[摘 要]为促进《微生物发酵生理学》教学中理论与实践相结合，加强学生学习的主体地位，本文进行了基于微课的翻转课堂在该门课教学中的实践探索，建设了包含微课等资源的线上学习课程网站，结合线上学习，采用课堂主题讨论和展示等研究型翻转课堂的教学方式，并摒弃了闭卷考试，改革了考核方式，取得了较好的教学效果。该教学改革尝试为进一步完善教学设计和教学形式提供了有益的探索。
[关键词]微课;翻转课堂;微生物发酵生理学
[基金项目]2019年 山东大学， 山东大学教育教学改革研究项目（No.2019Y203）
[作者简介]王书宁（1976—），男，汉族，山西平遥人；博士，教授，主要从事微生物生理代谢的研究。
[中图分类号]G642.0       [文献标识码]A
随着数字技术与网络的快速普及，微课与翻转课堂等基于新媒体的教学资源和教学模式在高等教育领域引起广泛关注。微课因可以随时随地进行信息获得和自主学习得到了学生们的强烈呼应，而翻转课堂以学生为主体开展教学和讨论，学生参与率高，积极性强，改善了教学效果。然而，这些新的技术潮流和教学模式在国内微生物学科的教学中应用还远远不够，现代研究型和启发式等教学方法还有待于深入实施和更多的实践检验^[1,2]。为了深层次地在教学中实现“以学生为中心”、“以学为中心”和“以发展需求为中心”的理念，新时代的微生物学科相关专业课的教学改革应大力推广这些新教学模式，为我国的高等教育积累经验^[3-5]。
一、我校微生物学教学现状
微生物学是山东大学14个二级国家重点学科之一，依托生命科学学院的本科教育和微生物技术国家重点实验室的研究生教育和科学研究，拥有硕士和博士学位授权点，并建有生物学一级学科博士后流动站，在国际上有较好的声誉和影响力。然而，随着信息技术的快速发展和教学模式的不断更新，我校微生物学的发展显现出一定的不足，在2017年教育部的学科评估中一级学科生物学被评为B⁺，未能入选教育部“双一流”学科建设名单，所以迫切需要加强学科建设。这不仅有待于我们科研水平的提高，从长远看，更需要提高我们的生物学科的教学水平，以培养一流的本科生，为我国生命学科的发展和生物技术的研发储备一流的人才。
我校的微生物学科是传统的优势学科之一，其中《微生物发酵生理学》将微生物生理学知识与工业发酵实际应用相联系，是山东大学培养微生物应用技术人才的基础课程之一。目前，《微生物发酵生理学》的教学方法仍是沿用传统课堂讲授的方式，教学中老师为主角，师生交流互动偏少，学生处于被动学习状态；随着社会的发展和观念的变迁，尤其是当前大学生崇尚彰显个性，追求积极主动的学习方式，这种传统的教学方法已经不能满足现代大学生尤其是已有一定专业理论基础的高年级学生的学习需求，亟需变革。其次，微生物学科属于实验性学科，需要加强理论和实践的结合，而目前课堂教学对实验实践和生产实践的重视程度还不够，与实践体验结合松散，造成学生对基础理论理解不深、不会灵活应用等后果，影响了教学效果。第三，当今微生物学的新发现和新技术不断涌现，但因课时不足、交叉学科背景知识限制、师生交流有限等原因，不能及时介绍给学生。第四，当今社会发展对生命学科和生物技术人才有了更高的要求，给微生物学科的教学提出了更高的要求，学生应具有更强的研究、实践和创新能力。因此，进行《微生物发酵生理学》的教学模式探索，改进教学方法，是培养出基础理论扎实、实验技术过硬、综合分析能力强以及交叉学科知识背景人才的必经之路。
二、《微生物发酵生理学》教学存在的问题
《微生物发酵生理学》是生命科学基地班、生物技术专业和生物科学专业微生物发酵相关方向的专业必修课，开设在大学三年级上学期，所讲授的内容要求综合性和实践性比较强。在教学中我们发现现有的教学方式有诸多问题和弊病，导致不能因材施教，学生的积极性和学习潜力无法激发出来，不能满足当前社会对人才培养的需求。分析发现学习这门课的学生主要有以下特点：（1）学生自学能力强，活泼上进，90%以上的学生希望攻读研究生，并立志将来从事生物学领域的科学研究和技术研发；（2）已经完成了《微生物学》和《生物化学》等课程的学习，具有较好的专业知识基础，对进一步深入学习尤其是研究型学习有强烈的愿望；（3）学生迫切希望早日进入课题研究学习阶段，有60%以上的学生已经进入微生物技术国家重点实验室或生命科学学院的科研实验室进行实习，甚至部分已经参与了课题研究，有了一定的实验室学习经历。相对于学生们对于理论与实践相结合的研究型学习的强烈需求，现有的《微生物发酵生理学》课有以下不足：（1）教材陈旧，所描述的技术多为传统的发酵和生理相关的技术，缺乏现今分子生物学、组学、代谢工程以及合成生物学等新内容和新技术；（2）教材内容偏简单，且与之前学过的《微生物学》部分内容有重复，无法满足优秀学子的求知需求；（3）教师讲义虽不断更新相关内容，但因课时所限，无法把最新内容一一在课堂上进行介绍，需要调整教学内容并引导学生自主进行研究型学习。
考虑到学生扎实的专业基础理论背景、强烈的求知欲以及当前教学方式和内容落后等实际情况，我们迫切需要对教学方式进行改革。在这里，我们结合《微生物发酵生理学》的实际情况，利用现今网络新技术、教学新理念，采用微课与翻转课堂等新型教学资源与模式，积极开展线上学习和课堂教学相结合的方式， “以学生为中心”，以学生主动学习为主，积极探索适合现代微生物学科教学的新模式，积累教改经验。
三、微课与翻转课堂相结合的教学实践
1. 建设《微生物发酵生理学》课程网站，将其作为线上学习资源平台，以适应微课+翻转课堂教学模式
本课程除了主讲老师对微生物发酵的代谢、产能、发酵类型、途径和调控等关键知识点的讲授，还要进行翻转课堂、科研实验室参观和课堂研讨活动，而课时仅有32学时，远远不能满足教学需求。然而，一些内容关系到微生物发酵生理理论的系统性和完整性，需要重点加深讲解，否则会影响学生对整个知识体系的掌握，所以我们根据本课程的教学大纲凝练出必须掌握的知识点，并据此设计和录制了相应的微课，安排学生在课前和课后观看微课视频，通过预习和复习达到对本课程基本理论的掌握。我校本科生院很早就注重线上课程资源的建设，在本科生院网站建设了“线上学习平台”，在该平台中专门建设有“山东大学课程中心”，我们依托课程中心建设了《发酵生理学》课程网站。在该网站中我们建立了包含有本课程的教学大纲、教学日历、授课视频、课件和拓展学习资料等模块，该网站曾获2015年度山东大学“课程中心优秀课程网站”。主讲老师也因主讲该门课获得了山东大学2015-2016学年青年教师课堂教学比赛二等奖，并获得了山东大学第八届“青年教学能手”称号。2018年我们根据本课程必须掌握的知识点精心设计和录制了28个微课视频，并将其上传到本课程的网站，依托我校校园网的网络覆盖，开放给学生供他们自主学习，成为学生们方便快捷的线上学习资源。此外，根据微课设计，我们在每个知识点配上供学生自测和思考的问答题目，让学生自己判断对基础理论的掌握情况，进而查漏补缺进行自主学习，并列出了学习中经常遇到的问题，对其进行相应的解析。我们还在课程网站建设了知识拓展模块，引入了一些发酵案例、应用研究成果、前沿研究热点、课程相关的国内外网站、科学期刊链接等拓展资料，供学生自主学习。最后，我们还在课程网站建设了互动模块，为学生之间以及师生之间提供交流平台，我们针对每次课程的内容提出进一步需要思考和讨论的话题，引导学生自我思考，学生也可以借此模块提出自己的疑问或者分享自己的心得体会，以达到互相学习、互助共享的目的。
2. “以学生为中心”，结合知识点以主题讨论和案例分析为载体，设计研究型翻转课堂教学，加强基础理论和实验实践相结合的学习模式
我们根据本课程必需掌握的知识点设计了一系列研究主题，如碳源利用中存在的葡萄糖效应、二次生长和碳代谢物阻遏等问题的原理、涉及的调控机制以及菌种改造和应用等，从不同角度提出问题，让学生自己查阅文献、总结分析，然后在课堂上进行讨论和辩论，从而达到独立思考、分析判断和互相学习的目的，且能够促进对相关知识点的深入理解；我们还设计了综合性的实践应用案例，包括已有的成功案例和任务设计，如琥珀酸发酵、丁醇发酵、肠道微生物的生理代谢以及相应的发酵调控和菌种改造方案等，让学生自己准备课件，按照学术演讲的要求在规定时间内完成课堂展示，并开展课堂讨论，让听众提问、演讲者解答，以此锻炼学生实验方案设计、分析总结、理论结合实践、学术展示和表达等综合能力；在讨论中以学生为中心，主讲老师为辅助，老师承担引导、启发、概念和思路纠正以及概括总结的角色，同时对学生的演讲进行点评，鼓励学生为演讲者提出改进建议。此外，以微生物技术国家重点实验室和生命科学学院的雄厚的科研条件和人才优势为依托，鼓励和帮助学生进入实验室参与科研活动，结合本课程的教学内容，在课堂上设立专门环节，让学生介绍自己参与的课题内容和实验结果，介绍自己的实验体会和心得，建立理论实践紧密结合、知识共享和互相学习的氛围。我们还根据课堂教学涉及的发酵研究技术等内容，带领学生到微生物技术国家重点实验室的“发酵研究平台”、“蛋白和核酸平台”和“化学分析平台”等观摩学习了微生物发酵的相关设备、接种培养、在线检测和分离提取等过程，学习了酶学和核酸研究相关的蛋白纯化、电泳、酶反应动力学测定、核酸检测、转录分析和大分子相互作用等涉及的设备、工作原理和应用，以及发酵产物检测鉴定涉及的液相色谱、气相色谱和质谱等技术和设备，通过参观实物、技术讲解和操作演示加深了学生们对相关技术的理解和掌握。另外，鼓励学生们将自己学习中发现的科学问题进行实验探究，为他们提供或联系实验场地、实验材料和仪器设备，并给予适当指导，鼓励他们申报校级或国家级的大学生科创项目，或参加大学生生物实验竞赛等活动，将课堂教学向外进行延伸，促进学生进行科学前沿探索和研究实践，培养他们的科研兴趣和创新能力。近年来，已有多名学生在主讲老师实验室开展了大学生科创项目的研究，参加了山东省大学生生物实验竞赛，取得了较好的成绩。
通过上述研究型翻转课堂教学方式，依托微生物技术国家重点实验室和山东大学生命科学学院的雄厚的科研平台，建立微生物学基础理论和实验实践相结合的课堂讨论和研究型学习模式；借此方式让学生意识到自己的不足，形成了互相学习和主动学习的习惯。
3. 改革考试方法，加强教学过程考核
传统笔试闭卷考核方法，具有诸多缺点，比如考察基础理论多，学生经常以记忆为主，甚至一些学生只在期末考试前进行突击背诵来应对考试，难以达到理想的教学效果，不能体现对知识的深入理解和灵活应用，无法突出学生的实践和创新能力。因此，我们摒弃了这种传统的考核方法，建立了新的考试方式，主要根据以下几个部分进行综合评价：课程网站测试题目的完成情况，随堂测试，课堂讨论表现，课堂展示情况，课程小论文等；其中前两项主要起督促作用，以基础知识点的掌握为主，占总成绩20%，中间两项为主要考核环节，主要考察学生的学习主动性、学术展示、知识点掌握及灵活应用能力、分析判断和创新发展情况，占总成绩60%，课程论文考察学生的专业学术写作和分析总结能力，占总成绩20%。通过这种考试改革，加强教学过程考核，以考核能力为主，达到督促学生自主学习、增加学习强度和提升学生专业水平和能力的目的。该考核方式增加了随堂测试，作为指挥棒引导学生平时学习时不能忽略对课程基本理论的系统掌握。
经过两届学生的尝试，我们对本课程教学方式的改革尝试进行了调查问卷和成绩分析，以此来评价教学效果。调查问卷显示，98.8%的同学对新的教学方式和考核方式表达了欢迎和喜爱，给出了好评，希望在以后的教学中坚持这种改革，同时学生们认为加强教学过程中的考核改革有助于督促学生平时的学习和思考，促进了他们对本课程相关理论和技术的系统且扎实的掌握。同时教学过程也显示出了新教学方式良好的教学效果，具体表现为：（1）学生的学习积极性增强，课堂讨论参与度更高；（2）课程讨论引起大家积极辩论，学生能从不同的角度分析问题，讨论引发了学生深层次的思考；（3）学生分析问题和总结能力得到了提升；（4）学生的文献调研和阅读能力尤其是英文文献能力得以提升；（5）通过文献阅读和互相学习，学生的知识面得到了更多拓展；（6）学生的学术报告和展示能力得到了锻炼；（7）通过观摩和参与实验项目，学生对科研和实践有了更深刻的认识和体会；（8）从深层次激发了学生的自主学习与科研兴趣。
此外，学生在调查问卷中也反馈了一些有价值的建议：（1）考核成绩的评定标准需要更加细化，成绩需要重点体现出能力差异来；（2）基本概念、基本理论的系统性需要加强，希望老师在课堂教学中重视理论框架的构建；（3）讨论话题的设置需要增加最新的前沿进展，涉及范围再广泛些；（4）对课程展示的方式、题目的选择等方面需要老师更多的指导，希望主讲老师对课堂展示进行更多更深刻的点评等。这给我们的教学设计提供了更多宝贵的改进建议，同时对教学设计也提出了更高的要求。
四、总结
本教改试验进行了基于微课的翻转课堂在《微生物发酵生理学》教学中的应用探索，获得了较好的教学效果，受到了学生们的普遍欢迎，为进一步的改革应用提供了有益的经验和参考。同时在实践中我们也发现该教学方式对课程设计和考核等方面提出了更高的要求，在今后的教学中需要着重细化和改进这些细节，让新的教学改革试验更加科学合理，以进一步激发学生们的学习热情和科研兴趣，提高教学效果。
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A preliminary Reform in Teaching Microbial Fermentation Physiology—Application of Micro-Lesson Based Flipped Classroom
Wang Shuning, Sheng Duohong, Zhang Huaiqiang
(School of life science, Shandong University, State Key Lab of Microbial Technology, Qingdao, Shandong, 266237)
Abstract: In order to enhance the combination of the theory with practice and to strengthen the principle position of students in teaching Microbial Fermentation Physiology, we performed a preliminary practice of micro-lesson based flipped classroom in teaching the course. We built a course website containing the micro-lesson video and other supporting materials for online-learning before and after the class. And the topic discussion and presentation were introduced into the class to create a flipped classroom. In addition, the new examination method was designed, which discarded the traditional closed book exam. The reform improved teaching effects and obtained positive results, which provides new trials and experience for further teaching design of the course.
Key words: Micro lesson; Flipped classroom; Microbial fermentation physiology