基于BOPPPS擴(kuò)展模型的“微生物學(xué)”課程教學(xué)改革初探

江盧華，梁伊麗，劉學(xué)端

（中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410083）

中南大學(xué)生物工程專業(yè)為國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)?！拔⑸飳W(xué)”作為生物工程的專業(yè)核心課程之一，是“遺傳學(xué)”“微生物育種學(xué)”“基因工程”“蛋白質(zhì)與酶工程”等專業(yè)課程的基石。以往“微生物”課程講授過(guò)程，教師主要以PPT演示、口頭講解、板書強(qiáng)化等手段進(jìn)行講授。資深教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、知識(shí)面廣博，能生動(dòng)有趣地駕馭課堂，高效輸送課程知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生快速理解和消化知識(shí)，達(dá)到既定的教學(xué)目的。但對(duì)于青年教師而言，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，知識(shí)的綜合儲(chǔ)備量有待提升，很難在課堂集中學(xué)生的注意力和關(guān)注度，很難高效和精確地傳授重點(diǎn)、難點(diǎn)課程知識(shí)，很難使學(xué)生快速吸收知識(shí)和發(fā)生知識(shí)遷移。因此，青年教師有必要利用科學(xué)的教學(xué)方法，融合課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)理想的課堂教學(xué)效果。

1 BOPPPS教學(xué)模型的調(diào)查、分析與整合

學(xué)生在課堂上的最長(zhǎng)注意力維持時(shí)間是10分鐘左右[1]。因此，課堂教學(xué)過(guò)程需劃分若干10分鐘左右時(shí)間的“區(qū)間”，以保持學(xué)生注意力和課題教學(xué)效果。針對(duì)上述問(wèn)題和教學(xué)需求，加拿大教學(xué)技能工作坊以建構(gòu)主義和交際法為理論依據(jù)，提出了BOPPPS教學(xué)模型。該模型可將45分鐘的課堂教學(xué)時(shí)間有機(jī)地劃分為6個(gè)“區(qū)間”，是強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與和反饋的閉環(huán)教學(xué)過(guò)程[2]。BOPPPS是一個(gè)縮略詞，由6個(gè)“區(qū)間”組成模塊：Bridge-in（導(dǎo)入），目的在于吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將課堂內(nèi)容和已有知識(shí)或未來(lái)潛在問(wèn)題相銜接；Objective（目標(biāo)），明確學(xué)生需掌握的知識(shí)要點(diǎn)，掌握程度需可測(cè)、可自我評(píng)估；Pre-assessment（前測(cè)），掌握學(xué)生的受訓(xùn)能力，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的深度和進(jìn)度；Participatory learning（參與式學(xué)習(xí)），培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，可利用分組討論、角色扮演、專題研討、案例分析等；Post-assessment（后測(cè)），課后或教學(xué)過(guò)程中及時(shí)評(píng)估教學(xué)效果，反思并調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)；Summary（總結(jié)），引導(dǎo)學(xué)生自己總結(jié)課堂的知識(shí)點(diǎn)和重要內(nèi)容，評(píng)估自己的學(xué)習(xí)效果，引出下節(jié)課的內(nèi)容[3-4]。BOPPPS模型設(shè)計(jì)的6個(gè)“區(qū)間”凸顯了不同的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)，有利于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)思考，明確課堂學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，保持學(xué)習(xí)注意力和關(guān)注度，有利于教師設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，把控教學(xué)進(jìn)度，提高教學(xué)效率和效果。因此，BOPPPS教學(xué)模型融合到《微生物》課程教學(xué)中，將有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)教師的教學(xué)熱情和靈感。

采用BOPPPS模型可以對(duì)課中教學(xué)過(guò)程起到“區(qū)間化”設(shè)計(jì)和管理，但是和學(xué)生的課前和課后聯(lián)系不是很緊密，不能有效提升學(xué)生課外的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣和能力?；凇罢n前—課中—課后”一體化的教學(xué)體系目前已被很多的課程設(shè)計(jì)所采納，用于提升學(xué)生整體的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)深度[5-6]。模式為課前發(fā)送相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)，利用短視頻、慕課、課外書籍等方式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。一是預(yù)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)概念和了解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的“來(lái)龍去脈”，二是發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)難點(diǎn)和疑點(diǎn)，待課中解決。課中利用不同的教學(xué)方法，組織和開展課堂教學(xué)，是“教”與“學(xué)”的核心。課后發(fā)布思考題等任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生拓展學(xué)習(xí)深度和解析與相關(guān)實(shí)際問(wèn)題、熱點(diǎn)問(wèn)題的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和知識(shí)內(nèi)化遷移。因此，將BOPPPS模型內(nèi)嵌于課中階段，并通過(guò)課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)和課后拓展學(xué)習(xí)，進(jìn)一步完善“微生物學(xué)”課程教學(xué)體系?；诖?，本文提出一種BOPPPS擴(kuò)展教學(xué)模型，用于“課前—課中—課后”一體化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和拓展學(xué)習(xí)深度。

2 BOPPPS擴(kuò)展教學(xué)模型在“微生物學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

本文以“微生物學(xué)”課程第五章“生物固氮”小節(jié)內(nèi)容為例，初步探究BOPPPS擴(kuò)展教學(xué)模型在“微生物學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1 課前

通過(guò)班級(jí)微信群等平臺(tái)，推送微視頻和任務(wù)百科資料，讓學(xué)生了解氨經(jīng)典合成途徑哈伯法，明晰合成條件和潛在風(fēng)險(xiǎn)；了解著名微生物學(xué)家馬丁努斯·威廉·拜耶林克（Martinus Willem Beijerinck）的生平及其在病毒學(xué)、氮循環(huán)等領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。發(fā)送“固氮酶的研究進(jìn)展”等文獻(xiàn)，讓學(xué)生詳細(xì)了解固氮酶的研究歷史及其結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制。通過(guò)上述課前學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解到生物固氮和化學(xué)固氮的區(qū)別及其優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)微生物學(xué)的興趣，志向成為杰出的微生物學(xué)家，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)固氮酶的認(rèn)知。

2.2 課中

2.2.1 導(dǎo)入（Bridge-in）

具體導(dǎo)入如下：氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需求量最大的化肥種類，其對(duì)提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)有重要作用。我國(guó)是氮肥消費(fèi)大國(guó)，2021年氮肥產(chǎn)量達(dá)到3700萬(wàn)噸。目前，氮肥生成主要用到天然氣、石油和煤等原材料，且需特色催化劑在高溫高壓條件下進(jìn)行。反應(yīng)條件苛刻、合成產(chǎn)物不穩(wěn)定，存在易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)。例如，2020年8月4日黎巴嫩貝魯特港口區(qū)發(fā)生劇烈爆炸，造成超過(guò)100人死亡、約4000人受傷。經(jīng)查明，主要原因是多年前儲(chǔ)存在港口倉(cāng)庫(kù)的2750噸農(nóng)用氮肥硝酸銨引發(fā)了巨大爆炸。生物固氮能通過(guò)微生物固氮酶將大氣中的氮?dú)獯呋砂?，是一種溫和、零污染排放的反應(yīng)過(guò)程。和化學(xué)固氮相比，在經(jīng)濟(jì)成本、安全環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等方面都有著巨大的優(yōu)勢(shì)。因此，探尋生物固氮技術(shù)與方法對(duì)于我國(guó)氮肥行業(yè)乃至農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)都極其重要。通過(guò)對(duì)我國(guó)氮肥需求量及其利用率的現(xiàn)狀的闡述，融合課程思政元素，啟發(fā)學(xué)生對(duì)生物固氮重要性的認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

2.2.2 目標(biāo)（Objective）

本小節(jié)的課程內(nèi)容主要為固氮微生物種類、固氮的生化機(jī)制、好氧菌固氮酶避氧害機(jī)制。主要教學(xué)目標(biāo)為掌握固氮微生物的類型，能識(shí)別主要的固氮微生物；了解固氮酶的歷史進(jìn)程，通曉固氮酶的兩種組分，能通過(guò)口語(yǔ)或書面表達(dá)出固氮酶固氮的生化途徑；明晰好氧固氮菌的抗氧保護(hù)機(jī)制。通過(guò)上述教學(xué)目標(biāo)的建立，幫助教師掌握教學(xué)重點(diǎn)，控制教學(xué)節(jié)奏，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)重點(diǎn)和方向。

2.2.3 前測(cè)（Pre-assessment）

主要是對(duì)好氧微生物和厭氧微生物的定義及其種類劃分、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能、自養(yǎng)微生物產(chǎn)ATP和產(chǎn)還原力的掌握情況進(jìn)行前測(cè)。本小節(jié)課程通過(guò)直接指定成績(jī)中下游的學(xué)生回答問(wèn)題，看學(xué)生對(duì)本小節(jié)課程內(nèi)容相關(guān)的前期學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況。如回答問(wèn)題不準(zhǔn)確，再讓成績(jī)中上游的學(xué)生補(bǔ)充回答問(wèn)題。從整體上判斷，哪些前期內(nèi)容需要在本節(jié)課程溫習(xí)以及需要補(bǔ)充講述的程度。最后通過(guò)PPT課件，進(jìn)行回顧補(bǔ)充，幫助學(xué)生鞏固前期所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，為本小節(jié)課程內(nèi)容的講述奠定基礎(chǔ)。

2.2.4 參與式學(xué)習(xí)（Participatory learning）

為了讓學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)本小節(jié)的課程內(nèi)容，可采用趣味性圖片、動(dòng)畫播放，講述微生物固氮類型、生物固氮6要素、測(cè)定固氮酶活力的乙炔還原法、固氮的生化途徑。針對(duì)好氧菌固氮酶避氧害機(jī)制的難點(diǎn)內(nèi)容，利用TPS法（Think-Pair-Share）進(jìn)行小組探討學(xué)習(xí)，提出固氮酶在有氧條件下，活性容易失活，需在嚴(yán)格的厭氧微環(huán)境中進(jìn)行，為什么還有多種好氧固氮微生物的存在，難道它們?cè)诠痰倪^(guò)程中不害怕氧氣的問(wèn)題，讓學(xué)生們先以小組的方式進(jìn)行討論和思考，隨后逐一讓每個(gè)小組的學(xué)生講述其原因所在。此外，為了增加課堂的趣味性和參與度，老師和代表學(xué)生對(duì)每個(gè)小組學(xué)生的問(wèn)題回答情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和打分，評(píng)選出優(yōu)秀回答小組。

2.2.5 后測(cè)（Post-assessment）

針對(duì)本節(jié)課程所設(shè)置的教學(xué)目標(biāo)，一是通過(guò)隨機(jī)選擇學(xué)生在課程回答問(wèn)題，包括固氮微生物種類及典型固氮微生物有哪些、固氮酶主要組分是什么及其生化途徑是什么。二是通過(guò)微信小程序設(shè)置選擇題，全面評(píng)估學(xué)生的掌握情況，明確重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生，作為下節(jié)課前測(cè)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，也作為平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)估的參考。另外，針對(duì)學(xué)生的測(cè)評(píng)情況，從教學(xué)深度、教學(xué)節(jié)奏、教學(xué)組織方式等方面調(diào)整課程教學(xué)設(shè)計(jì)，從而提高整體的教學(xué)效果。

2.2.6 總結(jié)（Summary）

留出部分時(shí)間讓學(xué)生通過(guò)思維導(dǎo)圖等直觀方式，回顧本節(jié)課程內(nèi)容，使知識(shí)在頭腦中網(wǎng)絡(luò)化和抽象化，讓學(xué)生對(duì)本小節(jié)課程內(nèi)容掌握得更為扎實(shí)。同時(shí)，教師也對(duì)本小節(jié)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)化學(xué)生們的知識(shí)掌握。

2.3 課后

針對(duì)本小節(jié)課程內(nèi)容，在本小節(jié)課堂教學(xué)結(jié)束時(shí)，布置的課后開放性問(wèn)題“為什么只有原核生物才有固氮能力，而真核生物不行？”旨在通過(guò)課后自主學(xué)習(xí)和探尋答案，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)認(rèn)知和學(xué)習(xí)深度，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和鉆研精神。

3 結(jié)語(yǔ)

利用科學(xué)有效的教學(xué)方法，才能提升青年教師的授課水平，提高課堂教學(xué)效果。本文BOPPPS教學(xué)模型可對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行“區(qū)間”化設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的課堂注意力。在此基礎(chǔ)上，將課前自主學(xué)習(xí)和課后深度學(xué)習(xí)教學(xué)整合到BOPPPS教學(xué)方法中，提出了“課前—課中—課后”一體化的BOPPPS擴(kuò)展教學(xué)模型。本文初步實(shí)踐了BOPPPS擴(kuò)展模型在課程教學(xué)中的應(yīng)用，旨在將該教學(xué)方法用于整門課程教學(xué)，提高青年教師的教學(xué)水平和課堂教學(xué)效果。