郝曉冉 郝俊冉 向本瓊 朱旭東 張 萍

（1 北京師范大學生命科學學院 北京 100875 2 北京市八一學校 北京 100080）

在生命科學迅猛發(fā)展的今天，微生物學是當代生命科學前沿中最具有活力和創(chuàng)造力的學科之一。微生物學作為生物學的重要分支學科，是現(xiàn)代高新生物技術的理論和技術基礎。微生物學實驗教學是高校微生物教學的重要組成部分，具有很強的實踐性和應用性，是教授學生基本實驗操作技能，培養(yǎng)學生科研規(guī)范和科學素養(yǎng)，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的重要教學環(huán)節(jié)，為學生今后獨立開展生命科學研究工作打好技術功底。但是傳統(tǒng)的微生物學實驗課程多開展經(jīng)典的基礎性實驗項目。學生主要通過預習實驗指導教材對實驗內(nèi)容進行初步了解，然后在教師課堂示范下，按照助教準備好的實驗材料做實驗，對實驗原理只是字面了解。這種模仿操作使學生難以將實驗原理與具體實驗操作結合，一旦脫離指導，無法獨立完成實驗。在進行本科生基礎科研創(chuàng)新項目時，學生無法將所學的理論知識應用到具體的問題分析上，顯得后勁不足。這種教學模式與現(xiàn)行的拔尖人才創(chuàng)新培養(yǎng)要求相去甚遠，教學效果差強人意。隨著信息技術的快速發(fā)展，微課作為一種新型教學模式，以短小、精煉、互動性強為特征［1］，順應碎片化移動閱讀的趨勢，為實驗課程教學改革提供了新的思路。各大高校也紛紛開展微課競賽和培訓，促進微課的建設和應用［2］。本文結合參加2018年全國高校生命科學類微課教學比賽的體會，以“紅豆杉內(nèi)生真菌的分離”微課為例（http：//weike.enetedu.com／play.asp？vodid=192644&e=30），探討實驗課類微課的設計思路及制作經(jīng)驗。

1 基于混合式學習的微課設計核心理念

北京師范大學《微生物學實驗》是一門專業(yè)必修課，共32 學時16 次課程，課程內(nèi)容包括基礎微生物學實驗和自主設計實驗2 個模塊?；A實驗模塊以基本的微生物學實驗操作為授課重點，通過教授微生物學的基本研究方法和實驗技術，使學生掌握規(guī)范的實驗操作步驟，能對實驗結果進行科學分析，并學會撰寫實驗報告。為了引導學生靈活運用所學的基本實驗技能解決問題，避免傳統(tǒng)的實驗教學過程中，學生對實驗操作的簡單模仿和重復，課程還設置了自主實驗模塊［3］。在該模塊，教師以一個具體問題為出發(fā)點，參考相似的經(jīng)典實驗項目，引導學生設計實驗。本模塊的教學目的是激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實際問題的能力，提高學生團隊協(xié)作和自主創(chuàng)新的能力。

在自主實驗模塊，采取混合式教學模式進行授課?；旌鲜浇虒W包含2 層含義：1）以建構主義學習理論為基礎，強調(diào)以學生的學習為中心，知識與能力的習得是學生在主動構建的過程中完成的；2）運用信息技術，實現(xiàn)“線上自主探究+線下協(xié)作研討”的有效融合［4-5］。以經(jīng)典實驗技術為出發(fā)點，拓展該項技術應用，精心設計制作出一種趣味化、情境化、可視化的教學資源包［6-7］，即微課。讓學生在完成相關經(jīng)典實驗技術基礎上，通過微課的微視頻自主學習和拓展，在課堂上教師再全程引導和幫助學生解決其學習中所遇到的問題，同時練習相關實驗操作，進而實現(xiàn)知識的內(nèi)化和吸收，達到“授人以漁”的目的。

2 “紅豆杉內(nèi)生真菌的分離”微課的設計思路

“紅豆杉內(nèi)生真菌的分離”是針對經(jīng)典實驗技術“土壤微生物的分離”增加的自主實驗項目。

2.1 教學設計

2.1.1 精選主題 作為自主實驗項目的微課制作，選題要基于教材，而且更要高于教材，是經(jīng)典項目的延伸，最好能與現(xiàn)實生活熱門話題相結合。易于吸引學生注意力，激發(fā)學生自主探究的欲望。因此，從“土壤微生物的分離”這一經(jīng)典實驗項目出發(fā)設計自主實驗項目，可結合環(huán)境污染分析大氣霧霾主要微生物類群，設計“空氣中微生物的分離”，也可結合水污染治理，設計“污水中微生物的分離”等。與空氣、污水等環(huán)境相比，植物和土壤差異最大，對比度比較大，同時考慮到筆者一直從事植物內(nèi)共生真菌次級代謝產(chǎn)物的研究，對相關背景更加了解，最終選擇“紅豆杉內(nèi)生真菌的分離”作為微課題目。該題目與植物內(nèi)共生微生物、真菌天然產(chǎn)物、抗癌藥物等多個知識點相互關聯(lián)，可為學生拓展介紹科學前沿信息，讓學生了解抗癌藥物藥價居高不下的原因，調(diào)動學生學習積極性，激發(fā)學生的求知欲，增強學生的社會責任感。

2.1.2 學情分析和重難點分解 北京師范大學《微生物學實驗》課程主要面向大學二年級學生開設。大二學生思維活躍學習能力強，能通過預習將教材知識點看懂，但舉一反三和實際分析材料的能力相對欠缺，對微生物學的認知也還處于初級階段，對一些微生物學相關現(xiàn)象還不能用科學準確的語言來解釋。這一階段是激發(fā)學生生物學研究興趣，打好基本功，培養(yǎng)規(guī)范的實驗操作習慣的重要階段。經(jīng)過前2 周的學習，學生對微生物學有了漸趨深入的認識。為檢驗經(jīng)典實驗項目“土壤微生物的分離”學習效果，本節(jié)內(nèi)容的教學以抗癌藥物生產(chǎn)為切入點，以問題導入，讓學生帶著問題聽課，引導學生主動思考，自己尋求答案，靈活運用所學，學會設計實驗。

微課教學重點包括：1）紅豆杉內(nèi)生真菌分離的研究意義；2）什么是植物內(nèi)共生真菌？3）如何設計實驗分離植物內(nèi)共生真菌？教學難點包括：1）理解植物內(nèi)共生真菌的特點；2）對照土壤微生物的分離引導學生設計實驗分離植物內(nèi)生真菌。

2.1.3 導入 通過列舉癌癥的危害及抗癌藥物使用現(xiàn)狀，結合圖片、數(shù)據(jù)比較紫杉醇生產(chǎn)方法，發(fā)現(xiàn)臨床一線抗癌藥物紫杉醇的工業(yè)生產(chǎn)方法缺陷，供需之間存在巨大的缺口，引出生長繁殖快、生產(chǎn)成本低、遺傳操作簡單的植物內(nèi)生真菌的分離對于解決紫杉醇供需矛盾的重要性，激發(fā)學生學習興趣。提出問題：如何從植物里分離內(nèi)生真菌？帶著該問題，導入本次實驗課程的主要內(nèi)容。

2.1.4 以分解問題為導向設計教學內(nèi)容 本節(jié)內(nèi)容屬《微生物實驗》課程中的自主實驗部分，為了與基礎實驗相區(qū)分，也為了給學生提供更多的思考空間，課程主要采取問題探究式教學方法，每一步都按照發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題引導學生循序漸進的深入探究（圖1）。將大問題分解為小問題，從未知中找已知，通過比較分析，設計解決問題的方案。在提出 “如何從植物中分離微生物”之后，引導學生回憶土壤微生物分離的方法步驟，歸納總結環(huán)境微生物分離基本步驟。提出第2個問題：針對植物內(nèi)生真菌有什么特殊要求？將本實驗相關實驗原理，例如：植物內(nèi)生真菌的特點、生長條件、生長方式等，融入分析問題的過程中，總結植物內(nèi)生真菌的分離步驟，通過對實驗流程的完整講解并播放操作視頻，使學生明確操作過程。在講課過程中，采用歸納總結、結合圖片、動畫、視頻等，使教學內(nèi)容形象、生動，易于理解。

圖1 教學設計思路

2.1.5 實驗結果分析總結 不同于理論類課程，實驗類課程需要給出學生一個陽性的實驗結果或者評價標準，這樣學生有參照、有對比，才能知道實驗是否成功。在本微課制作過程中，針對每一步實驗操作，相應的實驗結果都以圖片形式呈現(xiàn)給學生，引導學生對實驗結果進行討論。

2.1.6 布置作業(yè)，評價教學效果 完整的微課設計包括教學效果評價，通過布置課后作業(yè)檢測學生學習效果：1）如何保證分離到的是真菌而非細菌？2）為什么將樹枝段接種于2%水瓊脂培養(yǎng)基上，而非營養(yǎng)豐富的PDA 培養(yǎng)基？3）試設計實驗分離植物內(nèi)共生細菌。鞏固所學的同時，深入探索相關原理知識。

2.2 視頻的設計制作

2.2.1 課件的制作 本微課的理論部分包括實驗背景、實驗設計、實驗步驟、實驗準備、實驗結果與分析等內(nèi)容，通過教師講解課件內(nèi)容完成。課件的制作至關重要，既要具有知識性，又要符合學生學習的認知規(guī)律，還要有一定的趣味性，充分調(diào)動學生的學習積極性。首先梳理課件的邏輯脈絡和重、難點，然后收集相關素材，例如圖片和動畫，并根據(jù)邏輯順序進行排版。每張幻燈片僅展示相關知識點的關鍵詞或流程圖，所有字體、字號、行距和標題等統(tǒng)一格式。對于微觀的抽象的知識點，例如背景知識講解植物內(nèi)生微生物時，除了提供最新科研進展數(shù)據(jù)和實驗圖片佐證，在后續(xù)的實驗設計過程中，還精心設計動畫素材幫助學生理解。伴隨教師講解，播放動畫顯示每一步實驗操作產(chǎn)生的實驗結果（圖2）。并播放真實規(guī)范的實驗操作流程，進一步加深學生的印象。

圖2 動畫展示實驗設計思路

2.2.2 視頻的錄制 本微課視頻的錄制委托高等教育出版社錄制，包括2 部分內(nèi)容，即教師理論講解和實驗操作。在理論講解錄制過程中，微課腳本經(jīng)過專業(yè)編輯和教師的反復檢查和修改完成，力求用詞嚴謹、準確、規(guī)范；教師的講解應清晰準確、抑揚頓挫、張弛有度，易于帶動學生情緒；在提問題時，應留給學生思考的時間。實驗操作的視頻錄制準備相對繁瑣，流程如下：1）準備實驗腳本，列出每個實驗的實驗步驟、實驗場景、實驗材料；2）按照實驗場景進行分類；3）和導演對腳本；4）按照實驗場景集中錄制；5）視頻剪輯；6）編寫配音文字；7）配音文字校對；8）配音；9）利用視頻剪輯軟件將視頻加上配音并配以字幕。需要注意每段視頻的錄制至少需要3 個鏡頭，強調(diào)關鍵操作時需要采用局部微距鏡頭，給學生呈現(xiàn)放大的操作動作；實驗操作和用詞一定要規(guī)范。

3 微課的設計體會和反思

《微生物學實驗》課程以往注重操作，學生對實驗原理的理解大部分還停留在記憶層面，對每一步操作的實驗原理及可能應用到的方面沒有真正的理解和掌握。“紅豆杉內(nèi)生真菌的分離”嘗試應用微課這種新型教學模式進行混合式教學，學生通過線上學習和觀看教學視頻，能提前了解整個實驗的背景、流程和應用，更為重要的是引導學生由淺入深、循序漸進地從問題出發(fā)，以思維導圖的方式，將大問題分解成小問題，將未知變?yōu)橐阎?，借助已學實驗技術，通過比較分析，優(yōu)化實驗步驟，最終獲得完整的實驗思路。由于微課視頻的趣味性、凝練性和可反復觀看等特點，學生課堂學習的時間極大縮短，留下更多的課堂討論時間，取得良好的教學效果。

在微課制作過程中，筆者有如下反思：實驗課的教學目標是提高學生解決問題的能力，包括科研創(chuàng)新思維能力和實驗操作成功率2 個方面。因此，區(qū)別于理論類微課的制作，實驗類微課分為二大類群，一類是實驗技術發(fā)展歷史、實驗原理、實驗技術應用等理論內(nèi)容的介紹；另一類是具體的實驗操作步驟或流程的展示。這就需要有不同的側重點。教學設計最為關鍵，需要考慮為什么教／學，教／學什么，如何教/學，效果如何評價，對應于目標，選擇方式方法。教學內(nèi)容需要與目標相搭配，并體現(xiàn)一定的難度和深度［8］。但是都必須基于問題出發(fā)，從學生出發(fā)，符合學生的認知規(guī)律。單獨一節(jié)微課的力量是薄弱的，只有教學團隊協(xié)同合作將各知識點巧妙設計成一系列微課，以點見面，形成完整的知識體系，才能更好地體現(xiàn)實驗類課程混合式教學的優(yōu)勢，培養(yǎng)出滿足社會發(fā)展需求的高素質的科研創(chuàng)新人才。