基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的林業(yè)微生物學(xué)實驗課程教學(xué)改革探討

吳 斐，張林平，陳伏生，孟文燕

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江西 南昌 330045；2.山東水利職業(yè)學(xué)院，山東 日照 276826)

大學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是高校的核心任務(wù)之一[1]。2021年4月，習(xí)近平總書記在清華大學(xué)考察時強調(diào)，我國高等教育要培養(yǎng)勇于創(chuàng)新、敢為人先、敢于突破的創(chuàng)新型人才[2]。2021年5月，習(xí)近平總書記在兩院院士大會、中國科協(xié)十大上的講話中再次強調(diào)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是國家、民族長遠發(fā)展的大計[3]。創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展現(xiàn)已成為國家戰(zhàn)略，而創(chuàng)新型人才是其根本支撐[4]。新形勢下，如何對專業(yè)課進行教學(xué)改革，以完成培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，仍然是當(dāng)下高等院校面對的重要問題。

學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不能僅靠課堂授課，需要將理論學(xué)習(xí)與實踐練習(xí)相結(jié)合[5]。實驗教學(xué)作為高校教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，為學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)技能、鞏固和應(yīng)用理論知識、自主探索和創(chuàng)新設(shè)計提供實踐平臺，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效載體[6]。林業(yè)微生物學(xué)是面向林學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修或選修課程，主要研究微生物與林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間的關(guān)系，兼具很強的理論性和應(yīng)用性。林業(yè)微生物學(xué)實驗是林業(yè)微生物學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和發(fā)散思維的關(guān)鍵[7]。然而，以往的實驗教學(xué)存在學(xué)生參與程度低、缺乏創(chuàng)新性和探究性實驗內(nèi)容、考核方式不合理等問題?；趧?chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求，本文以林業(yè)微生物學(xué)實驗課程為研究對象，對課程的教學(xué)現(xiàn)狀和改革方式進行探討，以期為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)改革提供參考。

1 林業(yè)微生物學(xué)實驗課程教學(xué)面臨的問題

1.1 實驗內(nèi)容脫離林學(xué)專業(yè)背景，缺乏創(chuàng)新和探究型實驗

林業(yè)微生物學(xué)實驗課程多以《微生物學(xué)實驗》(沈萍和陳向東主編)[8]、《微生物學(xué)實驗教程》(徐德強等主編)[9]、《現(xiàn)代微生物學(xué)實驗技術(shù)》(朱旭芬主編)[10]為參考教材，設(shè)置的實驗內(nèi)容主要包括微生物的分離培養(yǎng)、革蘭氏染色法和顯微觀察等基本微生物學(xué)實驗，沒有設(shè)置設(shè)計性和綜合性的實驗，內(nèi)容脫離了林學(xué)專業(yè)背景，削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生實踐能力培養(yǎng)。

1.2 實驗課程時間設(shè)置不合理

林業(yè)微生物學(xué)大多以選修課的形式開設(shè)，其配套的實驗課程學(xué)時數(shù)較少，很多實驗內(nèi)容無法開展[7]。為了在有限的課時完成實驗教學(xué)內(nèi)容，需要教師提前為學(xué)生準(zhǔn)備一部分實驗，造成教師包辦多，學(xué)生動手少的現(xiàn)象。此外，微生物的培養(yǎng)需要一定時間，實驗結(jié)果難以在一次實驗課觀察到，教師通常安排學(xué)生在課余時間觀察結(jié)果，這無法保證所有學(xué)生都有時間，影響學(xué)生對結(jié)果的觀察和討論。學(xué)生往往不能操作完整的實驗過程，實驗教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生對沒有自己動手做過的實驗內(nèi)容印象不深，不能充分掌握實驗要領(lǐng)，不具備獨立開展類似實驗的能力。

1.3 教學(xué)方法落后，教學(xué)設(shè)備滯后

傳統(tǒng)的林業(yè)微生物學(xué)實驗教學(xué)常采用“教師講解演示+學(xué)生實驗操作+撰寫實驗報告”的模式。學(xué)生僅需按照實驗步驟操作即可，無需自主設(shè)計和查閱資料，更不用自主創(chuàng)新。這種灌輸式的教學(xué)方法使學(xué)生學(xué)習(xí)十分被動，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

林業(yè)微生物學(xué)實驗操作需要專用的設(shè)備，如無菌操作需要在超凈工作臺里進行。然而，由于教室空間和硬件設(shè)施的限制，超凈工作臺、天平等設(shè)備常常不足,影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和參與實驗的積極性，不利于學(xué)生對實驗操作技能的掌握。

1.4 實驗考核方式單一

林業(yè)微生物學(xué)實驗課程大多從屬于理論課程，其考核成績按一定比例記入林業(yè)微生物學(xué)課程總成績。實驗課成績占比往往較小，導(dǎo)致學(xué)生對實驗課的重視程度不夠。此外，林業(yè)微生物學(xué)實驗考核大多重結(jié)果、輕過程，教師主要依據(jù)實驗報告給出實驗課成績。這種考核方式下，學(xué)生只要提交實驗報告即可得到滿意的成績，難以衡量學(xué)生對實驗操作技能的掌握情況和對知識的運用情況，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

2 林業(yè)微生物學(xué)實驗課程的教學(xué)改革

2.1 引入信息技術(shù)輔助教學(xué)

以多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的信息技術(shù)為教學(xué)帶來了諸多便利[11]。2018年，教育部首次推出了490門“國家精品在線開放課程”，推進了信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合[12]。在林業(yè)微生物學(xué)實驗課程教學(xué)中，信息技術(shù)為實驗教學(xué)提供了新的素材、教學(xué)手段和平臺，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不再拘泥于教材內(nèi)容和實驗室，讓學(xué)生了解最新技術(shù)和學(xué)科前沿，活躍創(chuàng)新思維，助推創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.1.1 利用網(wǎng)絡(luò)資源豐富實驗教學(xué)素材

在講解實驗原理時，教師可將從網(wǎng)絡(luò)資源中收集的視頻、圖片等資源整理制作成短視頻、動畫等材料，拓寬教學(xué)廣度，增加講解的趣味性和生動性。例如，在講解稀釋平板法分離土壤微生物時，可以將微生物從土壤中到平板上生長的過程制作為動畫，直觀地展示微生物被分離的過程，并通過圖片形象地展示適宜的菌落形成單位的數(shù)目，讓學(xué)生領(lǐng)悟涂板的要點，同時認(rèn)識細菌、放線菌和真菌的菌落形態(tài)特征。此外，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)資源向?qū)W生講述課本之外的知識，讓學(xué)生了解最新實驗技術(shù)，如微生物的靶向培養(yǎng)和高通量培養(yǎng)技術(shù)[13]、微生物高通量測序技術(shù)[14]等。

2.1.2 利用信息技術(shù)為實驗教學(xué)提供新的教學(xué)手段

針對實驗室難以開展的實驗，教師可借助虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)技術(shù)，制作VR課件，還原實驗場景，讓學(xué)生通過交互式和沉浸式模擬實驗，掌握實驗原理和實操技術(shù)。例如，在利用Illumina測序技術(shù)分析微生物群落多樣性實驗中，借助VR課件，學(xué)生通過交互式操作體驗DNA提取、PCR擴增、文庫構(gòu)建和測序的操作流程，并觀看利用熒光對DNA測序的過程，通過身臨其境的微觀體驗，深入理解實驗原理。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)為實驗教學(xué)擴展平臺

教師通過將實驗操作錄制成教學(xué)視頻，建立教學(xué)資源庫，使教學(xué)演示不受課時和教學(xué)空間的限制。通過錄制的教學(xué)視頻，學(xué)生可根據(jù)自身情況及時鞏固理解薄弱的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置綜合性實驗和設(shè)計性實驗

對實驗內(nèi)容進行重新規(guī)劃整合，開發(fā)集基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗為一體的綜合實驗體系(圖1)。掌握扎實的實驗實操技能是學(xué)生學(xué)以致用和創(chuàng)新的前提，基礎(chǔ)性實驗培養(yǎng)學(xué)生扎實的實操技能，在實驗體系中非常重要[15]。這部分可以設(shè)置培養(yǎng)基的配制和土壤微生物的分離、微生物的純化和保藏技術(shù)、革蘭氏染色和常見微生物顯微觀察技術(shù)這幾部分實驗內(nèi)容。這部分實驗主要讓學(xué)生認(rèn)識微生物，掌握規(guī)范的器皿滅菌、無菌操作、顯微鏡的使用等基本實操技能，為后續(xù)實驗打下良好基礎(chǔ)。

圖1 林業(yè)微生物學(xué)綜合實驗體系

綜合性實驗開展與林學(xué)專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，可以開設(shè)林木內(nèi)生菌的分離、功能微生物的篩選等實驗項目。這部分實驗與學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)密切相關(guān)，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。如在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，進行林木根、莖、葉內(nèi)生菌的分離實驗時，有學(xué)生主動提出要分離花中的微生物。通過綜合性實驗，學(xué)生將零散的實驗內(nèi)容整合在一起，提高學(xué)習(xí)主觀能動性。

設(shè)計性實驗讓學(xué)生接軌前沿科學(xué)研究，學(xué)生組成興趣小組，可選擇教師給出的實驗題目，或者依據(jù)興趣擬定題目交由教師審核。這部分實驗中，學(xué)生通過查找資料、擬定實驗方案、實驗室實操、結(jié)果分析等一系列環(huán)節(jié)，提高了主動性和探索欲，同時提高了分析和解決問題的綜合能力，有利于助推學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.3 開放實驗室，靈活安排實驗時間

實驗室是開展實驗教學(xué)、提高學(xué)生實驗水平、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要場所[16]。建立開放實驗室制度，是整合實驗室資源、提高設(shè)備使用效率和學(xué)生自主性的有效手段[17]。在林業(yè)微生物學(xué)實驗課程的教學(xué)中，對于理論講解部分，可集中統(tǒng)一教學(xué)。對于學(xué)生操作部分，可根據(jù)實驗室儀器設(shè)備情況，對學(xué)生進行分組，每次一組同學(xué)進入實驗室練習(xí)實驗操作。學(xué)生可根據(jù)實驗進度，提前在線上實驗室管理平臺協(xié)調(diào)預(yù)約進入實驗室的時間。教師可統(tǒng)計每位學(xué)生進入實驗室的時間，保證每位學(xué)生的實驗技能得到有效時數(shù)的練習(xí)。

2.4 調(diào)整成績占比，建立多元化考核方式

考核是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的檢驗，是判定培養(yǎng)目標(biāo)是否達成的標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)的考核方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)具有引導(dǎo)和激勵作用[18]。在成績占比方面，可以通過增加實驗課成績在林業(yè)微生物學(xué)課程總成績中所占的比例，提高學(xué)生對實驗課程的重視。

在考核方式上，改變單以實驗報告為標(biāo)準(zhǔn)的考核方式，設(shè)置實驗操作、實驗設(shè)計、實驗報告三位一體的考核方式。具體成績評定可按“實驗操作(50%)+實驗設(shè)計(20%)+實驗報告(30%)”的方式執(zhí)行。實驗操作考核學(xué)生對實操技能的掌握情況，由教師對學(xué)生的實驗操作進行單獨考試，教師及時糾正學(xué)生的不規(guī)范操作，并給出實驗操作成績；在硬件設(shè)施等條件不允許時，可讓學(xué)生之間相互錄制幾分鐘的實驗實操小視頻，上傳于課程網(wǎng)絡(luò)信息平臺，由教師根據(jù)學(xué)生操作進行點評和評分，增強教師與學(xué)生之間的互動。實驗設(shè)計考核學(xué)生對知識點的掌握和運用情況，教師可結(jié)合科研項目，設(shè)計考題，學(xué)生經(jīng)過查閱文獻，寫出實驗原理和實驗方案，這一過程既幫助學(xué)生主動復(fù)習(xí)和掌握知識，又提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的綜合能力。通過多元化的考核方式，幫助學(xué)生掌握規(guī)范的操作技能和扎實的基礎(chǔ)知識，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

3 結(jié)語

實驗教學(xué)作為高校人才培養(yǎng)的必要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和習(xí)慣、引導(dǎo)學(xué)生自主探索和創(chuàng)新設(shè)計方面發(fā)揮重要作用。林業(yè)微生物學(xué)實驗是林學(xué)專業(yè)學(xué)生掌握基礎(chǔ)實驗操作技能、融會貫通林學(xué)知識的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)改革對培養(yǎng)創(chuàng)新型林學(xué)專業(yè)人才有重要意義。通過實驗教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的思路，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。