基于创新型人才培养的林业微生物学实验课程教学改革探讨

吴 斐，张林平，陈伏生，孟文燕

(1.江西农业大学林学院，江西 南昌 330045；2.山东水利职业学院，山东 日照 276826)

大学生创新精神和创新能力的培养是高校的核心任务之一[1]。2021年4月，习近平总书记在清华大学考察时强调，我国高等教育要培养勇于创新、敢为人先、敢于突破的创新型人才[2]。2021年5月，习近平总书记在两院院士大会、中国科协十大上的讲话中再次强调培养创新型人才是国家、民族长远发展的大计[3]。创新驱动发展现已成为国家战略，而创新型人才是其根本支撑[4]。新形势下，如何对专业课进行教学改革，以完成培养创新型人才的目标，仍然是当下高等院校面对的重要问题。

学生创新能力的培养不能仅靠课堂授课，需要将理论学习与实践练习相结合[5]。实验教学作为高校教学中的重要环节，为学生学习和掌握专业技能、巩固和应用理论知识、自主探索和创新设计提供实践平台，是创新型人才培养的有效载体[6]。林业微生物学是面向林学专业开设的一门专业必修或选修课程，主要研究微生物与林业生态系统间的关系，兼具很强的理论性和应用性。林业微生物学实验是林业微生物学的重要组成部分，是培养学生动手能力和发散思维的关键[7]。然而，以往的实验教学存在学生参与程度低、缺乏创新性和探究性实验内容、考核方式不合理等问题。基于创新型人才的培养要求，本文以林业微生物学实验课程为研究对象，对课程的教学现状和改革方式进行探讨，以期为培养创新型人才的教学改革提供参考。

1 林业微生物学实验课程教学面临的问题

1.1 实验内容脱离林学专业背景，缺乏创新和探究型实验

林业微生物学实验课程多以《微生物学实验》(沈萍和陈向东主编)[8]、《微生物学实验教程》(徐德强等主编)[9]、《现代微生物学实验技术》(朱旭芬主编)[10]为参考教材，设置的实验内容主要包括微生物的分离培养、革兰氏染色法和显微观察等基本微生物学实验，没有设置设计性和综合性的实验，内容脱离了林学专业背景，削弱了学生学习兴趣，不利于学生实践能力培养。

1.2 实验课程时间设置不合理

林业微生物学大多以选修课的形式开设，其配套的实验课程学时数较少，很多实验内容无法开展[7]。为了在有限的课时完成实验教学内容，需要教师提前为学生准备一部分实验，造成教师包办多，学生动手少的现象。此外，微生物的培养需要一定时间，实验结果难以在一次实验课观察到，教师通常安排学生在课余时间观察结果，这无法保证所有学生都有时间，影响学生对结果的观察和讨论。学生往往不能操作完整的实验过程，实验教学结束后，学生对没有自己动手做过的实验内容印象不深，不能充分掌握实验要领，不具备独立开展类似实验的能力。

1.3 教学方法落后，教学设备滞后

传统的林业微生物学实验教学常采用“教师讲解演示+学生实验操作+撰写实验报告”的模式。学生仅需按照实验步骤操作即可，无需自主设计和查阅资料，更不用自主创新。这种灌输式的教学方法使学生学习十分被动，不利于学生创新思维的发展。

林业微生物学实验操作需要专用的设备，如无菌操作需要在超净工作台里进行。然而，由于教室空间和硬件设施的限制，超净工作台、天平等设备常常不足,影响了学生学习的热情和参与实验的积极性，不利于学生对实验操作技能的掌握。

1.4 实验考核方式单一

林业微生物学实验课程大多从属于理论课程，其考核成绩按一定比例记入林业微生物学课程总成绩。实验课成绩占比往往较小，导致学生对实验课的重视程度不够。此外，林业微生物学实验考核大多重结果、轻过程，教师主要依据实验报告给出实验课成绩。这种考核方式下，学生只要提交实验报告即可得到满意的成绩，难以衡量学生对实验操作技能的掌握情况和对知识的运用情况，不利于培养学生的创新意识。

2 林业微生物学实验课程的教学改革

2.1 引入信息技术辅助教学

以多媒体网络技术为核心的信息技术为教学带来了诸多便利[11]。2018年，教育部首次推出了490门“国家精品在线开放课程”，推进了信息技术与教学的深度融合[12]。在林业微生物学实验课程教学中，信息技术为实验教学提供了新的素材、教学手段和平台，使学生的学习不再拘泥于教材内容和实验室，让学生了解最新技术和学科前沿，活跃创新思维，助推创新精神和创新能力的培养。

2.1.1 利用网络资源丰富实验教学素材

在讲解实验原理时，教师可将从网络资源中收集的视频、图片等资源整理制作成短视频、动画等材料，拓宽教学广度，增加讲解的趣味性和生动性。例如，在讲解稀释平板法分离土壤微生物时，可以将微生物从土壤中到平板上生长的过程制作为动画，直观地展示微生物被分离的过程，并通过图片形象地展示适宜的菌落形成单位的数目，让学生领悟涂板的要点，同时认识细菌、放线菌和真菌的菌落形态特征。此外，教师可以利用网络资源向学生讲述课本之外的知识，让学生了解最新实验技术，如微生物的靶向培养和高通量培养技术[13]、微生物高通量测序技术[14]等。

2.1.2 利用信息技术为实验教学提供新的教学手段

针对实验室难以开展的实验，教师可借助虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术，制作VR课件，还原实验场景，让学生通过交互式和沉浸式模拟实验，掌握实验原理和实操技术。例如，在利用Illumina测序技术分析微生物群落多样性实验中，借助VR课件，学生通过交互式操作体验DNA提取、PCR扩增、文库构建和测序的操作流程，并观看利用荧光对DNA测序的过程，通过身临其境的微观体验，深入理解实验原理。

2.1.3 网络课程建设为实验教学扩展平台

教师通过将实验操作录制成教学视频，建立教学资源库，使教学演示不受课时和教学空间的限制。通过录制的教学视频，学生可根据自身情况及时巩固理解薄弱的教学内容。

2.2 优化教学内容，设置综合性实验和设计性实验

对实验内容进行重新规划整合，开发集基础性实验、综合性实验和设计性实验为一体的综合实验体系(图1)。掌握扎实的实验实操技能是学生学以致用和创新的前提，基础性实验培养学生扎实的实操技能，在实验体系中非常重要[15]。这部分可以设置培养基的配制和土壤微生物的分离、微生物的纯化和保藏技术、革兰氏染色和常见微生物显微观察技术这几部分实验内容。这部分实验主要让学生认识微生物，掌握规范的器皿灭菌、无菌操作、显微镜的使用等基本实操技能，为后续实验打下良好基础。

图1 林业微生物学综合实验体系

综合性实验开展与林学专业相关的内容，可以开设林木内生菌的分离、功能微生物的筛选等实验项目。这部分实验与学生专业课学习密切相关，可激发学生学习兴趣。如在教学实践中发现，进行林木根、茎、叶内生菌的分离实验时，有学生主动提出要分离花中的微生物。通过综合性实验，学生将零散的实验内容整合在一起，提高学习主观能动性。

设计性实验让学生接轨前沿科学研究，学生组成兴趣小组，可选择教师给出的实验题目，或者依据兴趣拟定题目交由教师审核。这部分实验中，学生通过查找资料、拟定实验方案、实验室实操、结果分析等一系列环节，提高了主动性和探索欲，同时提高了分析和解决问题的综合能力，有利于助推学生创新意识和创新能力的培养。

2.3 开放实验室，灵活安排实验时间

实验室是开展实验教学、提高学生实验水平、综合素质和创新能力的重要场所[16]。建立开放实验室制度，是整合实验室资源、提高设备使用效率和学生自主性的有效手段[17]。在林业微生物学实验课程的教学中，对于理论讲解部分，可集中统一教学。对于学生操作部分，可根据实验室仪器设备情况，对学生进行分组，每次一组同学进入实验室练习实验操作。学生可根据实验进度，提前在线上实验室管理平台协调预约进入实验室的时间。教师可统计每位学生进入实验室的时间，保证每位学生的实验技能得到有效时数的练习。

2.4 调整成绩占比，建立多元化考核方式

考核是对学生学习效果的检验，是判定培养目标是否达成的标准。科学的考核方式对学生的学习具有引导和激励作用[18]。在成绩占比方面，可以通过增加实验课成绩在林业微生物学课程总成绩中所占的比例，提高学生对实验课程的重视。

在考核方式上，改变单以实验报告为标准的考核方式，设置实验操作、实验设计、实验报告三位一体的考核方式。具体成绩评定可按“实验操作(50%)+实验设计(20%)+实验报告(30%)”的方式执行。实验操作考核学生对实操技能的掌握情况，由教师对学生的实验操作进行单独考试，教师及时纠正学生的不规范操作，并给出实验操作成绩；在硬件设施等条件不允许时，可让学生之间相互录制几分钟的实验实操小视频，上传于课程网络信息平台，由教师根据学生操作进行点评和评分，增强教师与学生之间的互动。实验设计考核学生对知识点的掌握和运用情况，教师可结合科研项目，设计考题，学生经过查阅文献，写出实验原理和实验方案，这一过程既帮助学生主动复习和掌握知识，又提高学生发现、分析和解决问题的综合能力。通过多元化的考核方式，帮助学生掌握规范的操作技能和扎实的基础知识，提高学生创新能力。

3 结语

实验教学作为高校人才培养的必要环节，在培养学生科学思维和习惯、引导学生自主探索和创新设计方面发挥重要作用。林业微生物学实验是林学专业学生掌握基础实验操作技能、融会贯通林学知识的重要环节，其教学改革对培养创新型林学专业人才有重要意义。通过实验教学改革，培养学生的动手能力，锻炼学生发现、分析和解决问题的思路，开发学生的创新意识和创新精神，提高学生的创新能力。