“微生物發(fā)酵生理學(xué)”教學(xué)改革初探

王書寧 盛多紅 張懷強

[摘 要] 為促進(jìn)“微生物發(fā)酵生理學(xué)”教學(xué)中理論與實踐相結(jié)合，加強學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，進(jìn)行了基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂在該門課教學(xué)中的實踐探索，建設(shè)了包含微課等資源的線上學(xué)習(xí)課程網(wǎng)站，結(jié)合線上學(xué)習(xí)，采用課堂主題討論和展示等研究型翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式，摒棄了閉卷考試，改革了考核方式，取得了較好的教學(xué)效果。該教學(xué)改革嘗試為進(jìn)一步完善教學(xué)設(shè)計和教學(xué)形式提供了有益的探索。

[關(guān)鍵詞] 微課;翻轉(zhuǎn)課堂;微生物發(fā)酵生理學(xué)

[基金項目] 2019年度山東大學(xué)本科教學(xué)改革研究項目“基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂在‘微生物（發(fā)酵）生理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探索”

（2019Y203）

[作者簡介] 王書寧（1976—），男，山西平遙人，博士，山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授，主要從事微生物生理代謝的研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）17-0058-04? ? [收稿日期] 2020-10-26

隨著數(shù)字技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的快速普及，微課與翻轉(zhuǎn)課堂等基于新媒體的教學(xué)資源和教學(xué)模式在高等教育領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。微課因可以隨時隨地進(jìn)行信息獲得和自主學(xué)習(xí)得到了學(xué)生們的強烈呼應(yīng)，而翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為主體開展教學(xué)和討論，學(xué)生參與率高、積極性強，改善了教學(xué)效果。然而，這些新的技術(shù)潮流和教學(xué)模式在國內(nèi)微生物學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)代研究型和啟發(fā)式等教學(xué)方法還有待于深入實施和接受更多的實踐檢驗[1，2]。為了深層次地在教學(xué)中實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”“以學(xué)為中心”和“以發(fā)展需求為中心”的理念，新時代的微生物學(xué)科相關(guān)專業(yè)課的教學(xué)改革應(yīng)大力推廣這些新教學(xué)模式，為我國的高等教育積累經(jīng)驗[3-5]。

一、山東大學(xué)微生物學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

微生物學(xué)是山東大學(xué)14個二級國家重點學(xué)科之一，依托生命科學(xué)學(xué)院的本科教育和微生物技術(shù)國家重點實驗室的研究生教育和科學(xué)研究，擁有碩士和博士學(xué)位授權(quán)點，并建有生物學(xué)一級學(xué)科博士后流動站，在國際上有較好的聲譽和影響力。然而，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和教學(xué)模式的不斷更新，我校微生物學(xué)的發(fā)展存在一些不足，在2017年教育部的學(xué)科評估中一級學(xué)科生物學(xué)被評為B+，未能入選教育部“雙一流”學(xué)科建設(shè)名單，所以迫切需要加強學(xué)科建設(shè)。這不僅有待于我們科研水平的提高，從長遠(yuǎn)看更需要提高我們的生物學(xué)科的教學(xué)水平，以培養(yǎng)一流的本科生，為我國生命學(xué)科的發(fā)展和生物技術(shù)的研發(fā)儲備一流人才。

我校的微生物學(xué)科是傳統(tǒng)的優(yōu)勢學(xué)科之一，其中“微生物發(fā)酵生理學(xué)”將微生物生理學(xué)知識與工業(yè)發(fā)酵實際應(yīng)用相聯(lián)系，是山東大學(xué)培養(yǎng)微生物應(yīng)用技術(shù)人才的基礎(chǔ)課程之一。第一，“微生物發(fā)酵生理學(xué)”的教學(xué)方法仍沿用傳統(tǒng)課堂講授方式，教學(xué)中老師為主角，師生交流互動偏少，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)。隨著社會的發(fā)展和觀念的變遷，尤其是當(dāng)前大學(xué)生崇尚個性，追求積極主動的學(xué)習(xí)方式，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代大學(xué)生尤其是已有一定專業(yè)理論基礎(chǔ)的高年級學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，亟待變革。第二，微生物學(xué)科屬于實驗性學(xué)科，需要加強理論和實踐的結(jié)合，而目前課堂教學(xué)對實驗實踐和生產(chǎn)實踐的重視程度還不夠，與實踐體驗結(jié)合不緊密，造成學(xué)生對基礎(chǔ)理論理解不深、不會靈活應(yīng)用，影響了教學(xué)效果。第三，當(dāng)今微生物學(xué)的新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但因課時不足、交叉學(xué)科背景知識限制、師生交流有限等原因，不能及時介紹給學(xué)生。第四，當(dāng)今社會發(fā)展對生命學(xué)科和生物技術(shù)人才有了更高的要求，對微生物學(xué)科的教學(xué)提出了更高的要求，學(xué)生應(yīng)具有更強的研究、實踐和創(chuàng)新能力。因此，進(jìn)行“微生物發(fā)酵生理學(xué)”的教學(xué)模式探索，改進(jìn)教學(xué)方法，是培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實、實驗技術(shù)過硬、綜合分析能力強以及具有交叉學(xué)科知識背景人才的必由之路。

二、“微生物發(fā)酵生理學(xué)”教學(xué)存在的問題

“微生物發(fā)酵生理學(xué)”是生命科學(xué)基地班、生物技術(shù)專業(yè)和生物科學(xué)專業(yè)微生物發(fā)酵相關(guān)方向的專業(yè)必修課，開設(shè)在大學(xué)三年級上學(xué)期，所講授的內(nèi)容綜合性和實踐性比較強。在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的教學(xué)方式有諸多問題和弊病，導(dǎo)致不能因材施教，學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)潛力無法激發(fā)出來，不能滿足當(dāng)前社會對人才培養(yǎng)的需求。

分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)這門課的學(xué)生主要有以下特點：一是學(xué)生自學(xué)能力強，活潑上進(jìn)，90%以上的學(xué)生希望攻讀研究生，并立志將來從事生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā);二是已經(jīng)完成了“微生物學(xué)”和“生物化學(xué)”等課程的學(xué)習(xí)，具有較好的專業(yè)知識基礎(chǔ)，對進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)尤其是研究型學(xué)習(xí)有強烈的愿望;三是學(xué)生迫切希望早日進(jìn)入課題研究學(xué)習(xí)階段，有60%以上的學(xué)生已經(jīng)進(jìn)入微生物技術(shù)國家重點實驗室或生命科學(xué)學(xué)院的科研實驗室進(jìn)行實習(xí)，甚至部分已經(jīng)參與了課題研究，有了一定的實驗室學(xué)習(xí)經(jīng)歷。

相對于學(xué)生們對于理論與實踐相結(jié)合的研究型學(xué)習(xí)的強烈需求，但現(xiàn)有的“微生物發(fā)酵生理學(xué)”課程有以下不足：一是教材陳舊，所描述的技術(shù)多為傳統(tǒng)的發(fā)酵和生理相關(guān)的技術(shù)，缺乏現(xiàn)今分子生物學(xué)、組學(xué)、代謝工程以及合成生物學(xué)等新內(nèi)容和新技術(shù);二是教材內(nèi)容偏簡單，且與之前學(xué)過的“微生物學(xué)”部分內(nèi)容有重復(fù)，無法滿足優(yōu)秀學(xué)子的求知需求;三是教師講義雖不斷更新相關(guān)內(nèi)容，但因課時所限，無法把最新內(nèi)容一一在課堂上進(jìn)行介紹，需要調(diào)整教學(xué)內(nèi)容并引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)。

考慮到學(xué)生扎實的專業(yè)基礎(chǔ)理論背景、強烈的求知欲以及當(dāng)前教學(xué)方式和內(nèi)容落后等實際情況，迫切需要對教學(xué)方式進(jìn)行改革。在這里，我們結(jié)合“微生物發(fā)酵生理學(xué)”的實際情況，利用現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、教學(xué)新理念，采用微課與翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)資源與模式，積極開展線上學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)相結(jié)合的方式，“以學(xué)生為中心”，以學(xué)生主動學(xué)習(xí)為主，積極探索適合現(xiàn)代微生物學(xué)科教學(xué)的新模式，積累教改經(jīng)驗。

三、微課與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)實踐

1.建設(shè)“微生物發(fā)酵生理學(xué)”課程網(wǎng)站，將其作為線上學(xué)習(xí)資源平臺，以適應(yīng)微課+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。本課程除了主講老師對微生物發(fā)酵的代謝、產(chǎn)能、發(fā)酵類型、途徑和調(diào)控等關(guān)鍵知識點的講授，還要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂、科研實驗室參觀和課堂研討活動，而課時僅有32學(xué)時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)需求。然而，一些內(nèi)容關(guān)系到微生物發(fā)酵生理理論的系統(tǒng)性和完整性，需要重點加深講解，否則會影響學(xué)生對整個知識體系的掌握，所以我們根據(jù)本課程的教學(xué)大綱凝煉出必須掌握的知識點，并據(jù)此設(shè)計和錄制了相應(yīng)的微課，安排學(xué)生在課前和課后觀看微課視頻，通過預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)達(dá)到對本課程基本理論的掌握。我校本科生院很早就注重線上課程資源的建設(shè)，在本科生院網(wǎng)站建設(shè)了線上學(xué)習(xí)平臺，在該平臺中專門建設(shè)有山東大學(xué)課程中心，我們依托課程中心建設(shè)了“發(fā)酵生理學(xué)”課程網(wǎng)站。在該網(wǎng)站中我們建立了包含有本課程的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、授課視頻、課件和拓展學(xué)習(xí)資料等模塊，該網(wǎng)站獲2015年度山東大學(xué)課程中心優(yōu)秀課程網(wǎng)站。主講老師也因主講該門課獲得山東大學(xué)2015—2016學(xué)年青年教師課堂教學(xué)比賽二等獎，并獲得山東大學(xué)第八屆“青年教學(xué)能手”稱號。2018年我們根據(jù)本課程必須掌握的知識點精心設(shè)計和錄制了28個微課視頻，并將其上傳到本課程的網(wǎng)站，依托我校校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，開放給學(xué)生供他們自主學(xué)習(xí)，成為學(xué)生們方便快捷的線上學(xué)習(xí)資源。此外，根據(jù)微課設(shè)計，我們在每個知識點配設(shè)供學(xué)生自測和思考的問答題目，讓學(xué)生自己判斷對基礎(chǔ)理論的掌握情況，進(jìn)而查漏補缺進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并列出了學(xué)習(xí)中經(jīng)常遇到的問題，對其進(jìn)行相應(yīng)的解析。我們還在課程網(wǎng)站建設(shè)了知識拓展模塊，引入了一些發(fā)酵案例、應(yīng)用研究成果、前沿研究熱點、課程相關(guān)的國內(nèi)外網(wǎng)站、科學(xué)期刊鏈接等拓展資料，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。最后，我們還在課程網(wǎng)站建設(shè)了互動模塊，為學(xué)生之間以及師生之間提供交流平臺，針對每次課程的內(nèi)容提出進(jìn)一步需要思考和討論的話題，引導(dǎo)學(xué)生自我思考，學(xué)生也可以借此模塊提出自己的疑問或者分享自己的心得體會，以達(dá)到互相學(xué)習(xí)、互助共享的目的。

2.“以學(xué)生為中心”，結(jié)合知識點以主題討論和案例分析為載體，設(shè)計研究型翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，加強基礎(chǔ)理論和實驗實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式。我們根據(jù)本課程必須掌握的知識點設(shè)計了一系列研究主題，如碳源利用中存在的葡萄糖效應(yīng)、二次生長和碳代謝物阻遏等問題的原理、涉及的調(diào)控機制以及菌種改造和應(yīng)用等，從不同角度提出問題，讓學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)、總結(jié)分析，然后在課堂上進(jìn)行討論和辯論，從而達(dá)到獨立思考、分析判斷和互相學(xué)習(xí)的目的，且能夠促進(jìn)對相關(guān)知識點的深入理解;我們還設(shè)計了綜合性的實踐應(yīng)用案例，包括已有的成功案例和任務(wù)設(shè)計，如琥珀酸發(fā)酵、丁醇發(fā)酵、腸道微生物的生理代謝以及相應(yīng)的發(fā)酵調(diào)控和菌種改造方案等，讓學(xué)生自己準(zhǔn)備課件，按照學(xué)術(shù)演講的要求在規(guī)定時間內(nèi)完成課堂展示，并開展課堂討論，讓聽眾提問、演講者解答，以此鍛煉學(xué)生實驗方案設(shè)計、分析總結(jié)、理論結(jié)合實踐、學(xué)術(shù)展示和表達(dá)等綜合能力;在討論中以學(xué)生為中心，主講老師為輔助，老師承擔(dān)引導(dǎo)、啟發(fā)、概念和思路糾正以及概括總結(jié)的角色，同時對學(xué)生的演講進(jìn)行點評，鼓勵學(xué)生為演講者提出改進(jìn)建議。此外，以微生物技術(shù)國家重點實驗室和生命科學(xué)學(xué)院雄厚的科研條件和人才優(yōu)勢為依托，鼓勵和幫助學(xué)生進(jìn)入實驗室參與科研活動，結(jié)合本課程的教學(xué)內(nèi)容，在課堂上設(shè)立專門環(huán)節(jié)，讓學(xué)生介紹自己參與的課題內(nèi)容和實驗結(jié)果，介紹自己的實驗體會和心得，建立理論實踐緊密結(jié)合、知識共享和互相學(xué)習(xí)的氛圍。我們還根據(jù)課堂教學(xué)涉及的發(fā)酵研究技術(shù)等內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生到微生物技術(shù)國家重點實驗室的“發(fā)酵研究平臺”“蛋白和核酸平臺”和“化學(xué)分析平臺”等觀摩學(xué)習(xí)微生物發(fā)酵的相關(guān)設(shè)備、接種培養(yǎng)、在線檢測和分離提取等過程，學(xué)習(xí)了酶學(xué)和核酸研究相關(guān)的蛋白純化、電泳、酶反應(yīng)動力學(xué)測定、核酸檢測、轉(zhuǎn)錄分析和大分子相互作用等涉及的設(shè)備、工作原理和應(yīng)用，以及發(fā)酵產(chǎn)物檢測鑒定涉及的液相色譜、氣相色譜和質(zhì)譜等技術(shù)和設(shè)備，通過參觀實物、技術(shù)講解和操作演示加深了學(xué)生們對相關(guān)技術(shù)的理解和掌握。另外，鼓勵學(xué)生們將自己學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的科學(xué)問題進(jìn)行實驗探究，為他們提供或聯(lián)系實驗場地、實驗材料和儀器設(shè)備，并給予適當(dāng)指導(dǎo)，鼓勵他們申報校級或國家級的大學(xué)生科創(chuàng)項目，或參加大學(xué)生生物實驗競賽等活動，將課堂教學(xué)向外進(jìn)行延伸，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)前沿探索和研究實踐，培養(yǎng)他們的科研興趣和創(chuàng)新能力。近年來，已有多名學(xué)生在主講老師實驗室開展了大學(xué)生科創(chuàng)項目的研究，參加了山東省大學(xué)生生物實驗競賽，取得了較好的成績。

通過上述研究型翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式，依托微生物技術(shù)國家重點實驗室和山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院雄厚的科研平臺，建立微生物學(xué)基礎(chǔ)理論和實驗實踐相結(jié)合的課堂討論和研究型學(xué)習(xí)模式。借此方式讓學(xué)生意識到自己的不足，形成了互相學(xué)習(xí)和主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

3.改革考試方法，加強教學(xué)過程考核。傳統(tǒng)筆試閉卷考核方法有諸多缺點，比如考查基礎(chǔ)理論多，學(xué)生經(jīng)常以記憶為主，甚至一些學(xué)生只在期末考試前進(jìn)行突擊背誦來應(yīng)對考試，難以達(dá)到理想的教學(xué)效果，不能體現(xiàn)對知識的深入理解和靈活應(yīng)用，無法突出學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。因此，我們摒棄了這種傳統(tǒng)的考核方法，建立了新的考試方式，主要根據(jù)以下幾項進(jìn)行綜合評價：課程網(wǎng)站測試題目的完成情況、隨堂測試、課堂討論表現(xiàn)、課堂展示情況、課程小論文等。其中前兩項主要起督促作用，以基礎(chǔ)知識點的掌握為主，占總成績20%;中間兩項為主要考核環(huán)節(jié)，主要考查學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、學(xué)術(shù)展示、知識點掌握及靈活應(yīng)用能力、分析判斷和創(chuàng)新發(fā)展能力，占總成績60%;課程論文考查學(xué)生的專業(yè)學(xué)術(shù)寫作和分析總結(jié)能力，占總成績20%。通過這種考試改革，加強教學(xué)過程考核，以考核能力為主，達(dá)到督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)、增加學(xué)習(xí)強度和提升學(xué)生專業(yè)水平和能力的目的。該考核方式增加了隨堂測試，作為指揮棒引導(dǎo)學(xué)生平時學(xué)習(xí)時不能忽略對課程基本理論的系統(tǒng)掌握。

經(jīng)過兩屆學(xué)生的嘗試，我們對本課程教學(xué)方式的改革嘗試進(jìn)行了調(diào)查問卷和成績分析，以此來評價教學(xué)效果。調(diào)查問卷顯示，98.8%的同學(xué)對新的教學(xué)方式和考核方式表達(dá)了歡迎和喜愛，給出了好評，希望在以后的教學(xué)中堅持這種改革，同時學(xué)生們認(rèn)為加強教學(xué)過程中的考核改革有助于督促學(xué)生平時的學(xué)習(xí)和思考，促進(jìn)了他們系統(tǒng)且扎實地掌握本課程的相關(guān)理論和技術(shù)。同時教學(xué)過程也顯示出了新教學(xué)方式良好的教學(xué)效果，具體表現(xiàn)為：一是學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性增強，課堂討論參與度更高;二是課程討論引起大家積極辯論，學(xué)

生能從不同的角度分析問題，討論引發(fā)了學(xué)生深層次的思考;三是學(xué)生分析問題和總結(jié)能力得到了提升;四是學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研和閱讀能力尤其是英文文獻(xiàn)能力得以提升;五是通過文獻(xiàn)閱讀和互相學(xué)習(xí)，學(xué)生的知識面得到了更多拓展;六是學(xué)生的學(xué)術(shù)報告和展示能力得到了鍛煉;七是通過觀摩和參與實驗項目，學(xué)生對科研和實踐有了更深刻的認(rèn)識和體會;八是從深層次激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與科研興趣。

此外，學(xué)生在調(diào)查問卷中也反饋了一些有價值的建議：一是考核成績的評定標(biāo)準(zhǔn)需要更加細(xì)

化，成績需要重點體現(xiàn)出能力差異;二是基本概念、基本理論的系統(tǒng)性需要加強，希望老師在課堂教學(xué)中重視理論框架的構(gòu)建;三是討論話題的設(shè)置需要增加最新的前沿進(jìn)展，涉及范圍更廣泛些;四是對課程展示的方式、題目的選擇等方面需要老師更多的指導(dǎo)，希望主講老師對課堂展示進(jìn)行更多更深刻的點評等。這給我們的教學(xué)設(shè)計提供了更多寶貴的改進(jìn)建議，同時對教學(xué)設(shè)計也提出了更高的要求。

四、總結(jié)

本教改試驗進(jìn)行了基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂在“微生物發(fā)酵生理學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用探索，獲得了較好的教學(xué)效果，受到了學(xué)生們的普遍歡迎，為進(jìn)一步的改革應(yīng)用提供了有益的經(jīng)驗和參考。同時在實踐中我們也發(fā)現(xiàn)該教學(xué)方式對課程設(shè)計和考核等方面提出了更高的要求，在今后的教學(xué)中需要著重細(xì)化和改進(jìn)這些細(xì)節(jié)，讓新的教學(xué)改革更加科學(xué)合理，以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情和科研興趣，提高教學(xué)效果。

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Preliminary Study on the Teaching Reform of Microbial Fermentation Physiology： The Application of Flipped Classroom Based on Micro-Lectures

WANG Shu-ning， SHENG Duo-hong， ZHANG Huai-qiang

（School of Life Science， Shandong University， State Key Lab of Microbial Technology， Qingdao， Shandong 266237， China）

Abstract： In order to enhance the combination of the theory with practice and to strengthen the principal position of students in learning the course of Microbial Fermentation Physiology， we conducted a preliminary practical exploration of the flipped classroom teaching method based on micro-lectures. We built up an online learning course website containing micro-lectures and other supporting materials. Combined with online teaching， the teaching methods of topic discussion and presentation were introduced into the class. In addition， the new examination method was designed， which discarded the traditional way of closed-book exam. The reform has improved the teaching effect and obtained positive results. This teaching reform attempt provides a beneficial exploration to further improve the teaching design and teaching form.

Key words： micro-lecture; flipped classroom; Microbial Fermentation Physiology