郝曉冉 郝俊冉 向本瓊 朱旭東 張 萍

（1 北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875 2 北京市八一學(xué)校 北京 100080）

在生命科學(xué)迅猛發(fā)展的今天，微生物學(xué)是當(dāng)代生命科學(xué)前沿中最具有活力和創(chuàng)造力的學(xué)科之一。微生物學(xué)作為生物學(xué)的重要分支學(xué)科，是現(xiàn)代高新生物技術(shù)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。微生物學(xué)實驗教學(xué)是高校微生物教學(xué)的重要組成部分，具有很強(qiáng)的實踐性和應(yīng)用性，是教授學(xué)生基本實驗操作技能，培養(yǎng)學(xué)生科研規(guī)范和科學(xué)素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，為學(xué)生今后獨(dú)立開展生命科學(xué)研究工作打好技術(shù)功底。但是傳統(tǒng)的微生物學(xué)實驗課程多開展經(jīng)典的基礎(chǔ)性實驗項目。學(xué)生主要通過預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)教材對實驗內(nèi)容進(jìn)行初步了解，然后在教師課堂示范下，按照助教準(zhǔn)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(xué)生難以將實驗原理與具體實驗操作結(jié)合，一旦脫離指導(dǎo)，無法獨(dú)立完成實驗。在進(jìn)行本科生基礎(chǔ)科研創(chuàng)新項目時，學(xué)生無法將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到具體的問題分析上，顯得后勁不足。這種教學(xué)模式與現(xiàn)行的拔尖人才創(chuàng)新培養(yǎng)要求相去甚遠(yuǎn)，教學(xué)效果差強(qiáng)人意。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，微課作為一種新型教學(xué)模式，以短小、精煉、互動性強(qiáng)為特征［1］，順應(yīng)碎片化移動閱讀的趨勢，為實驗課程教學(xué)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(xùn)，促進(jìn)微課的建設(shè)和應(yīng)用［2］。本文結(jié)合參加2018年全國高校生命科學(xué)類微課教學(xué)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(shè)計思路及制作經(jīng)驗。

1 基于混合式學(xué)習(xí)的微課設(shè)計核心理念

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

在自主實驗?zāi)K，采取混合式教學(xué)模式進(jìn)行授課。混合式教學(xué)包含2 層含義：1）以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心，知識與能力的習(xí)得是學(xué)生在主動構(gòu)建的過程中完成的；2）運(yùn)用信息技術(shù)，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(shù)為出發(fā)點(diǎn)，拓展該項技術(shù)應(yīng)用，精心設(shè)計制作出一種趣味化、情境化、可視化的教學(xué)資源包［6-7］，即微課。讓學(xué)生在完成相關(guān)經(jīng)典實驗技術(shù)基礎(chǔ)上，通過微課的微視頻自主學(xué)習(xí)和拓展，在課堂上教師再全程引導(dǎo)和幫助學(xué)生解決其學(xué)習(xí)中所遇到的問題，同時練習(xí)相關(guān)實驗操作，進(jìn)而實現(xiàn)知識的內(nèi)化和吸收，達(dá)到“授人以漁”的目的。

2 “紅豆杉內(nèi)生真菌的分離”微課的設(shè)計思路

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

2.1 教學(xué)設(shè)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(jié)合。易于吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)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(shè)計自主實驗項目，可結(jié)合環(huán)境污染分析大氣霧霾主要微生物類群，設(shè)計“空氣中微生物的分離”，也可結(jié)合水污染治理，設(shè)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(guān)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(diǎn)相互關(guān)聯(lián)，可為學(xué)生拓展介紹科學(xué)前沿信息，讓學(xué)生了解抗癌藥物藥價居高不下的原因，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的求知欲，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

2.1.2 學(xué)情分析和重難點(diǎn)分解 北京師范大學(xué)《微生物學(xué)實驗》課程主要面向大學(xué)二年級學(xué)生開設(shè)。大二學(xué)生思維活躍學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，能通過預(yù)習(xí)將教材知識點(diǎn)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(xué)的認(rèn)知也還處于初級階段，對一些微生物學(xué)相關(guān)現(xiàn)象還不能用科學(xué)準(zhǔn)確的語言來解釋。這一階段是激發(fā)學(xué)生生物學(xué)研究興趣，打好基本功，培養(yǎng)規(guī)范的實驗操作習(xí)慣的重要階段。經(jīng)過前2 周的學(xué)習(xí)，學(xué)生對微生物學(xué)有了漸趨深入的認(rèn)識。為檢驗經(jīng)典實驗項目“土壤微生物的分離”學(xué)習(xí)效果，本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)以抗癌藥物生產(chǎn)為切入點(diǎn)，以問題導(dǎo)入，讓學(xué)生帶著問題聽課，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，自己尋求答案，靈活運(yùn)用所學(xué)，學(xué)會設(shè)計實驗。

微課教學(xué)重點(diǎn)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(shè)計實驗分離植物內(nèi)共生真菌？教學(xué)難點(diǎn)包括：1）理解植物內(nèi)共生真菌的特點(diǎn)；2）對照土壤微生物的分離引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗分離植物內(nèi)生真菌。

2.1.3 導(dǎo)入 通過列舉癌癥的危害及抗癌藥物使用現(xiàn)狀，結(jié)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(xué)生學(xué)習(xí)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(dǎo)入本次實驗課程的主要內(nèi)容。

2.1.4 以分解問題為導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)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(chǔ)實驗相區(qū)分，也為了給學(xué)生提供更多的思考空間，課程主要采取問題探究式教學(xué)方法，每一步都按照發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)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(shè)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(dǎo)學(xué)生回憶土壤微生物分離的方法步驟，歸納總結(jié)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(guān)實驗原理，例如：植物內(nèi)生真菌的特點(diǎn)、生長條件、生長方式等，融入分析問題的過程中，總結(jié)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(xué)生明確操作過程。在講課過程中，采用歸納總結(jié)、結(jié)合圖片、動畫、視頻等，使教學(xué)內(nèi)容形象、生動，易于理解。

圖1 教學(xué)設(shè)計思路

2.1.5 實驗結(jié)果分析總結(jié) 不同于理論類課程，實驗類課程需要給出學(xué)生一個陽性的實驗結(jié)果或者評價標(biāo)準(zhǔn)，這樣學(xué)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(yīng)的實驗結(jié)果都以圖片形式呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進(jìn)行討論。

2.1.6 布置作業(yè)，評價教學(xué)效果 完整的微課設(shè)計包括教學(xué)效果評價，通過布置課后作業(yè)檢測學(xué)生學(xué)習(xí)效果：1）如何保證分離到的是真菌而非細(xì)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(shè)計實驗分離植物內(nèi)共生細(xì)菌。鞏固所學(xué)的同時，深入探索相關(guān)原理知識。

2.2 視頻的設(shè)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(shè)計、實驗步驟、實驗準(zhǔn)備、實驗結(jié)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(guān)重要，既要具有知識性，又要符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，還要有一定的趣味性，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。首先梳理課件的邏輯脈絡(luò)和重、難點(diǎn)，然后收集相關(guān)素材，例如圖片和動畫，并根據(jù)邏輯順序進(jìn)行排版。每張幻燈片僅展示相關(guān)知識點(diǎn)的關(guān)鍵詞或流程圖，所有字體、字號、行距和標(biāo)題等統(tǒng)一格式。對于微觀的抽象的知識點(diǎn)，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(jìn)展數(shù)據(jù)和實驗圖片佐證，在后續(xù)的實驗設(shè)計過程中，還精心設(shè)計動畫素材幫助學(xué)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(jié)果（圖2）。并播放真實規(guī)范的實驗操作流程，進(jìn)一步加深學(xué)生的印象。

圖2 動畫展示實驗設(shè)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(fù)檢查和修改完成，力求用詞嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確、規(guī)范；教師的講解應(yīng)清晰準(zhǔn)確、抑揚(yáng)頓挫、張弛有度，易于帶動學(xué)生情緒；在提問題時，應(yīng)留給學(xué)生思考的時間。實驗操作的視頻錄制準(zhǔn)備相對繁瑣，流程如下：1）準(zhǔn)備實驗?zāi)_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(jìn)行分類；3）和導(dǎo)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(qiáng)調(diào)關(guān)鍵操作時需要采用局部微距鏡頭，給學(xué)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(shè)計體會和反思

《微生物學(xué)實驗》課程以往注重操作，學(xué)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(yīng)用到的方面沒有真正的理解和掌握?！凹t豆杉內(nèi)生真菌的分離”嘗試應(yīng)用微課這種新型教學(xué)模式進(jìn)行混合式教學(xué)，學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)和觀看教學(xué)視頻，能提前了解整個實驗的背景、流程和應(yīng)用，更為重要的是引導(dǎo)學(xué)生由淺入深、循序漸進(jìn)地從問題出發(fā)，以思維導(dǎo)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(xué)實驗技術(shù)，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(fù)觀看等特點(diǎn)，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)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(xué)效果。

在微課制作過程中，筆者有如下反思：實驗課的教學(xué)目標(biāo)是提高學(xué)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(shù)發(fā)展歷史、實驗原理、實驗技術(shù)應(yīng)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(cè)重點(diǎn)。教學(xué)設(shè)計最為關(guān)鍵，需要考慮為什么教／學(xué)，教／學(xué)什么，如何教/學(xué)，效果如何評價，對應(yīng)于目標(biāo)，選擇方式方法。教學(xué)內(nèi)容需要與目標(biāo)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(xué)生出發(fā)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。單獨(dú)一節(jié)微課的力量是薄弱的，只有教學(xué)團(tuán)隊協(xié)同合作將各知識點(diǎn)巧妙設(shè)計成一系列微課，以點(diǎn)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(xué)的優(yōu)勢，培養(yǎng)出滿足社會發(fā)展需求的高素質(zhì)的科研創(chuàng)新人才。