多元教学策略提高学生的创新能力与综合素质

2021-01-10刘月敏肖淑敏赵连梅

高教学刊 2021年37期

刘月敏肖淑敏赵连梅

摘要：在环境生物学课程一系列的教学改革和实践过程中，实施了知识体系模块化，教学目标差异化、层次化，教学手段多样化，课程考核重过程等多元教学策略，使学生的学习状态发生了明显改变，学习效率及质量获得了较显著的提高，基本实现了提高学生创新能力和综合素质的工作设想，对同行工作具有一定借鉴意义。

关键词：多元教学策略;创新能力;综合素质;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）S1-0150-05

Abstract： In the series of teaching reform and practice of Environmental Biology course， the multiple teaching strategies， including modularizing the knowledge system， different teaching objectives， different levels of teaching methods， diversified teaching methods， and consideration of course assessment process， have been implemented. The practice shows that the students' learning status has changed significantly， and the learning efficiency and quality have been significantly improved. It has basically achieved the work goal of improving students' innovative ability and comprehensive quality， and it is worth learning for peers.

Keywords： multiple teaching strategies; innovative ability; comprehensive quality; teaching reform

教育部在《關于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》中指出，培养学生的创新能力和综合素质已成为目前我国高等教育改革的核心问题和根本性的指导思想[1]。但是无论什么样的教育观念、教育思想、教育理论和培养目标，最终都必须借助教学才能实现[2]。而教学策略无论对教学理论研究的深化，还是对教学实践的变革都有重要价值[3]。广义的教学策略既包括教的策略又包括学的策略，而狭义的教学策略则专指教的策略，属于教学设计的有机组成部分，即在特定教学情境中为完成教学目标和适应学生认知需要而制定的教学程序计划和采取的教学实施措施[4]。

环境生物学是面向环境类本科专业开设的专业基础课，包括理论和实验两部分内容，具有极强的实践性和应用性。通过本课程的学习，可以培养学生科学、严谨的学习态度;独立操作、创新能力是培养发现问题、分析问题、解决问题的思维方式的重要环节。因此，如何通过环境生物学课程的教学提高学生的创新能力和综合素质，是本课程组近年来一直思考的问题，并进行了系列教学改革和实践，如实验设计[5]，以问题为基础的学习（Problem-based learning）综合性实验[6]，录制理论课的微课、实验课程的视频进行在线学习，双语教学等。通过知识体系模块化，教学目标差异化、层次化，教学手段多样化，课程考核重过程等多元教学策略提高学生的综合素质和创新能力，取得了不错的效果，希望能给同行起借鉴作用。

一、环境生物学课程性质及现状

目前，我校环境生物学课程面向排水科学与工程、环境工程和环境科学等专业三年级学生开设，属专业基础类必修课，总学时为48学时，其中理论32学时，实验16学时。每年需要开设10余个平行班。

二、环境生物学课程多元教学策略设计及实施

环境生物学系列教学改革过程中采取了一系列的教学手段和教学措施，依据多元教学策略设计和实施（图1）：课程知识模块化;教学目标差异化、层次化;教学手段多样化;课程考核重过程。

环境生物学涉及大量微生物学、生物化学和分子生物学等知识，环境应用部分又有环境工程等课程的内容，导致其内容多，跨度大，知识点繁杂、抽象。在教学改革过程中，通过整合、优化教学内容，尝试将理论教学与实验教学整体有机结合，架构模块化的课程知识体系。

在实际教学过程中，依据霍华德·加德纳（Howard Gardner）的多元智能理论[7]（The theory of multiple intelligences），考虑到教学对象个体差异及多样性的客观需求，采用差异化、层次化教学目标。

教学手段多样化：建立教学班微信群，提前将录制好的微课视频及网络视频等教学资源发到微信群，并设计好相关问题，让学生带着问题进入课堂。节约出课内学时，进而引进案例教学和双语教学等，逐步推进翻转课堂。

课程考核时注重学习过程的质量控制与考评，理论课考核除有笔试成绩外，还充分考虑到了学生在微信群中的发言频率与质量，查阅文献的质量，课堂发言情况。实验课考核时综合考虑提交的实验报告质量、实验操作能力、团队协作能力、实验室安全与卫生意识、发现和解决问题能力等情况。

（一）课程知识体系：模块化

由于环境生物学知识点多、杂、乱，学生掌握知识点很不方便。将课程知识体系模块化后，使知识更有条理、学生更易掌握。

1. 理论教学模块化

依据课程组及同行[8]多年的教学经验，将理论教学分为微生物学基础知识模块、微生物学应用知识模块及环境应用知识三大模块（图2）。并且针对我校不同专业的背景特点，适当调整课程内容和课时分配，突出重点难点，做到内容少而精。其中，微生物学基础知识模块包括：（1）绪论;（2）病毒;（3）原核微生物;（4）真核微生物;（5）微生物的生理。本部分内容着重讲解微生物的基本形态结构、功能、生理生化特性等基础知识，同时穿插介绍学科发展史，是深入学习本课程的基石。

微生物学应用模块知识包括：（1）微生物的生长繁殖与生存因子;（2）微生物的遗传变异;（3）微生物的生态3个章节。本部分是微生物学基础知识的延伸与应用。

环境应用模块知识包括：（1）微生物在物质循环中的作用;（2）水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理;（3）污（废）水深度处理和微污染水源水预处理中的微生物学原理;（4）有机固体废物与废气的微生物处理及其微生物群落;（5）微生物学新技术在环境工程中的应用。主要是介绍生物学（主要是微生物学）在环境工程中的应用[9]。

每一个大的模块下的知识点又细分为小的知识模块，小的知识模块之间又层层递进，使学生了解知识点之间的相互关联。如介绍微生物的生理一章时，首先阐明学习本章知识的主要目的是阐明微生物生命活动的机理，而在生命活动中最重要的两大活动为摄取营养和获得能量，这两者又相辅相成，相互联系。在详细介绍时依据图3所示模块顺序一一介绍，并让同学们知道酶全程参与上述所有的生命活动过程。

2. 实验教学模块化

与理论教学内容相对应，整合、优化实验教学，将实验内容重新归类，设置基础知识实验、应用基础实验、PBL（以问题为基础的学习）综合性实验[5]、实验设计[6]四个层层递进的知识模块（图2）（详见“实验教学层次化”内容）。

（二）教学目标：差异化、层次化

环境生物学课程是“专业基础课”，针对不同专业人才培养方案和对环境生物学知识需求的差异，设置不同的教学目標，并且根据学生的基础和兴趣不同，采取了层次化教学。

1. 理论教学差异化、层次化

环境生物学课程目前面向我校给排水科学与工程、环境工程和环境科学三个专业的本科生开设，不同专业对环境生物学的知识要求不同。因此，本课题组针对不同专业实行差异化教学。如给排水科学与工程专业的同学主要侧重于环境生物学在其专业领域的应用，在学习过程中，没有诸如“生物化学”等铺垫课程，所以重点内容为环境生物学的基本原理，即如何应用于给水排水、对微生物能量代谢等复杂的基础知识要求相对较低。环境科学和环境工程专业分别侧重于发现和解决环境问题，而且有“生物化学”的知识作铺垫，所以将讲授重点放在环境生物学的基本原理部分。对环境科学和环境工程专业基础较好，有前沿知识需求的同学，逐步推进双语教学。

2. 实验教学层次化

环境生物学实验教学分为基础知识实验、应用基础实验、PBL实验和综合性实验设计几个层次（图4）。

基础知识实验包括显微镜的使用、微生物的形态观察、微生物的计数、大小测定等，通过这些基础性实验规范基础实验操作。并通过显微镜让学生直观认识缤纷多样的微生物世界，提升学习兴趣，加深对相关理论知识的理解和认识。

应用基础实验包括培养基制备与灭菌、活性污泥法污水处理过程中细菌菌落总数的测定等。应用基础实验将基础知识实验综合，培养学生的基本技能，为后续PBL综合实验和实验设计打下良好的基础。

PBL综合实验是在学生完成基础实验和应用基础实验且具备基本的操作技能后进行的实验。由教师提前给学生布置任务，学生提前查阅相关资料。教师根据教学内容与教学目标以及实验条件，设计出符合课程要求的实际问题，并根据问题设计微课，设置知识点细化情境及相应教学视频的制作。学生依据教师布置的学习任务和问题，根据自己的时间安排自学，并自主连续几天完成系列的小实验。教师直接指导学生进行实验操作，强调观察和记录实验现象，提出问题引导学生思考;学生提交实验结果与讨论、完成巩固练习和反馈问题等。其目的是培养学生的综合运用能力和实验设计能力，加强知识的深广度，与实际应用接轨[5]。

环境生物学实验设计是在以实验课的基础上，独立设置的选修课程。学生通过自主查阅资料、自行设计、动手完成一个设计性实验，并撰写提交实验设计说明书，激发其探索创新精神。通过实验设计，不仅丰富了环境生物学的实验教学内容，提高实验教学的质量，并且提升了学生的综合素质和创新能力[6]。

在实验教学之外，课程组教师结合自己的科研方向和科研项目，依托学校开展的各种课外实验实训项目如：大学生“挑战杯”项目、大学生“创新项目”和各种专业技能大赛，开放实验室，鼓励学生参与环境生物学相关的科研活动;同时，依托校内外实践基地，构建大学生创业平台，为学生综合素质的提高和社会竞争力的提升提供各种锻炼机会。

（三）教学手段：多样化

1. 适当引入案例教学

环境生物学是一门实践性很强的课程，在教学过程中结合现实的环境问题，选择恰当的专业案例作为补充和印证，加入理论教学中，对于调动学生的学习积极性，增加学生的学习兴趣，有很大的帮助作用。

如在介绍真核微生物时，将酵母菌作为一个小的知识模块。在学习这个知识模块之前，让学生带着以下几个问题预习：

（1）酵母菌被称为天才的面包师和酿酒师，为什么？其生理基础是什么？

（2）氧化型酵母用于石油脱蜡的现状如何？其生理基础是什么？

（3）发酵型酵母用于工业废水处理的优势是什么？单细胞蛋白的生产和应用现状如何？发酵型酵母用于环境工程的生理基础是什么？

（4）氧化型酵母和发酵型酵母的营养类型和代谢途径有何异同？

（5）假丝酵母形成的基础是什么？

（6）酵母菌的细胞结构特点是什么？

（7）酵母菌与细菌的菌落特征有何异同？

在上课时，分小组对以上问题逐一讨论，教师在恰当的时机对学生的意见进行归纳总结。通过浓缩概括案例中蕴含的基本原理和知识点将本章的重要知识点提炼出来。让学生在这“一放一收”之中领会去芜存菁的知识提取过程[10]，让学生对基本原理更加了解和深化。由此不仅能使学生将本次课的内容与已经学过的知识联系起来，而且能激发学习兴趣、培养活跃的科学思维，取得更好的学习效果。

2. 适度双语教学

环境生物学属于环境科学与工程和生物技术的交叉领域，无论是环境科学与工程，还是生物技术都属于国际化程度较高的专业知识，在发达国家学科较成熟，在国内处于新兴状态[11]。为了把国际上学科前沿发展的精华与专业知识引入教学视野，使学生在知识储备上与国际接轨，课程组不但购买了国内优秀的环境生物学相关教材外，还引进了优秀的英文原版教材，如Pepper， Ian L.主编的《Environmental Microbiology（Third Edition）》， Eugene L. Madsen主编的《Environmental Microbiology： From Genomes to Biogeochemistry》等，建立了较完善的教材库。并且根据我校学生的知识结构，在理论授课时逐步推进双语教学，如在对2015级环境工程专业学生授课时，原核微生物一章中，课件中以英文为主，专业词汇或较复杂的语句配以中文翻译或者用直观的图片帮助学生理解与记忆。授课讲解时，英文所占比例尽量把控在30%以上，具体根据课堂上学生的反馈做适当的调节。

3. 合理利用微信、微课、网络等，实现翻转课堂

由于学时有限，课堂上教师大多只能讲授主要的知识点，但与环境生物学相关的课堂拓展知识不能详细讲授，而这部分知识恰恰最能激发学生的学习兴趣。因此，部分学生不能全面了解环境生物学的内容，逐渐失去学习耐心。

针对这种状况，教师建立班级微信交流群，提前将相关的微课视频和课前测试题上传到微信群中，供学生课前预习。测试题多为基础的认知型题目，主要用于测试学生对微课视频中知识点的掌握情况，方便教师根据学生自学效果安排本章节的课堂教学进度和内容。学生带着问题进入课堂，由教师主导课程的开展，创设问题情境，引导学生自学解答问题，并增加讨论课、学生交流课等提高学生的课堂参与度。课后布置延伸课堂知识的小专题，学生查阅资料并制作文档以便于课堂交流学习与过程考核。同时给学生提供自主学习的网站，以便其有针对性地碎片化学习。

这样，不仅能节省学生的课上时间，还能够细化讲授很多知识点，提高学生的学习兴趣。并且教师可以在课上根据实际情况变化教学形式，如PBL，案例教学，讨论式教学等等。使学生的注意力始终能集中在课堂上。

（四）课程考核：重过程

为了能更客观、准确地评价学生的学习情况，课程考核时将考虑学生在学习过程中的表现，增加学生自主性学习部分的分值权重，课程总评成绩也由考试成绩占80%，平时成绩占20%，调整为考试成绩占70%，平时成绩占30%。平时成绩主要包括：课堂参与度、自主学习情况、实验技能三部分，每一部分所占比重及体现形式详见图5。以此追踪、了解学生的学习过程，鼓励学生积极思考、勇于实践，使其能享受学习过程中探索与发现的乐趣。

三、教学改革效果及展望

本课程组采取多元教学策略对环境生物学课程进行了综合改革探索，基本实现了提高学生创新能力和综合素质的工作设想。改革后的课程受到学生的普遍认可与喜爱，教学效果良好。

（1）学生学习积极性高涨。学生的学习状态明显改变，课堂上主动提出问题，有时甚至会引发激烈的辩论。借助于网络平台和微信学习交流群，师生沟通更是不受时间和空间限制，话题的延展性更强，有些平时不太爱表达的同学在微信群中反而展示出博学多才的一面，老师也深感吃惊。

（2）学习的持续性增强。由于环境生物学的实践性很强，很多学生步入工作岗位后才意识到很多实际问题需要借助环境生物学的技术手段解决，此时他们便通过网络及微信在老师的帮助下解决工作中遇到的实际问题，将学校教育延伸到生产实践中，无形中也使学生对母校的依恋和归属感增强。

（3）学生的实践能力和创新性增强。由于层次化实验教学，不仅使学生对环境生物学实验有更深层次的认识，还让初入社会的他们面对工作岗位时不是畏首畏尾。很多毕业生跟老师反馈，正是由于有实验设计的基础，他们在从事相关工作时才知道如何找到合适的思路并一步步脚踏实地的实施。大多数考研的同学反馈在复试过程中，当被老师问到与实验相关的问题时，由于有过实验设计的经历，他们都会表现得信心十足。另外，由于有实验设计做基础，学生参加校外科研实训的积极性空前高涨。近三年学生先后主持、参与各项科研训练项目10多项，其中获奖3项。

尽管环境生物学课程的系列教学改革取得了初步成果，但在課程的教学实践中还面临很多问题，如试题库不是很完善;网络教学、双语教学只是处于尝试阶段，还需进一步深化。课程组以后将继续努力，积极拓宽、增强与同行的交流及学习，努力使教学更富生机与活力。

参考文献：

[1]韩丽珍，谢和，辛智海，等.改进微生物学教学模式，提高学生创新能力[J].微生物学通报，2016，43（4）：815-819.

[2]张小凡，周伟丽，王志平，等.环境微生物学教学改革与学生创新能力的培养[J].微生物学通报，2014，41（4）：748-752.

[3]和学新.教学策略的概念、结构及其运用[J].教育研究，2000（12）：54-58.

[4]车文博.当代西方心理学新词典[M].长春：吉林人民出版社，2001：10.

[5]肖淑敏，焦秀梅，赵连梅，等.基于翻转课堂的环境生物学实验PBL教学设计与实践[J].微生物学通报，2018，45（1）：207-214.

[6]刘月敏，邱春生，张春青，等.《环境生物学》课程教学改革的探索研究[J].科技创新导报，2014（12）：158.

[7]黄雪丽.基于提高中学生生物科学素养的高中生物实验多元教学策略研究[D].上海：华东师范大学，2008.

[8]李青云，覃益民，刘幽燕.立足质量工程为核心的微生物学多元教学策略探讨[J].微生物学通报，2015，42（8）：1603-1609.

[9]周群英，王士芬.环境工程微生物学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[10]李崴，周宜君，戴景峰.浅谈案例教学在微生物学教学中的应用[J].微生物学通报，2016，43（2）：403-409.