新农科背景下的实验教学“四引导三拓展”改革探索——以微生物学实验教学实践为例.pdf
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1、新农科背景下的实验教学“四引导三拓展”改革探索以微生物学实验教学实践为例魏蜜(),姜晓谦,谭金芳()中山大学农学院,深圳,518107摘 要:在新农科建设背景下,探索如何培养适应未来发展的新农科高素质人才是高等农林教育的重要课题。中山大学农学院以微生物学实验教学为例,提出了“四引导三拓展”创新实验教学体系从思政引导、基础引导、前沿引导、创新引导四个层次加强课程思政建设和多学科交叉能力培养,引导学生全面发展,并从理念拓展、内容拓展、方法拓展三个维度提升教学成效。实践表明,这种创新实验教学体系可全方位、多层次提升学生的思政修养、专业水平与创新能力,且具有良好的可操作性,可推广至其他相关实验课程教学
2、,为新农科背景下的实验教学与高素质人才培养提供有益启示。关键词:新农科,微生物学实验,四引导三拓展,教学改革“Four Guidance and Three Expansion”Reform and Exploration in Experimental Teaching Under the Background of New AgricultureTaking Microbiology Experiment Teaching as an ExampleWEI Mi(),JIANG Xiao-qian,TAN Jin-fang()School of Agriculture,Sun Yat-se
3、n University,Shenzhen 518107,China高校生物学教学研究(电子版)2023 年 4 月,13(2):47-52ISSN 2095-1574 CN 11-9307/R DOI 10.3868/j.issn.2095-1574.2023.02.012专题实践教学收稿日期:2022-07-29;修回日期:2023-05-16基金项目:2021 年广东省本科高校教学质量与教学改革工程建设项目(粤教高函202129 号);2023 年中山大学校级本科教学质量工程项目(77000-12220011)通讯作者:魏蜜,E-mail:;谭金芳,E-mail:作为农林教育体系的专业必
4、修课程之一,微生物学实验在农林人才培养中发挥着重要作用1。与传统农学不同,新农科具有显著的学科交叉和新技术融合特征,给微生物学实验教学提出了新的挑战和要求2。本文以中山大学农学院微生物学实验教学为例,论述新农科背景下如何开展微生物学实验教学,阐述了“四引导三拓展”创新实验教学体系,为微生物学实验教学与人才培养提供新的思路。1“四引导”培养学生全面发展“四引导”是一种以学生为主体、教师起引导作用的创新实验教学策略,其内涵分别为思政引导、基础引导、前沿引导和创新引导,代表着微生物学实验教学的四个不同层次,这四个层次环环相扣、层层递进(图 1)。其中思政引导体现立德树人的根本任务,是教师引导作用中最
5、核心的部分;基础引生物(23年4月刊)-正文.indd 472023-6-12 15:21:3948 魏蜜等:新农科背景下的实验教学“四引导三拓展”改革探索以微生物学实验教学实践为例导主要表现为对基本概念、原理与实验技能的掌握,强调夯实基础;教师结合学科发展前沿,在教学中引导学生了解相关领域的最新研究进展和发展方向,开拓学术视野,此为前沿引导;针对前沿热点话题,尤其是尚未解决的重要科学问题,鼓励学生大胆提出自己的设想,并引导其设计实验研究方案进行验证,培养学生的创新意识和解决问题的能力,即为创新引导。“四引导”相辅相成、缺一不可,共同服务于新农科人才培养。1.1 思政引导教育部印发的高等学校课
6、程思政建设指导纲要(教高20203 号)对农学类专业课程的思政教育提出了明确的要求和建议。如何在微生物学实验教学中对学生进行思政引导,实现育人目标,是本课程的重要教学任务之一。结合本课程的教学内容和学习特点,可从以下 4 个方面开展思政引导:(1)心怀祖国的赤子情怀。通过讲述我国微生物学先驱们放弃原本可以在国外享有的优越条件,毅然选择为一穷二白的祖国和苦难深重的同胞艰苦创业、攻坚克难,奉献自己的青春热血和聪明才智的英雄事迹,厚植学生为中华民族伟大复兴而努力学习的远大抱负与家国情怀。例如在世界上率先发现沙眼衣原体、被誉为我国疫苗之父的汤飞凡,开创我国临床细菌学和临床真菌学的林宗扬,在我国最早系统
7、研究青霉和曲霉菌分类的施有光等。通过介绍这些科学家的卓越功绩和奉献精神,增强微生物实验教学课堂的感染力,激发学生的学习热情。(2)服务“三农”的责任意识。在微生物学实验教学中,把科教兴农作为教学的一项重要任务,通过设计实地实验任务、参加农林类创新创业竞赛等方式,把知农爱农兴农教育落到实处,帮助学生全面了解农业、农村、农民的相关政策,以沉浸式教育方式引导学生从内心深处走进农村、关心农业,增强服务“三农”的使命感和荣誉感。(3)实事求是的科学精神。部分学生为了获得高分成绩,往往追求“标准答案”或“漂亮结果”,甚至可能会罔顾实验事实,这是严重的科学精神缺失的体现。教师要优化评价标准,强调尊重实验事实
8、,引导学生就实验现象和实验结果进行深入分析与讨论,培养学生实事求是的科学精神。(4)理性客观的思辨精神。通过讲述历史上典型的具有思辨和怀疑精神的科学家的事迹,引导学生运用所学知识客观分析,科学判断,敢于质疑。例如,法国化学家 Louis Pasteur 敢于质疑以法国博物学家、巴黎科学院通讯院士 Felix Pouchet 为代表的“自然发生说”,用经典的“曲颈瓶实验”证实了空气中确实含有微生物,否定了自然发生说倡导的“生命来源于非生命的物质”,并最终建立了病原学说,成为微生物学发展的奠基人。同时,可从日常生产生活中寻找素材,例如针对时下流行的“可调控肠道菌群”的减肥餐、代餐,组织学生对此展开
9、讨论,分析这些产品是否真有其所宣称的效果,是否具有科学依据。1.2 基础引导基础引导主要体现在课堂上对重要基础知识和基本实验技能的讲解和示范,根据实验教学内容的特点,可针对性采取启发式、探究式、归纳式、情景式、合作学习等教学策略4-5。例如,在开展微生物的生理生化鉴定实验中,可采用启发式教学策略,启发学生通过实验设置巧妙地避免实验操作带图 1“四引导”的基本含义生物(23年4月刊)-正文.indd 482023-6-12 15:21:39魏蜜等:新农科背景下的实验教学“四引导三拓展”改革探索以微生物学实验教学实践为例 49来的误判,并充分分析实验操作要点,从而引导学生形成注重细节、规范操作的良
10、好实验习惯。在开展环境因素对食品相关微生物生长发育的影响实验时,可采用探究式策略,引导学生通过观察紫外线、渗透压、化学消毒剂等环境条件对供试微生物的生长发育的影响差异,总结环境因素影响微生物生长发育的规律及内在机制。而在观察微生物显微形态时,可采用归纳式策略,引导学生区分细菌、放线菌、酵母、霉菌和伞菌的细胞形态和大小,总结原核和真核微生物细胞的一般结构与特殊结构的特性及功能。同时,新农科强调多学科交叉融合,在基础引导中,还应适当将计算机科学与技术、机械工程、人工智能等学科的基本方法与微生物学相融合,打造多学科交叉微生物学实验课程。1.3 前沿引导微生物学实验技术正在向自动化、智能化和集成化方向
11、发展。教师应当与时俱进,引导学生掌握最新的实验技术,使用最新的实验设备,使其能够适应当前科研和社会生产的需求。例如,微生物基因组测序在微生物分类、微生物的结构与功能、理解生命的发生与发展中具有重要意义,这种新型测序方法可以对大量的遗传信息进行高效、快速地检测和分析6。又如,基于高通量测序技术,研究人员绘制了“全球空气微生物分布图”,不仅为相关物种如何与地表环境进行相互作用以及它们未来可能产生的变化提供新的见解,更为未来的公共卫生研究提供了宝贵的资源7。同时,引导学生认识到知识和技术在不断更新,没有绝对的真理,例如提出问题:“不可培养”微生物是不是真的不可培养?激励学生大胆设想、仔细求证,努力创
12、造新的知识和技术。环境微生物学家在 2020 年发现了以金属锰为食的细菌,并将其作为热量来源,这种通过代谢金属产生能量的现象给现有关于生命进化方式的认知体系带来了冲击8。此外,我国学者揭示了植物相关微生物促进广陈皮活性成分单萜合成和积累的生物学机制,为中药材道地性评价提供了全新思路9。1.4 创新引导在引导学生了解学科和技术发展前沿的基础上,教师要鼓励学生针对目前尚未解决的科学问题或技术瓶颈,大胆提出自己的解决思路,并开放实验室供学生进行探索,教师对学生的研究方案和研究过程给予指导。这种源于课堂而高于课堂的创新引导,不仅有助于学生进一步加深对基础知识和前沿领域的认识,而且极大地锻炼了学生的创新
13、思维和动手能力,提高了学生的学习热情,全面提升了学生的综合素质。例如,在探究环境因素对微生物生长代谢影响的实验中,教师提出当前很多功能微生物菌剂存在稳定性差的问题,引导学生分析内在原因,并思考可能的解决路径。有学生提出开展功能微生物群落在不同土壤类型中的适应性研究,并以此课题申请了大学生创新创业项目,在教师的指导下,该学生团队研究了黄壤、红壤、黑壤三种不同土壤条件对功能微生物功能发挥的影响及内在原因。2“三拓展”提升教学成效2.1 以学生为主体,促进全面发展的教学理念传统的教学理念强调由教师主导课堂并传授知识,忽视了学生的主动性,针对传统教学理念的弊端,从以下两个方面进行了拓展:摒弃了“教师负
14、责教,学生只管学”的传统教学理念,拓展为学生为主体、教师为引导的教学理念。在这种新的教学理念中,首先突出了学生的主体地位。在实验教学中,学生是进行实验设计、实验操作、发现问题、思考问题、解决问题、分析总结实验的主体。同时注重调动学生的主动性,激发他们的探索精神,让其从被动地接受知识、接受训练转变为主动地寻求知识、实践知识,实现高质量人才培养。同时,教师的引导作用也至关重要,教师的指导方式将直接影响学生主体作用的发挥和学生培养质量10-11。摒弃了“只管传授知识,忽略思想育人”的传统教学理念,拓展为“专业能力与思政育人并重,引导全面发展”的教学理念12-13。通过教师的引导作用,实现从传授专业知
15、识到培养专业能力的跨越。通过思政引导与专业能力引导相结合,实现立德树人。例如,鼓励学生关注我国农业、农村发展和特色农业的重大需求,围绕农业生产、新农村建设等面临的现实问题,灵活运用所学微生物学理论知识生物(23年4月刊)-正文.indd 492023-6-12 15:21:3950 魏蜜等:新农科背景下的实验教学“四引导三拓展”改革探索以微生物学实验教学实践为例与实验技术,开展创新性研究和探索,逐步形成可服务国家“三农”建设的专业能力。2.2 适应新农科人才培养要求的教学内容传统的微生物学实验教学内容已经难以满足新农科对于多学科交叉复合型人才的培养需求,因此在教学内容上进行适当的拓展势在必行1
16、4。微生物学实验设置了面向新农科培养模式的课程大纲,拓展后的教学内容包括五个主要模块:微生物显微技术模块、微生物无菌技术模块、绿色防控专题模块、耕地保护与培肥模块和食品安全与人类健康模块。各模块包含的实验项目及实验目的与要求如附表 1 所示。与传统的微生物学实验教学相比,面向新农科的微生物学实验教学内容的拓展主要表现在以下几个方面:第一,充分体现微生物学在农学的应用。例如设置绿色防控专题模块,包含植物病害识别、病原物分离、纯化、科赫实验及生理生化与分子鉴定等内容。设置不同类型土壤微生物类群与功能微生物的筛选鉴定实验,分析在不同类型土壤中根际微生物的群落结构,寻找能够增强土壤肥效、促进作物养分获
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