作完成课题任务，在探究中学习科学研究方法，培养文献资料收集处理能力，增强团队协作沟通能力。为此，形成了实验教学中心、创新实验室、功能研究室的一体化科研创新实训体系，为培养知识转化能力、实践动手能力和创新创造能力提供了有效途径。

1.4 以全方位质量评价体系为依据

科学的评价不仅可以引导和调控学生的学习活动，而且还可帮助教师有效提升教学效果。与混合教学模式相适应，加大过程监控，以形成性评价为主，构建全方位的综合质量评价体系，使评价主体多元化、评价方式多样化和评价内容全面化。

2 微生物学混合式教学的实施

按照“线上-线下-线上”“课前-课中-课后”三阶段实施微生物学混合教学(图1)，形成浅层学习-深度学习-知识内化和实践运用的循序渐进的教学策略。基本流程为课前教师将线上学习内容发布给学生自学，并要求学生完成测试或作业。课中，教师在线下课堂解答学生自学当中的问题和困惑，而后进行重点内容讲解与讨论。课后布置相关作业任务，线下完成后提交线上评阅。本文主要以《微生物学教程》的第四章“微生物的营养与培养基”为例介绍混合式教学的实施过程。

图1 微生物学混合式教学实施流程图

2.1 网络课程资源建设

网络学习材料可以有效补充课堂学习，节省教学时间和教师工作量，如何合理利用这些资源到教学活动中，对课堂教学效果的提高有重要作用[6]。紧紧围绕课程特点进行网络资源建设，目前的网络教学专栏主要有课程基本信息、课程资源(课件、微课、拓展资源等)、课程活动(播课单元、答疑讨论、课程问卷等子栏目)、课程学习(课程通知、学习导航、在线学习、在线测试和本章作业等子栏目)和一些展示栏目(翻转课堂作品、任务学习成果、论文发表/竞赛获奖和教学成果等)。其中：微课是根据不同的章节内容、不同的问题导向而制作的微视频，如G+细胞壁肽聚糖的结构、培养基的配制与灭菌等，时长一般为10～15 min；拓展资源为网络公开课和一些相关视频资料，如“一滴水内的微生物战争”“流感病毒如何侵入身体”以及像“舌尖上的中国”经典纪录片中涉及微生物的片段等。答疑讨论栏目是师生的开放式互动区，在此可对知识难点、日常生活中遇到的有趣现象、学习心得等进行讨论。展示栏目鼓励学生积极开展知识的自我学习，展示自我学习成果，促进交流；鼓励学生开展科学探究，提高科学素养，培养创新能力；了解课程改革内容，鼓励参与课程互动建设等。

2.2 课前线上教与学

教师制定学习目标、设计学习内容，将知识点碎片化分解组合，以形象化、生动化和生活化的方式发布自主学习任务，如细菌也能指南北——趋磁细菌、第二大脑——肠道微生物、微生物保藏的“三板斧”、微生物鉴别的“火眼金睛”等。学生线上了解学习目标、教学内容、课程进展计划等信息，通过自主学习“在线学习”任务，完成浅层知识的学习，随后进行“在线测试”检测学习效果，对没有理解或有疑问的知识点在答疑讨论中反馈。教师对学生的线上学习进行引导和监测，收集共性、个性问题，以便线下深度剖析和个性化指导。

以第四章“微生物的营养与培养基”为例,将其内容分解成三大“生活事件”，即：微生物吃什么饭(微生物的六大营养要素和营养类型)；微生物如何吃饭(营养物质进入细胞的方式)；怎样给微生物做饭(培养基的配制)。前两个内容安排2学时，以线上自主学习和课堂讨论学习相结合进行，学生通过学习导航栏目的学习要点进行自主学习(从人类、动植物的“饮食”引入，从元素水平、化合物水平、培养原料水平及营养类型学习微生物的“饮食”)。第三个内容安排2学时，以课前预习、课堂教师主讲、拓展学习和课后实践训练的形式进行。

2.3 课中线下教与学

课中线下学习主要是注重知识重难点的突破，完成知识的内化与综合应用的深度学习。首先教师综合学生反馈在教学平台上的问题，集中讲解完成答疑，也可对有探究价值的问题进行课堂讨论。而后将课前学习内容展开，进行深层知识的课堂面授，学生认真听讲，作随堂笔记，达到深度学习的目的。例如，学生在学完第四章的前两个内容后，有针对性地进行要点讲解与讨论，如为何CHON(碳、氢、氧、氮)型原料一般不作为培养基的碳源？由气体组成的空气中为什么会存在大量的微生物？噬营养型微生物以什么方式获取营养物质？第四章的第三个内容“培养基”为重点内容，课前先布置学生查阅某种微生物培养基相关文献，结合观看平台的“培养基的配置”教学视频，写出学习笔记并带到课堂，在教师讲解过程中掌握理论上培养基选择和设计的原则、方法和种类，体会培养基的“前世今生”，教师提出一些关键、疑难问题展开深入讨论分析。例如，有很多环境中存在的微生物并不能在固体培养基上生长，为什么大多数的微生物如此难培养呢？通过前导学习知识(微生物所需营养要素和类型及影响因素)引导分析，除了生长缓慢、需要特殊未知的养分或生长因子、处于休眠期和属于寡营养类型等因素外，还可能和培养基灭菌过程有关，即琼脂与磷酸盐一起高压蒸汽灭菌时会产生大量的H2O2[7]，这是抑制某些类群微生物生长的一个重要因素，也是容易被忽视的一个环节，所以在配制培养基时，一定要将含磷酸盐的物质和琼脂分开灭菌。这样，菌株就可能被分离培养出来。

课中可安排翻转课堂，根据课前布置计划，由小组协作完成“今天我讲课”的师生角色互换课堂活动，让学生体验知识习得的乐趣。教师在学生展示中肯定好的方面，如发现思路及讲解不到位的问题与偏差，给予问题思路纠正和讲授方法指导，对知识的掌握情况进行补充讲解等，促进相互学习和提升改进，以保证顺利达成教学目标。实践过程中发现，学生们不仅能对经典知识进行梳理，更能紧密结合学科前沿和热点时事。如“病毒的结构”这一知识点，学生不仅将病毒的结构特征阐述透彻，还能延伸问题思考(如亚病毒及巨大病毒的发现使得生命的本质如何科学定义)，并能联系时下热点，如黄曲霉毒素超标事件、埃博拉病毒肆虐非洲、新冠病毒引发的全球战“疫”等。该活动提高了学生的学习积极性和自主学习能力，增加了学生的自信心和满足感，增进了师生和学生间交流，课堂氛围更加轻松，更能激发学生的学习兴趣，并进行深入思考[8]。

2.4 课后线上/线下教与学

课程章节内容学习完毕后，教师布置课后作业或讨论内容，学生线下独立或协作完成，线上提交，教师根据完成情况进行评价和反馈，使学生完成知识的内化与建构。例如在学习“培养基”内容后，布置学生以小组为单位线下完成“分离筛选产某种酶的菌株”试验方案后提交，通过小组间互评和教师点评打分作为本次学习任务的考核成绩。修改完善的试验设计方案在实验教学的自主实验项目环节中实施。学生完成项目后，整理总结报告，内容包括实验结果与分析、与文献资料对比讨论、提出改进措施等，还可对整个实操过程的关键操作或失误进行分析，对实验室条件、团队协作、教师指导等提出意见和建议，以利于项目的持续改进和完善。课后在网络平台学习单元的多媒体资源中补充发布“多环芳烃降解菌分离及鉴定”的虚拟仿真实验及培养基研究相关的学术前沿，以进一步加深学生对微生物培养的认识。教师在教学过程中适时鼓励和引导学生进行知识实践转化的科创活动，通过自主创新实验课题、申请院校两级科创项目或参与导师课题等多渠道开展实践创新训练，以全程导师制、三级指导体系和纵向一体化科研创新实训体系[9]确保科创活动高质高效运行。好的作品推荐参加竞赛(创新创业大赛、互联网+、挑战杯等)或整理发表，成果上传教学平台展示。

3 微生物学混合式教学质量评价

在混合教学策略中，评价是影响学生投入的关键，要及时给予学生促进其高阶思维和主动学习的评价[10]。将过程性评价和终结性评价科学合理地结合，对学生学习情况进行全方位评价，构建混合教学评价体系(图2)。

图2 微生物学混合式教学评价体系

3.1 混合式教学考核评价

采取综合全面的评价策略，细化过程监控，降低终结性评价比例，增加课前、课中和课后三个不同学习阶段构成的形成性评价比例，加大对学生动手、动脑能力和高阶创造思维能力的考查和科学评价。课前学习评价由任课教师完成，依据学生在线学习、测试、讨论完成情况进行评判；课中学习评价由师生共同完成，包括出勤、随堂笔记和翻转课堂；课后学习评价由师生共同完成，师生对各组上传的学习任务完成评价。终结性评价为课终的期末考试，是对知识性学习效果的评价，是检测学生知识内化程度的重要指标。最终形成由期末考试(50%)、出勤(5%)、学习笔记(5%)、在线学习时长和讨论留言(5%)、在线测试(10%)、课后作业(10%)、翻转课堂(10%)和学习成果发布(5%)几部分构成的全方位、多角度的科学综合评价体系。

3.2 混合式教学效果评价

目前混合式教学的效果评价主要依赖于调查问卷和考评成绩分析[11]，此外，知识的实践运用也可作为评价的重要指标。

3.2.1 课程问卷调查 教学反馈是有效教学的关键策略[12]。通过平台采集学生的学习情况数据，了解其学习深度、学习意愿度和满意度，作为优化教学内容的依据，为持续改进混合学习效果提供有力支撑。统计了2015级至2017级的生物技术专业和生物科学专业105名学生的课程问卷情况，结果显示(图3)，近85%的学生表示满意，在激发学习主动性、自主能力提升、知识学习和技能掌握、提高科技文献的检索、阅读能力和网络资源方面均表现出较高的满意度。学生对混合式教学的网络平台资源建设(73.5%满意)、师生互动交流(79.8%满意)、疑惑解答(81.6%满意)、教师指导(93.7%满意)、评价方式(100%满意)等方面体验度较高，在协作创新能力(64.6%满意)、自主学习能力(83.5%满意)、专业视野拓展(75.6%满意)方面很有帮助，表现出较好的质量感知和价值感知。在征求学生意见时发现，学生希望网络学习资源进一步多样化，多增加一些基于生活问题的知识和微生物学大师的人物故事；同时，学生也希望教学视频更加专业化，可以在学习中获得欣赏的乐趣。综上，学生认可微生物学混合式教学能够促使能力提升、知识内化与综合运用。

图3 微生物学混合教学问卷调查

3.2.2 考评成绩分析 统计了2015级生物科学(40人)、2016级生物技术(31人)和2017级生物科学(34人)三个班的总评成绩(图4)，平均成绩显著提升，高分段学生人数稳步增加，大多数学生对基础知识、基本理论和基本技能掌握情况良好，特别是学生灵活应用知识的能力有了很大的提高。不及格(0～59分)和中等(60～80分)比例逐渐降低，良好(80～90分)与优秀(90～100分)比例明显上升，2017级尤为明显，优秀率达17.6%，增加了近12个百分点，成绩向整体提升方向显著移动。课程混合教学改革和学生成绩评价考核体系的改进，能更加科学合理地评价每个学生的学习成效。

图4 2015级至2017级期末测试成绩各分数段分布情况

3.2.3 实践运用情况 学生积极参与教学活动，例如引入学生自己的实验结果，协助教师共同修订了“微生物学实验技术标准化操作教学视频”，充分彰显了学生的主体地位。学生在各类竞赛中的获奖比例与质量也大幅度提升。例如在“皿上添花”微生物培养皿艺术大赛中，学生积极参加并取得了优异成绩(图5)，这类活动使学生的动手操作能力与审美艺术创作能力得到了融合提升，引导学生感悟、发现“微”世界中的“美”和“趣”，融美育教育于其中，有助于激发和提升学生的学习兴趣与专业自信。近三年，学生获得2项中国科学院大学生创新实践训练计划项目和2项内蒙古自治区创新创业训练计划项目；在第二、三届全国大学生生命科学创新创业大赛中荣获一、二、三等奖各1项，在第十、十一届“挑战杯”全区大学生课外学术科技作品竞赛中分别获得三等奖、二等奖各1项；以第一作者发表论文2篇(SCI收录1篇)，参与发表论文9篇(SCI收录2篇)。形成了在学中做、在做中学的“学做合一”的浓郁科研氛围，实践创新能力显著增强。

图5 微生物培养皿艺术大赛获奖作品

4 混合式教学的问题思考

微生物学混合式教学实践已开展三年，在师生的共同努力下，基本达到了预期效果。但在改革过程中，无论是学生“学”的环节及教师“教”的环节，还是在课程理念和设置方面，仍需要深入探讨。

4.1 转变“教”的理念，全身心投入

教学理念的转变是制约混合教学开展的最大难题。教学形式改变，但传统固有思想不变，将极大地影响教师在组织开展混合教学中作用的发挥。教师要不断加强对混合教学的理论学习，潜心钻研其深刻内涵，避免流于形式，全方位提升教学组织和指导能力，确保教学设计科学合理。在线与面授混合教学可以让教师在合适的时机恰当运用线上/线下环境给予学生情感支持，从而提升情感投入水平[13]，加强监督以增强学生的行为投入。教师对学生学习过程的认可，更有利于提高学生对于课程的关注度和学习效果，所以，教师要充分把握课程基本结构体系与学科特点，根据实际更加用心完善课程教学设计，丰富教学过程，重视学生情感和能力目标的培养，重视过程评价，激发学生的能动性进行有效学习。

4.2 更新“学”的理念，全身心参与

混合教学是师生共同参与的过程，学生的主体地位更加凸显，必须更新学习的理念。学习主体积极的学业投入程度是提升学业成绩和认知发展以及改善教育质量的首要条件[14]，混合教学恰恰是改善学生学业质量的一种重要教学模式。学生要积极主动地参与教学活动，从被动接受的受教者转变为主动学习的学习者，加大深层次认知投入和自我监控行为，主动挖掘自身潜力，主动探究科学知识，进行实践转化，培养科学素养和职业素养，全方位塑造自身素质。

4.3 优化课程体系，提高混合教学效果

课程体系的设置和网络环境条件对混合教学模式下的学习效果影响巨大。调查发现，学生的学习时间、精力不足，73.6%的学生对学习时间安排不满意。这主要是课程体系设置不够合理，学生的学业负担过重，尤其是大学二年级，必修课多达十几门，学生可支配的时间太少，完成线上线下的任务压力大。另一方面，有57.7%的学生对只限校园网访问平台不满意，限制了碎片化学习的场所，加之有时网络不稳定，致使出现中断、强制提交、操作失灵等情况，影响学习效果和考核成绩。基于此，学校在大力开展混合教学示范课程建设中，应充分考虑这些因素，完善学习平台，创造良好的网络环境，开放平台访问路径，使学习者随时随地能线上学习，学校教学管理部门还需优化课程设置，适量推行混合教学，认定线上教学学时，一周课程安排应使学生有充足时间用于自主学习，以提高教与学的效果。

5 结 语

混合教学关注学习的整个过程，使学生更加有效掌握学习内容[15]，实现了“教、学、思”的有机结合，提高了教学质量。线上平台教学与课堂面授教学相结合，教师组织引导与学生自主学习相结合，个体独立学习与团队协作学习相结合，过程性评价与终结性评价相结合的教学模式改革取得了预期的效果。调查显示，有84.3%的学生对混合式教学的发展充满信心，72.5%的学生建议更多学生参与混合式教学。总的看来，虽然存在一些问题，但大多数接受过这种教学模式的学生都表现出较为积极的态度。事实上，没有任何一种教学模式是适合所有课程的，因此在进行混合教学设计中，要充分调研，根据学生学情、学科的前沿发展和社会需求等制定合适的教学模式，并不断改进以期取得最佳教学效果。