環(huán)境工程微生物學(xué)之“微生物的生長(zhǎng)繁殖”教學(xué)設(shè)計(jì)

張海涵 史印杰 黃廷林 朱陸莉

[摘 要]環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的一門必修課，同時(shí)微生物的生長(zhǎng)繁殖部分又是環(huán)境工程微生物學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。因此，對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖部分進(jìn)行一次全新的教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)以及教師的教學(xué)都是至關(guān)重要的。文章通過對(duì)學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)、教學(xué)過程、教學(xué)效果等方面進(jìn)行解析，提出了相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)方案。該方案將為環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)過程、打造“金課”提供鏡鑒。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境工程;微生物生長(zhǎng)繁殖;教學(xué)設(shè)計(jì);打造“金課”

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2021）10-0090-05

“綠水青山就是金山銀山”，隨著生態(tài)文明建設(shè)被納入中國特色社會(huì)主義事業(yè)總體布局，生態(tài)保護(hù)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石。環(huán)境工程專業(yè)的發(fā)展也因此受到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注。在“人類—自然—環(huán)境—經(jīng)濟(jì)”多圈層系統(tǒng)中，采用微生物方法修復(fù)被污染環(huán)境的方法成為學(xué)者們的關(guān)注熱點(diǎn)[1]。環(huán)境中多種微生物存在方式在一定程度上影響著人類的健康和社會(huì)的穩(wěn)定。眾所周知，環(huán)境微生物學(xué)是自然科學(xué)的重要組成部分，同時(shí)它對(duì)生命科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程具有重大的作用，還推動(dòng)了多學(xué)科之間的交叉融合與協(xié)同發(fā)展[2]。

環(huán)境工程微生物學(xué)是我國高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，是許多高校環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試的專業(yè)課程[3]。該課程旨在通過理論知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，使學(xué)生掌握與環(huán)境微生物相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，學(xué)習(xí)微生物與環(huán)境污染物間的相互關(guān)系，以及利用微生物有效降解日趨嚴(yán)重的多種多樣的環(huán)境污染物的方法等[4]。該課程涉及的知識(shí)面廣、知識(shí)更新迅速、具有很強(qiáng)的專業(yè)性、實(shí)踐性和應(yīng)用性。環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容既包括基礎(chǔ)微生物學(xué)知識(shí)（微生物的分類、病毒、形態(tài)結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)、代謝、生長(zhǎng)繁殖、生態(tài)、遺傳與變異等），又包括微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)和環(huán)境污染控制中的作用原理（微生物在元素循環(huán)中的作用、有害微生物的檢測(cè)與控制、微生物對(duì)污染物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化等），以及微生物新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用等方面內(nèi)容。學(xué)習(xí)環(huán)境工程微生物學(xué)，可以為后續(xù)的水、空氣、固體廢棄物污染控制工程以及污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)等專業(yè)主干課程提供知識(shí)儲(chǔ)備和理論基礎(chǔ)。環(huán)境工程微生物學(xué)以微生物個(gè)體、群體形態(tài)及細(xì)胞功能結(jié)構(gòu)、生理特性、生長(zhǎng)繁殖、遺傳變異等理論研究為基礎(chǔ)，同時(shí)深入研究微生物與環(huán)境之間的關(guān)系以及微生物對(duì)環(huán)境物質(zhì)的轉(zhuǎn)換分解作用及相關(guān)作用機(jī)制[5]。在這些內(nèi)容中，微生物的生長(zhǎng)繁殖又是環(huán)境工程微生物學(xué)這門課程的重點(diǎn)與難點(diǎn)，是整個(gè)環(huán)境工程微生物理論知識(shí)的基礎(chǔ)。所以對(duì)于“微生物的生長(zhǎng)繁殖”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)迫在眉睫。

針對(duì)在教學(xué)過程中仍然存在著實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)缺乏工程背景、實(shí)踐教學(xué)支撐體系建設(shè)不完善等各種問題[6]，為了進(jìn)一步完善教學(xué)過程，增加學(xué)生在課程中的收獲，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，課題組對(duì)學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、教學(xué)重難點(diǎn)及處理、教學(xué)媒體與資源選擇、課堂教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)、教學(xué)過程設(shè)計(jì)、課件或板書設(shè)計(jì)、教學(xué)效果評(píng)價(jià)等8個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。該教學(xué)設(shè)計(jì)顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，明顯增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，使得學(xué)生對(duì)環(huán)境工程微生物生長(zhǎng)繁殖部分的內(nèi)容得以熟練掌握。同時(shí)可以使學(xué)生的批判性思維以及動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力得到鍛煉，并且為打造環(huán)境工程微生物學(xué)“金課”提供理論和實(shí)踐借鑒。

一、學(xué)情分析

學(xué)情分析是了解學(xué)生發(fā)展起點(diǎn)的基本前提，是了解學(xué)生學(xué)習(xí)困難、預(yù)見學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)的有效途徑，是提高教學(xué)有效性的前提和保障。學(xué)情分析也是教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的重要事實(shí)性依據(jù)，同時(shí)還是有效課堂教學(xué)實(shí)施的關(guān)鍵因素[7]?；诃h(huán)境工程專業(yè)2016級(jí)學(xué)生已具備的知識(shí)和技能，學(xué)情分析包括以下幾個(gè)方面。

（一）學(xué)生已有知識(shí)分析

環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)（卓越工程師計(jì)劃）核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。大二第二學(xué)期結(jié)束之后學(xué)生對(duì)公共基礎(chǔ)課程已經(jīng)完成了學(xué)習(xí)，掌握了相關(guān)知識(shí)，進(jìn)入大三第一學(xué)期開始學(xué)習(xí)該課程。針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)開展之前，教師要通過摸底檢查確定學(xué)生需要掌握的知識(shí)點(diǎn)是否已經(jīng)掌握，相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)是否具備，對(duì)學(xué)生的整體素質(zhì)及能力做到心中有數(shù)。這樣在以后的教學(xué)過程中，教師可以更加有針對(duì)性地進(jìn)行“因材施教”。

（二）學(xué)習(xí)能力風(fēng)格分析

教師通過分析環(huán)境工程專業(yè)2016級(jí)四個(gè)班級(jí)學(xué)生理解掌握新知識(shí)的能力，以及前面有關(guān)“細(xì)菌革蘭氏染色”的學(xué)習(xí)結(jié)果，了解學(xué)生實(shí)際操作技能的掌握情況。據(jù)此設(shè)計(jì)本節(jié)課的深度和廣度，分析四個(gè)班中學(xué)習(xí)能力突出的尖子生、學(xué)習(xí)能力較弱以及學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格。

（三）班級(jí)整體學(xué)習(xí)診斷

每屆學(xué)生情況存在顯著差異，在課前構(gòu)建“輔導(dǎo)員—任課教師—學(xué)生”溝通平臺(tái)，課前與本科生輔導(dǎo)員進(jìn)行有效溝通，充分了解這一屆學(xué)生的人員組成和前期基礎(chǔ)理論課程的學(xué)習(xí)狀況。根據(jù)學(xué)情分析結(jié)果，做到“因材施教”。在教學(xué)過程中教師要努力激發(fā)基礎(chǔ)較差學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其迎頭趕上，同時(shí)幫助基礎(chǔ)較好的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新技能的拓展。因此，班級(jí)整體學(xué)情診斷是環(huán)境工程微生物學(xué)課堂教學(xué)有效實(shí)施的助推器，能最終實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心、達(dá)到有效課堂創(chuàng)新教學(xué)”。

（四）已組建互動(dòng)小組分析

在教學(xué)過程中要增加學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)，而合作學(xué)習(xí)的典型形式就是小組學(xué)習(xí)[8]。小組合作學(xué)習(xí)不但有利于學(xué)生獲得知識(shí)，而且有利于學(xué)生社會(huì)交往能力和與人溝通交流能力的提升[9]。我們將學(xué)生分為四個(gè)小組。針對(duì)2016級(jí)環(huán)境工程本科生，將學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異的學(xué)生和學(xué)習(xí)成績(jī)較差的學(xué)生、性格內(nèi)向和外向的學(xué)生組合，進(jìn)行分組優(yōu)化（A、B、C、D組，每組8人，設(shè)置通俗有趣的組名——超級(jí)細(xì)菌組、流感病毒組、美味蘑菇組和多彩世界組）（見圖1），為該課程的課堂討論、問題回答、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)環(huán)節(jié)做充分的前期準(zhǔn)備。小組組長(zhǎng)在課程預(yù)習(xí)、小組討論中發(fā)揮領(lǐng)頭作用。教師主導(dǎo)課堂過程，以學(xué)生為中心，通過設(shè)計(jì)“以專業(yè)知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)的卡通有趣的組名”提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以及對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)參與度?？梢?，課堂互動(dòng)小組的成功構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)“教與學(xué)有機(jī)結(jié)合”和“有效教學(xué)”的助推器和驅(qū)動(dòng)力。

（五）已有創(chuàng)新能力分析

在新時(shí)代的發(fā)展過程中，高校大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升，成為教育界重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容[10]。通過課堂創(chuàng)新，教師應(yīng)該著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、激發(fā)學(xué)生對(duì)未知領(lǐng)域的探索。前期部分學(xué)生參與了教師指導(dǎo)的大學(xué)生課外學(xué)術(shù)項(xiàng)目和國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃（No. 201410703008），在教學(xué)過程中通過這部分學(xué)生的引領(lǐng)，例如，課堂展示他們的成果（反硝化細(xì)菌），從而有效提升周圍其他學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)，教師要鼓勵(lì)之前沒有機(jī)會(huì)參與的學(xué)生積極參與到自己的研究項(xiàng)目中。學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論知識(shí)以后，教師可以增加學(xué)生的課外實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)課堂有效教學(xué)過程。如讓學(xué)生參與大創(chuàng)項(xiàng)目“熱分層對(duì)水源水庫細(xì)菌垂向分布的影響”，讓學(xué)生進(jìn)一步理解“細(xì)菌在特殊的水體中生長(zhǎng)繁殖受到溫度的調(diào)控”等知識(shí)。

二、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

教學(xué)目標(biāo)是指教學(xué)活動(dòng)預(yù)期所要達(dá)到的最終結(jié)果，只有明確了有效的教學(xué)目標(biāo)，才能開展后續(xù)各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)[11]。在教學(xué)過程中，課堂教學(xué)目標(biāo)起著十分重要的作用，它是課堂教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，也是教學(xué)活動(dòng)的歸宿[12]。本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)三個(gè)方面，即“三維目標(biāo)”，具體如下。

（一）確定知識(shí)目標(biāo)，知識(shí)體系構(gòu)建

知識(shí)體系引領(lǐng)目標(biāo)設(shè)計(jì)，通過啟發(fā)式、討論式和引導(dǎo)教學(xué)，使學(xué)生掌握環(huán)境工程微生物學(xué)第五章微生物的生長(zhǎng)繁殖與生存因子中的第一節(jié)“微生物的生長(zhǎng)繁殖”的內(nèi)容?？梢詫⑦@部分內(nèi)容總結(jié)為“一三四四”，即一個(gè)生長(zhǎng)過程、三種繁殖方式、四種測(cè)定方法和四個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期。

（二）確定能力目標(biāo)，能力培養(yǎng)提升

能力強(qiáng)化驅(qū)動(dòng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。由于環(huán)境工程微生物學(xué)是學(xué)習(xí)環(huán)境工程領(lǐng)域的微生物原理和技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，它們具有實(shí)驗(yàn)性和操作性等特點(diǎn)。因此，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中要將觀察（如生長(zhǎng)、繁殖過程）、分析（S型）等生物能力的教學(xué)滲透到教學(xué)中，把這些相互促進(jìn)、相互制約的各項(xiàng)目標(biāo)組成一個(gè)整體，讓學(xué)生在進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，整體素質(zhì)也能得到提升。

（三）確定情感目標(biāo)，情感目標(biāo)達(dá)成

情感體悟催化目標(biāo)達(dá)成，在教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生在主動(dòng)積極的思維和情感活動(dòng)中加深理解和體驗(yàn)，有所感悟和思考，領(lǐng)略到情感熏陶，獲得思想啟迪，享受審美樂趣。例如，教師在進(jìn)行細(xì)菌的裂殖和酵母的芽殖的教學(xué)中可以用動(dòng)畫展示繁殖過程，創(chuàng)設(shè)情境，想象入情，使學(xué)生在思想情感方面的素質(zhì)得到發(fā)展。

三、教學(xué)重難點(diǎn)及處理

（一）微生物生長(zhǎng)繁殖

教師在上課的過程中要善于設(shè)置問題（代時(shí)的定義和計(jì)算），同時(shí)要多與學(xué)生進(jìn)行課堂互動(dòng)。教師可以通過日常生活中冰箱里面食材的短期保鮮為例，說明人們通過低溫來控制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。設(shè)置翻轉(zhuǎn)課堂，針對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)，請(qǐng)學(xué)生再次舉例說明生活中的微生物生長(zhǎng)繁殖的現(xiàn)象，并在課后思考題中進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，讓學(xué)生對(duì)該教學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解和識(shí)記。

（二）微生物生長(zhǎng)測(cè)定

這部分內(nèi)容涉及操作過程理論和方法，由于本科生具體的微生物實(shí)驗(yàn)操作技能沒有得到前期訓(xùn)練，導(dǎo)致這部分內(nèi)容成為教學(xué)難點(diǎn)。在教學(xué)過程中，教師主要通過課件講授，將4種方法進(jìn)行分解，把每個(gè)方法關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行講授。在講解過程中教師可以引入一些學(xué)生熟悉的樣品（自來水）和儀器（顯微鏡）的講解，從而減輕學(xué)生理解的難度。針對(duì)學(xué)生陌生的PCR技術(shù)，教師可以引入學(xué)生熟悉的“禽流感病毒”作為講解對(duì)象，提高學(xué)生的求知欲，同時(shí)也為課外本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)做鋪墊。

（三）細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線

該知識(shí)點(diǎn)是本節(jié)課的重點(diǎn)，也是本章的重點(diǎn)內(nèi)容。微生物的生長(zhǎng)為一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，理解起來十分抽象。因此在教學(xué)過程中，教師可以通過動(dòng)畫的運(yùn)用，體現(xiàn)出細(xì)菌的S型生長(zhǎng)過程，同時(shí)再次引入前面講授的“芽孢”的釋放，展示細(xì)菌進(jìn)入衰亡期的表現(xiàn)。在講授新的知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，教師要向?qū)W生提問一些前面講授過的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生進(jìn)一步復(fù)習(xí)鞏固前面的內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)整個(gè)章節(jié)內(nèi)容融會(huì)貫通。

四、教學(xué)媒體與資源選擇

采用多媒體教學(xué)手段進(jìn)行課堂教學(xué)，能極大地節(jié)約推送教學(xué)資料所需的時(shí)間，在有限的時(shí)間內(nèi)給學(xué)生分享更多的專業(yè)知識(shí)，可以極大地提升教學(xué)效果[13]。我校的主要教學(xué)媒體包括以下幾個(gè)方面。

（一）教學(xué)示范中心

西安建筑科技大學(xué)擁有國家級(jí)“環(huán)境類專業(yè)”教學(xué)實(shí)驗(yàn)示范中心和省級(jí)“環(huán)境類專業(yè)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。同時(shí)，學(xué)校跟西安市北石橋污水處理廠等重點(diǎn)企業(yè)共建學(xué)習(xí)基地，使學(xué)生“學(xué)中做，做中學(xué)”。

（二）教學(xué)智能媒體

基于智能教學(xué)用具和平臺(tái)，強(qiáng)化有效教學(xué)過程。將雨課堂、學(xué)習(xí)通和微助教等現(xiàn)代教學(xué)手段應(yīng)用到課堂教學(xué)過程中，以提升課堂教學(xué)過程的效率，強(qiáng)化課堂教學(xué)效果。

（三）MOOC資源

任課教師為MOOC課程核心成員，所在的課程小組完成了陜西省在線課程建設(shè)“環(huán)境工程微生物”，學(xué)生在任何有Wifi的地方可隨時(shí)隨地登錄網(wǎng)址http：//www.xuetangx.com/courses/學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。

（四）科研資源融合

任課教師為微生物學(xué)博士，環(huán)境科學(xué)與工程博士后，在水環(huán)境微生物研究領(lǐng)域承擔(dān)10余項(xiàng)國家級(jí)和省部級(jí)以上科研項(xiàng)目，長(zhǎng)期積累了大量有關(guān)環(huán)境工程領(lǐng)域的微生物知識(shí)和技術(shù)，并且獲得陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。教師在講授的過程中，可以通過將最新的科研進(jìn)展引入課堂的方式，讓學(xué)生感知學(xué)科前沿。

五、課堂教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

環(huán)境污染與控制是目前國際前沿?zé)狳c(diǎn)問題。國家頒布了《國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》和“水十條”“土十條”等文件。陜西省地處西北，資源匱乏，環(huán)境污染嚴(yán)重。立足國家環(huán)境保護(hù)需要，西安建筑科技大學(xué)環(huán)境工程國家重點(diǎn)學(xué)科經(jīng)過老一輩科學(xué)家的建設(shè)，發(fā)展成為西部13省市唯一的環(huán)境工程重點(diǎn)學(xué)科，在污水微生物處理方面形成自己的特色。在環(huán)境保護(hù)方面“發(fā)揮有益微生物、控制有害微生物”，建設(shè)山川秀美陜西?；谏鲜鰢?、地方、學(xué)校、學(xué)科和任課教師特有的發(fā)展與成長(zhǎng)狀況，課堂教學(xué)創(chuàng)新表現(xiàn)如下。

（一）基于教學(xué)大綱，引入特色案例

案例分析法作為對(duì)傳統(tǒng)講授方式的補(bǔ)充與改革，它可以使學(xué)生在理解與掌握那些抽象難懂的知識(shí)點(diǎn)時(shí)更加容易[14]。在微生物生長(zhǎng)知識(shí)點(diǎn)講授環(huán)節(jié)中，教師可以引入西北干旱、半干旱地區(qū)特有的環(huán)境微生物資源分布狀況的案例（如黃土高原脆弱生態(tài)區(qū)根瘤菌和菌根真菌），通過教師對(duì)這一案例的深入講解，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)廣度。

（二）教學(xué)科研融合，豐富教學(xué)過程

高校教師一般會(huì)在自己的研究領(lǐng)域內(nèi)選題申報(bào)一些科研項(xiàng)目，這些科研項(xiàng)目在微生物領(lǐng)域都是具有前瞻性的探索研究[15]。因此教師可以在教學(xué)過程中介紹一下自己正在做的科研項(xiàng)目，也可以將高度凝練環(huán)境微生物研究團(tuán)隊(duì)有關(guān)“污水微生物處理技術(shù)”的理論發(fā)現(xiàn)（如高原型污水處理廠活性污泥中微生物群落結(jié)構(gòu)）作為案例進(jìn)行教學(xué)。同時(shí)，教師可以通過講解陜南大型真菌人工培育的案例，讓學(xué)生進(jìn)一步理解真菌繁殖的知識(shí)點(diǎn)。

（三）面向國際前沿，提升自主學(xué)習(xí)

教師可以將目前環(huán)境微生物領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)問題介紹給學(xué)生，讓學(xué)生感知國際最新進(jìn)展。如“微生物生長(zhǎng)影響因素”里面的“氧”的角色，教材上寫的是經(jīng)典的“厭氧反硝化理論”，而在目前的科研過程中，學(xué)者們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“好氧反硝化”。這樣的教學(xué)方式，不僅顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且促進(jìn)了學(xué)生對(duì)于知識(shí)的思考，更加有利于其之后的學(xué)習(xí)。

（四）總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新教學(xué)方法

隨著各種教學(xué)創(chuàng)新的推廣與發(fā)展，教育研究者對(duì)教學(xué)的本質(zhì)和目的有了更深入的認(rèn)識(shí)和思考。但是僅有新技術(shù)的支持是不夠的，還需要有創(chuàng)新的教學(xué)理論與方法[16]。教師基于多年本科生課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)并且有機(jī)結(jié)合現(xiàn)代新教育輔助手段，針對(duì)該課堂教學(xué)提出下面思路，總結(jié)為“1中心+2途徑+8策略”：教師主導(dǎo)、學(xué)生主體，在混合式課堂（包含四個(gè)策略）和智能教學(xué)手段（包含四個(gè)策略）的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行兩個(gè)途徑（聽懂和愛聽）的課堂有效教學(xué)。

六、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

教學(xué)過程設(shè)計(jì)的核心思想是：微生物在環(huán)境污染治理中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，在我們所生活的環(huán)境中，微生物無處不在。一部分微生物對(duì)我們?nèi)祟愑幸妫硪徊糠治⑸飳?duì)我們生產(chǎn)生活有害。目前新型冠狀病毒的傳播，使得肺炎疫情成為廣大科研人員的關(guān)注焦點(diǎn)。因此，我們環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)子就需要掌握環(huán)境微生物的生長(zhǎng)習(xí)性，控制有害微生物，利用好有益微生物。

本節(jié)課堂教學(xué)過程的設(shè)計(jì)如下（見圖2）。

（一）智能手段、輔助點(diǎn)名

在點(diǎn)名時(shí)，教師可以借助智能教學(xué)手段微助教輔助課堂點(diǎn)名。準(zhǔn)確記錄學(xué)生到課情況，并將其作為評(píng)定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的重要依據(jù)。

（二）課程導(dǎo)入、內(nèi)容回顧

在教學(xué)過程中，教師在講授新的內(nèi)容之前，可以將之前的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)短回顧以及知識(shí)點(diǎn)檢測(cè)（微生物是人類的朋友、敵人），加深學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的理解與記憶。

在講授新內(nèi)容時(shí)教師可以通過問題導(dǎo)入的方式引出新內(nèi)容（第五章、第一節(jié)），讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的重、難點(diǎn)。

（三）問題設(shè)置、學(xué)習(xí)反思

在講解知識(shí)點(diǎn)1部分的“微生物的生長(zhǎng)”時(shí)，教師可以采用答題的方式與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)過程，若學(xué)生答題正確則記入平時(shí)成績(jī)5分。

在講解知識(shí)點(diǎn)1部分的“微生物的繁殖”時(shí)，教師可以將三種繁殖方式進(jìn)行動(dòng)畫展示。其中細(xì)菌的裂殖和酵母菌的芽殖過程可以多設(shè)置幾個(gè)動(dòng)畫，加深學(xué)生的理解。

在講解知識(shí)點(diǎn)1部分的“微生物的代時(shí)”時(shí)，教師可以引入通過冰箱食材保鮮，人為延長(zhǎng)細(xì)菌代時(shí)這一生活中常見的行為。通過這個(gè)行為給學(xué)生設(shè)置一個(gè)問題，讓學(xué)生在1分鐘思考之后進(jìn)行回答。回答正確的學(xué)生記入平時(shí)成績(jī)5分。

（四）師生互動(dòng)、生生互動(dòng)

教師在講解知識(shí)點(diǎn)2部分的直接顯微鏡計(jì)數(shù)法時(shí)，可以在教師進(jìn)行操作演示之后，讓學(xué)生進(jìn)行課堂操作。

教師在講解知識(shí)點(diǎn)2部分的平板菌落計(jì)數(shù)法時(shí)，可以將培養(yǎng)皿實(shí)物帶入課堂中讓學(xué)生參觀學(xué)習(xí)。

教師在講解知識(shí)點(diǎn)2部分的DNA測(cè)定計(jì)數(shù)法時(shí)，可以以禽流感病毒為例進(jìn)行講解。

（五）翻轉(zhuǎn)課堂、點(diǎn)評(píng)提升

教師在進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)2部分的比濁法的講解和知識(shí)點(diǎn)3部分微生物的生長(zhǎng)曲線的講授時(shí)，可以采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，先讓學(xué)生以小組為單位，從自己生活中的例子出發(fā)談一下自己對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，之后再由教師對(duì)學(xué)生的講解進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

（六）高度凝練、智能答疑

在教學(xué)過程中教師可以通過24字的口訣“一個(gè)生長(zhǎng)過程、三種繁殖方式、四種測(cè)定方法、四個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期”高度凝練本節(jié)課的內(nèi)容，方便學(xué)生掌握與識(shí)記。

在教學(xué)完成之后，教師可以為學(xué)生設(shè)置3道思考題。同時(shí)為學(xué)生開通陜西省精品在線課程“環(huán)境工程微生物學(xué)”，學(xué)生可以在線向教師反饋問題，教師則在線上為學(xué)生解答問題。

七、課件或板書設(shè)計(jì)

多媒體課件是根據(jù)教學(xué)大綱的要求和教學(xué)的需要，經(jīng)過嚴(yán)格的教學(xué)設(shè)計(jì)，并以多種媒體的表現(xiàn)方式和超文本結(jié)構(gòu)制作而成的課程軟件[17]。

在教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，教師應(yīng)該進(jìn)一步完成與各部分教學(xué)內(nèi)容相匹配的多媒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、板書結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓多媒體與板書之間做到協(xié)同互補(bǔ)。

（一）基于流程模式

其包括課堂創(chuàng)新的思路和理念、章節(jié)問題的引入、知識(shí)點(diǎn)（重點(diǎn)和難點(diǎn)）、每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的剖析、問題設(shè)置、測(cè)試互動(dòng)、總結(jié)（運(yùn)用口訣高度總結(jié)）、習(xí)題設(shè)置、線上線下學(xué)習(xí)效果反饋。由于環(huán)境中微生物生長(zhǎng)和繁殖為一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，因此，在課件設(shè)計(jì)過程中需要加入大量的動(dòng)畫。

（二）基于邏輯模式——板書設(shè)計(jì)

黑板分為兩大部分，左側(cè)左上方文字展示講授過程的主要知識(shí)點(diǎn)，體現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系。板書起到協(xié)助和補(bǔ)充課件PPT的作用。教師在整個(gè)板書書寫過程中要字跡清晰并且要將“講”和“寫”有機(jī)統(tǒng)一。

八、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠了解教學(xué)所達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)，還能檢驗(yàn)教學(xué)工作取得的實(shí)際效果，同時(shí)也是對(duì)教學(xué)工作的總結(jié)[18]，因此教學(xué)效果評(píng)價(jià)也很重要。該教學(xué)單元注重學(xué)生的參與，在教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)（即“三維目標(biāo)”），有效落實(shí)了“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，合作探究，創(chuàng)新提升”的教學(xué)指導(dǎo)思想，具體評(píng)價(jià)如下。

1.本節(jié)課基于前期學(xué)情評(píng)估，教學(xué)效果評(píng)價(jià)有機(jī)融入整個(gè)課堂教學(xué)過程中，例如學(xué)生參與問題引入、翻轉(zhuǎn)課堂、問題設(shè)置和小組討論。課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，以“微生物是人類的朋友、微生物是人類的敵人”為引導(dǎo)，讓學(xué)生參與進(jìn)來，從而開啟了掌握環(huán)境微生物生長(zhǎng)繁殖特性的學(xué)習(xí)旅程。

2.在教學(xué)工作中，六個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，互為補(bǔ)充，在基于基礎(chǔ)微生物生長(zhǎng)繁殖知識(shí)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上，重視對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，逐步提高學(xué)生的自學(xué)能力，并聯(lián)系環(huán)境工程學(xué)科的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際，開展豐富多彩的教學(xué)活動(dòng)，這極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，強(qiáng)化了學(xué)生情感思想和價(jià)值觀，收到了良好的教學(xué)效果。

3.科研教學(xué)融合，基于多年科研積累，科研驅(qū)動(dòng)教學(xué)過程，避免“有教無研則淺，有研無教則空”。同時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生完成一些大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐計(jì)劃項(xiàng)目，讓小組同學(xué)課堂展示，這不但培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，還激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。最后，利用在線課程教學(xué)資源、線上線下互動(dòng)，全面評(píng)估本節(jié)課堂教學(xué)的有效性，從而進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“以生為本、因生施教、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)創(chuàng)新?；趧?chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，榮獲陜西省高校課堂教學(xué)創(chuàng)新競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，西安建筑科技大學(xué)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

九、總結(jié)

由于環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的重要學(xué)科，同時(shí)“微生物生長(zhǎng)繁殖”這一章節(jié)又是課程的重點(diǎn)與難點(diǎn)，所以對(duì)于“微生物生長(zhǎng)繁殖”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)是很有必要的。在整個(gè)的教學(xué)過程中，課程組分別進(jìn)行了學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)、教學(xué)媒體與資源選擇、課堂創(chuàng)新設(shè)計(jì)、教學(xué)過程設(shè)計(jì)、教學(xué)課件與版書設(shè)計(jì)和教學(xué)效果設(shè)計(jì)等工作。

在學(xué)情分析的過程中，通過對(duì)于已組建的互動(dòng)小組分析筆者發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建成功的課堂互動(dòng)小組是實(shí)現(xiàn)“教與學(xué)有機(jī)結(jié)合”和“有效教學(xué)的助推器和推動(dòng)力”;在教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)的過程中，通過對(duì)于知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)的設(shè)計(jì)，更加明確了在“微生物生長(zhǎng)繁殖”這一章節(jié)中教學(xué)的目標(biāo);在教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)的過程中，明確了微生物生長(zhǎng)繁殖、微生物生長(zhǎng)測(cè)定以及細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線這三個(gè)部分的內(nèi)容需要學(xué)生具有比較強(qiáng)的計(jì)算能力以及理解能力，所以是這一章節(jié)的重點(diǎn)與難點(diǎn);在教學(xué)媒體的選擇方面，在教學(xué)的過程中充分利用了學(xué)院的現(xiàn)有資源（教學(xué)示范中心、教學(xué)智能媒體、MOOC資源等），線上和線下教育同時(shí)進(jìn)行，有力地促進(jìn)了教師的教學(xué)以及學(xué)生的學(xué)習(xí);在課堂創(chuàng)新方面，通過一些特色案例，教師科研課題和國際前沿研究成果的引入，讓學(xué)生既能夠掌握基礎(chǔ)的知識(shí)，又能充分打開視野;在教學(xué)過程設(shè)計(jì)過程中，我們采用翻轉(zhuǎn)課堂、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)等方式，豐富了授課的形式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;在課件與版書設(shè)計(jì)的過程中，采用基于流程模式和邏輯模式兩種模式來進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過課件與版書，使抽象難懂的內(nèi)容變得具體易懂;在教學(xué)效果設(shè)計(jì)的過程中，采用將教學(xué)評(píng)價(jià)有效與課堂進(jìn)行融合等方式，促進(jìn)了學(xué)生的參與，讓教師對(duì)教學(xué)效果有了深入的了解。本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)將為打造環(huán)境工程微生物學(xué)“金課”提供理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]

[收稿時(shí)間]2020-03-12

[基金項(xiàng)目]陜西高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（No. 19ZZ003;19BG014），西安建筑科技大學(xué)一流專業(yè)綜合建設(shè)類重點(diǎn)項(xiàng)目（No. YLZY19Z05），陜西省“一流專業(yè)”子項(xiàng)目資助（Nos. YLZY0302C02，YLZY0302Z01）。

[作者簡(jiǎn)介]張海涵（1981-），男，陜西戶縣人，博士研究生，教授，主要從事環(huán)境工程微生物教學(xué)與研究工作。