环境微生物学启发式课堂教学改革实践探索*

汪宁欣 徐进

南京工程学院 南京 211167

0 引言

环境微生物学是一门综合现代微生物学、环境科学、环境工程等多门学科的新兴交叉学科，作为环境类专业的基础课程，在环境类专业人才培养中具有重要作用和地位。有鉴于此，众多高校环境工程及环境科学类专业培养方案将其列为专业核心课程，以专业必修的方式开设此课程。然而，随着“学生为中心”的教育理念不断加深，传统的“教与学”中忽略学生个体基础水平、思维方式、学习方式、兴趣敏感点的教学方式出现不适应现象。随着信息化的发展，学生对感性认识的需求越来越高，对课程价值审视更加频繁。学生需要更加具有时效性和实用性的教学模式，也更注重将学习内容运用于指导技术和工程实践中去。这就需要教育工作者加快课程改革建设的步伐，思考如何让学生体验到课程的应用价值，重新激发学生的学习热情，重新回到兴趣-专业-创新的学习过程。

1 教学现状及问题分析

环境微生物学是一门理论基础课，课程内容包括研究微生物在对不同环境中的物质进行转化以及能量变迁时的作用与机理，以及掌握微生物在环境治理过程中的应用。课程目标旨在通过学习掌握微生物学知识，一方面，以微生物学的理论为基础，研究有关环境现象，明确分析微生物在人类和自然界中所处的地位与作用，并进一步从中揭示环境问题产生和导致造成危害的根本原因。另一方面，将微生物运用于环境治理过程中，掌握微生物治理环境污染的基本理论方法和技术实践。该课程与专业其他各类学科相互影响，彼此渗透，互为补充，是后续环境工程专业废水、土壤、废气和固体废弃物等环境介质修复技术和工程的重要理论支撑[1]。该课程的特点是涉及的知识面广，具有很强的专业性，课程知识发展迅速，实践性和应用性较强。

鉴于该课程理论与技术体系的基础性、重要性与应用性，结合目前“金课”建设背景，推进环境微生物学教学改革与创新的重要性和必要性不言而喻。在此过程中，笔者对教学过程存在的问题进行分析，以期在启发式课堂教学改革实践探索中有效解决。

1.1 教学内容中知识点繁杂，书本理论抽象，且时效性低

环境微生物学的教学内容涵盖的知识重点繁多，涉及众多分散的微生物基本概念。例如在原核微生物、真核微生物和病毒等章节中，知识点以各种微生物形态大小、结构组成和生理特征等概念性内容为主，学生在学习过程中很容易产生遗忘和混乱，由于学生的基础和积极性不同，对于这些知识的理解和掌握有较大的差别，导致教学效果事倍功半。课程中大多微生物理论知识抽象，例如在微生物能量代谢和合成代谢章节中，相关化学物质和酶体系如何参与代谢过程的讲解理论性强，概念较抽象，多数学生理解吃力，再加上微生物的代谢类型多样，所涉及生化反应复杂，导致对于专业理论知识背景缺乏的学生的启发性思考只能浅尝辄止。同时，微生物学是一门实践性和综合性很强的学科，随着微生物学在各学科，例如医学、环保、化学等方面的广泛应用[2]，其知识更新迅速，研究成果日新月异，若仅依靠传统教材也难以对环境微生物及其环境修复中应用的理论研究和工程实践提供时效强、实用性强的指导。

1.2 教学过程中互动性差，难以将理论联系实际

传统的环境微生物学教学过程侧重于基本概念和微生物原理的讲授，大部分时间依靠书本，并以教师的说教式灌输的方式为主，但微观事物的可视性差，在整个课程的学习中由于微生物体型微小，肉眼无法观察，难在课堂中演示，学生很难形成直观印象，学习难度增大[3]。例如在学习微生物形态结构、生理特点、生长繁殖时，教师在教学过程中无法直接进行演示，只能利用文字和图片进行讲解，学生缺乏主观能动性。

在教学过程中由于知识点琐碎，知识点之间相对较弱的逻辑性，课堂教学过程通常难以系统化。很容易造成浅层常识类知识无法调动学生兴趣，深层知识点又晦涩难懂的困局，学生无法将学习的知识形成完整的记忆链条。同时，与学生的互动困难生硬，学生的配合度较低，违背了“学生为主体”的理念，限制了学生自主学习思考，更阻碍了学生将理论知识转化为培养工程实践能力目标的达成。前期笔者对学生学习环境微生物课程调研结果显示，较多学生在理论知识与工程应用相结合的过程中存在困难，无法将所学到的知识运用到污染治理的工程应用实践过程中去，导致学生学习过程中缺乏兴趣。

另外，针对本课程教学目标设定、设计和教学实施等环节，需要将学生的自主学习、持续学习和综合应用学习能力放到重要的地位。然而，在当前课程整个教学过程中由于偏重传授学生理论知识，学生个体的基础水平、思维方式、学习方式、兴趣敏感点等都存在很大差异，难以实现培养个性化、创新化、终身学习的复合型人才的目标。

2 启发式课堂教学的实施途径

启发式教学源于《论语·述而》中：“不愤不启，不悱不发，举一隅，不以三隅反，则不复也[4]。”旨在引导学生形成学习的独立性，激发其探寻知识的兴趣和积极性；同时鼓励学生“举一反三”，发掘其学习潜力，给予其思考空间。随着科技创新和教育改革不断前进，当代高等教育又给这一古老的教育理念注入了全新的特征。现代启发教学要求教师传承传统启发式教学的精髓，同时要遵循现代高等教育的客观规律，帮助学生主动获取知识，发展智能，陶冶个性，形成优秀的人格[5]。笔者结合积累教学经验及教育理论，总结启发式课堂教学在环境微生物学课程中的实施途径如下。

2.1 结合教学目标设计多样化的“问题链”，引导学生“身临学境”

针对环境微生物学的章节的教学目标，设计形式多样的“问题链”，将生活实践和工程案例中的微生物现象作为触发“问题链”的开关，引导学生在回答一系列问题的过程中寻求知识点，掌握知识点，构建知识与应用之间的相互关联。例如，在学习病毒这一章节的过程中，笔者设计了案例启发式的“问题链”。以新型冠状病毒为案例，引出“威力和危害如此之大的微生物究竟是什么？（教学目标：掌握病毒的概念）”作为问题起点，相继引出“它们的真面目是什么样的？（教学目标：掌握病毒的形态和大小）”“它们是怎样在人群中传播的？（教学目标：掌握病毒的增殖）”“作为人类的我们该怎样做？（教学目标：了解病毒的危害及利用）”。组织学生主动收集资料，分析问题，解决问题，对于章节的知识点认知更为深刻，切实感受到看不见的微生物和人类也是息息相关的，达到掌握这一章节主要知识点的目的。

也可以在章节学习中设计项目驱动式的“问题链”，例如设计项目课题：由于夏季温度升高，我市湖泊发生了藻华现象，请同学们针对这一环境问题，撰写相关报告书，分析现象及成因，并有针对性地提出合理技术及工程措施。通过对水华现象的分析，掌握蓝藻的形态和生理特征、繁殖特点，以及水体富营养化的工程治理措施等相关章节教学目标。通过多样化“问题链”设置，形成“身临学境”的氛围，调动学生对书本专业知识学习和探究的积极性，从而达到传统教学模式较难实现的效果。

2.2 根据教学对象实现模块化的“分层教学”，鼓励学生个性化发展

启发式教学具有一定的层次性，在激发学生学习主动性的过程中要衡量学习主体本身的学习能力和知识背景，避免教学的单一化和机械化。环境微生物学属于环境专业的基础课程，所讲授的知识理论性强，在工程和技术领域又有普遍的实践应用。根据这一特点，在教学过程中可以依据学习对象的具体情况，设计和制定分层次的教学指标，在教学指标实现的过程中采取有针对性的步骤，配合不同层级的教学模块，促成学生完成不同的教学要求，继而实现不同个体教学任务的顺利完成，推动课程教学整体进步和发展[6]。

在环境微生物学课程的教学过程中，笔者设置认知目标、实践目标和创新目标三级教学要求，坚持以学生为主体的模块化教学策略，对有不同知识需求的学生配以不同的知识模块进行分层学习。对于以“认知目标”为主的学生进行理论知识点模块强化，着重通过设疑激发、释疑解难和释疑类化等启发式教学对相关理论基础知识和原理进行讲授，要求学生牢牢掌握知识点。对于以“实践目标”为主的学生，着重培养其工艺设计和开发能力，应用真实企业设计项目作为情境启发，应用相关知识点对其进行分析讲授，再设计类似课题由学生自主设计，在触类旁通的过程中提高学生的实践技能。对于以“创新目标”为主的学生，在掌握知识点及感兴趣的前提下，鼓励其深度探索，阅读相关前沿文献，参加研究型创新课题竞赛，在此过程中锻炼学生对问题的分析、概括、提炼，思维的辩证推理、发散创新等能力，以此开发并提升学生的逻辑思维才能和创新才能。

基于专业培养要求和环境微生物学课程现状，笔者力求在课堂教学中将启发式教学作为教学思想，根据教学内容以及学情的不同划分不同层次的教学要求，灵活选用教学方法。通过这种以学生为主体的教学模式包容学生现有的知识和本身能力的差异，使课堂教学内容和教学方式契合不同层次学生的实际水平，从而充分发挥启发式教学的作用，更大限度地完成课程教学任务，为社会培养更多的创新技术型人才。

2.3 基于教学模式融合智慧化教学平台，促进学生深度学习

目前，混合式教学模式已成为高校课程教学改革的重要内容，在现代科技发展的背景下，仅仅依靠传统课堂上对知识点简单讲授的教学模式已经不能满足教学的需要。启发式教学的目标也不再局限于课堂上简单的知识内容，而是需要不断借鉴和学习新的教学方式方法，使其与新兴的教学方法相融合，从而推动现代启发式教学的发展，促进学生通过深度学习，实现从“掌握知识”向“具备素养”转变[7]。

基于目前智慧化的教学平台，笔者致力于构建环境微生物学这一课程的启发式立体化的课程资源与学习平台。首先以独立的知识点为单位，将整个课程内容按照知识结构组织划分为若干模块，在课堂上本着少而精的原则合理取舍，同时关注相关知识点的衔接和融合。着眼于基本理论和技术方法，结合行业最新发展方向，适量引入新知识、新应用，选取与课程相关的案例融入课堂，增加时代感和应用性。期间利用计算机辅助教学（CAI）、MOOC课堂、翻转课堂和微课等形式为启发式教学创造更生动的条件[8]，将知识的传授转变为知识的分享，将平面课堂转变为立体课堂。其次，针对混合式课堂的需要，从在线学习层面上，构建课程学习单元体系，提供多媒体课件、电子教材、教学视频及试题库，有单元导学、课件资源、重点释疑、在线作业、课程讨论区等多项资源。从能力培养层面上，构建相关拓展资源，如学者讲堂、工程图片、视频影像、补充参考文献、案例分析等。由此形成立体化教学资源与学习平台，使课堂教学在空间和时间上得到了延伸。

3 结束语

启发式教学旨在于教学过程中构建和塑造学生的主体性地位，着眼于学生核心素养的发展，这种教学方法在环境微生物学的课堂教学改革中对于教学目标的落实具有较大优势。笔者从课堂教学目标的实现、教学对象的个性化培养和教学模式的探索为切入点，探讨了启发式教学在环境微生物学课程教学中实际应用的策略。如何掌握好启发式教学“道”的规律内涵，恰当运用好启发式教学之“器”，需要教师在课堂改革的过程中不断总结经验，逐步形成自己的教学特点。