“线上+线下”环境下基于高阶思维能力培养的“食品微生物学”项目式教学-以“高产淀粉酶芽孢杆菌的筛选与诱变育种”为例

“线上+线下”环境下基于高阶思维能力培养的

“食品微生物学”项目式教学——以“高产淀粉酶芽抱杆菌的筛选与诱变育种”为例摘要：国家未来要重点建设包括线上线下混合式“金课”在内的五类“金课”。“金课”不同于传统课堂的重要特征是高阶性、创新性、挑战度。因此，“金课”更加注重对学生高阶思维能力的培养。通过阐述高阶思维能力培养对教学模式有哪些新的要求，以“食品微生物学”为例，介绍在“线上+线下”的环境下，如何通过项目式教学实施对学生高阶思维能力的培养。关键词：高阶思维；食品微生物学；项目式教学Project-basedTeachingofFoodMicrobiologyBasedontheCultivationof

High-orderThinkingAbilityUndertheEnvironmentof"Online+Offline":Taking"ScreeningandMutationBreedingofHigh-amylase-producing

Bacillus"asanExampleAbstract:Inthefuture,Chinawillfocusonbuildingfivetypesof"goldencourses"includingonlineandofUinehybrid"goldencourses".Theimportantcharacteristicsof"goldenclass"differentfromtraditionalclassroomswerehigh-level,innovative,andchallenging.Therefore,"goldenclass"paysmoreattentiontothecultivationofstudents'higher-orderthinkingability.Firstofall,thisarticleelaboratesonthenewrequirementsoftheteachingmodelforthecultivationofhigher-orderthinkingability.Then,takingFoodMicrobiologyasanexample,itintroducedhowtotrainstudents'higher-orderthinkingabilitythroughproject-basedteachinginan"online+offline"environment.Keywords:higher-orderthinkingability;FoodMicrobiology;project-basedteaching2018年教育部发布了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》，提出“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰’水课’，打造’金课'”，同时教育部高教司吴岩司长指出，国家将重点建设包括线上线下混合式“金课"在内的五类“金课”，并明确指出，“金课”应当具备的“两性一度”即为高阶性、创新性、挑战度o布鲁姆等人的认知目标分类学中，将学习目标从低到高分成6类：知识、理解、应用、分析、综合、评价。在此基础上，安德森和克拉克沃尔等人对认知目标分类学进行了修订，将学习目标由低到高划分为“记忆、理解、应用、分析、评价、创造”，其中，“记忆、理解、应用”属于初级认知的教育目标，“分析、评价、创造”属于高级认知的教育目标，即对学生高阶思维能力的培养目标[1]o高阶思维能力的培养体现在学习者的问题求解能力、决策能力、批判性思维和创造性思维能力等方面乳伴随着信息技术手段的进步和智慧教学工具的开发，越来越多的教师希望将传统线下教学改造为“线上+线下”的教学环境，从而打破传统教学的时间和空间限制，在教学模式、方法、手段、评价等方面开展新一轮的教学创新。而在这种“线上+线下”的教学环境下，如何实现对学生高阶思维能力的培养,是值得高校教师深入探索的研究课题。“食品微生物学”是河南牧业经济学院建设的“线上+线下”混合模式的省级一流本科课程，在实践中开展了以“高产淀粉酶芽饱杆菌的筛选与诱变育种”为项目的教学案例，培养学生的高阶思维能力，取得了令人满意的教学效果，以此为例，对如何在“线上+线下”环境下结合项目式教学培养学生的高阶思维能力进行探讨。1高阶思维能力培养对教学模式的要求高阶思维能力培养的基础是学生对知识点的记忆、理解和应用，在此基础上，需要学生能够针对某个具体的工程实践问题或科研问题，运用高阶思维对问题进行分析，在解决问题的过程中对出现的新问题进行反思和自我批判，并不断完善解决方案，最后对问题解决的过程和效果进行科学评价，并在此基础上提出下一步的工作方向，或是将该问题的解决延伸到相关领域的其他问题叫由此可见，在高阶思维能力培养过程中，学生获得的高阶知识和能力不再是对知识点的记忆、理解和简单应用，而是在解决问题的过程中通过反复分析和评价，对自己已有的知识进行重新认识和联系，并进一步学习和探索解决问题所需的新知识，在此过程中使学生的分析能力、决策能力、批判思维能力、创新能力等得到培养。那么，高阶思维能力的培养对教学模式改革有哪些要求?？1.1以实践活动强化学生的主体地位对于自然学科而言，高阶思维能力的培养往往需要通过完成一定的实践项目来达成，在完成实践活动的过程中，学生通过不断地分析、交流、实践、批判、反思、再实践等环节，不断展现和发展其高阶能力。此外，学生高阶思维能力的培养效果，也唯有通过具体的实践活动才能更加清晰地展示出来。传统教学模式下，囿于学时的限制，教师往往以完成知识的讲授为主要教学目标，即便在教学中抽空开展一些案例分析、课堂讨论、翻转课堂等，也多是帮助学生更好地完成对知识的理解和应用，而对学生高阶思维能力的培养是有限的。借助互联网平台的“线上+线下”教学环境，学生可以在课余时间利用开放实验室开展实践活动，师生之间和生生之间则可通过网络平台、“钉钉会议”等对实践中遇到的问题进行分析、交流，学生还可利用互联网平台对实践活动的过程、效果、自我反思情况等进行展示。在不影响线下课堂教学的情况下，便可以利用开放实验室和网络平台开展实践活动，强化学生对知识的主动获取和建构。1.2对教师开展教学活动的主导能力提出更高要求在开展以学生为中心的高阶思维能力培养过程中，教师作为教学活动主导者的地位不是弱化了，而是加强了。教师作为整个教学活动的主导者，要重点把握好3个环节，一是设计，二是组织，三是评价。在开展以高阶思维能力培养为目的的教学活动时，要以培养学生的分析能力、批判思维、决策能力、创新思维等为目标，;仅是对资料的收集和整理，或是利用较为简单或单一的思路解决某一问题，则很难实现学生对高阶思维能力的运用和锻炼。因此，在进行教学活动设计时，应当注重问题的趣味性、真实性、综合性、进阶性、开放性等。而在活动实施过程中，教师则需要做好组织和引导工作，例如，教师在分组之前要了解每位学生的学习习惯、性格特点等，并依据他们的特点进行分组，帮助他们确定在小组活动中负责的主要工作，保证每个人在小组中都能发挥作用，积极参与小组活动。此外，如何利用网络平台开展小组交流、讨论、展示，帮助学生解决难题等，也是教师在组织和引导中需要重点关注的问题。例如，可利用超星学习通平台，要求学生定期上传项目实施和小组活动的数据、照片、视频等，利用即时交流工具，在课余时间参与各个小组的交流、讨论，对于一些分歧较大、有难度的问题则可以在教室开展线下讨论。在整个活动开展过程中，教师还需要做好评价工作，而评价的重点在于对活动过程的监控和管理，通过教师评价、小组间互评、小组内互评相结合的方式，及时掌握各个小组及个人的活动开展和参与情况，从而使教师能够精确地对每个小组和每位学生进行指导和管理，保证所有学生都能积极、认真地参与教学活动，并在此过程中提高自身的高阶思维能力。1.3教学过程要体现挑战性、探究性和创新性高阶思维的培养目的是使学生能够解决真实环境下的复杂问题，强调的是对知识、技能的综合运用，对解决过程的分析、决策、批判、创新等能力。因此，高阶思维的培养，需要为学生提供接近真实环境且具有一定挑战度的任务。在任务完成的过程中，学生不断面临新的问题，需要他们对这些问题进行深入探究，通过小组研讨、师生交流、文献研究等，对自己的工作过程不断加以反思和修正，正是通过对一个个问题的解决，来引导学生的学习、领会和反思，使学生掌握科学探究的方法，并在此过程中实现对其创新能力的培养。从另一个角度来

讲，具有探究与创新属性的学术研究是高等教育和高水平教学的本质属性，当然也是高阶学习的本质属性囹。1-4时间、空间和方式的开放性传统的课堂教学模式，因为受限于时间、地点和方式的制约，并不能很好地胜任对学生高阶思维能力的培养。要完成贴近实战下的复杂任务，学生需要利用图书馆查阅资料，实验室开展研究，课堂开展讨论，甚至到企业和科研院所去参观和学习o因此，高阶能力的培养需要为学生尽可能地提供完成任务所需的各种空间场所。此外，高阶思维能力的培养，需要学生有充足的时间开展交流、讨论、研究、实践等，利用目前流行的各类即时交流APP,可以在课余的任何时间开展上述工作。而在方式上，则可以采取小组讨论、师生交流、组间交流、实践操作、成果展示、成果汇报等多种形式"2如何以项目式教学实现高阶思维能力的培养项目式教学来源于杜威(JohnDewey)的“做中学”(Learnbydoing)实用主义教学理念与库珀(DavidKolb)的体验式学习理论(ExperientialLearning)等，其核心思想是通过现实世界中的真实问题捕捉学生的兴趣，并唤起其深度思考，在解决问题的情境下，使学生获得与应用新的知识叫项目式教学的范围包括但不限于案例分析、讨论汇报、综6实践等，课程以“高产淀粉酶芽抱杆菌的筛选与诱变育种”为实践探究项目，并将其分拆为3个分项目，每个分项目划分为若干个分解任务，在完成这些任务的过程中，对一系列的问题开展深入的探究，从而实现对学生高阶思维能力的培养。具体设计思路见图1o|任务分解||试验探究|初筛前的准备卜一环境中目标菌株的获取高产淀粉酶芽抱杆菌的初筛高产淀粉酶芽他杆菌的筛选与诱变育种目标菌株的种类鉴定样|任务分解||试验探究|初筛前的准备卜一环境中目标菌株的获取高产淀粉酶芽抱杆菌的初筛高产淀粉酶芽他杆菌的筛选与诱变育种目标菌株的种类鉴定-如何设计培养基？-如何提高筛选效率？样品处理的注意事项？-如何避免污染？一菌落纯等于菌株纯吗？高产淀粉酶芽杷杆菌的复筛高产淀粉酶芽杷杆菌的复筛采用何种复筛方法？复筛菌株如何保藏？生理生化特征如何鉴定？如何开展分子生物学鉴定？L为什么要多种鉴定方法相结合？「诱变育种的程序？常用的诱变方法和原理？如何确定诱变条件？为什么要做中间培养？如何确定高产突变菌株的遗传稳定性？高产突变菌株的初筛与复筛诱变法提高目标菌株的生产性能图1项目设计如何确定高产突变菌株的遗传稳定性？高产突变菌株的初筛与复筛诱变法提高目标菌株的生产性能由图1可以看出，该项目的设计可以将课程几个重要的章节内容串联在一起，如微生物的形态与结构、微生物营养、微生物生长、微生物代谢、微生物;传育种、微生物鉴定等，从而可以使学生将各章内容完整地串联起来，构建起系统性的知识架构。此外，在完成各项分解任务的过程中，引导学生深入思考与之相关的科研问题，对自己的实验设计、操作过程、数据处理和分析等进行讨论和反思。2.1项目实施前的准备在项目实施之前，首先对学生进行分组，每组4-5人，要注意将不同性格、不同学习能力的学生进行搭配，并在超星学习通建立小组空间，由各个小组进行小组命名和简介，创建小组头像，通过这些方式初步建立小组成员的团队意识。在项目正式实施之前，以文献资料的学习为主，教师帮助学生查找与项目相关的文献，各小组按要求进行文献学习，并定期进行文献学习的汇报与讨论，这些讨论可通过网络在线视频的方式开展，可根据学生和教师的时间灵活安排讨论时间。通过文献学习和汇报、讨论，使学生能够较为深入地理解项目的背景、研究思路等。由于此前，学生大都没有学习过专业文献的检索和阅读训练。因此，在文献学习阶段，教师可先花一点时间指导学生如何进行文献的检索，如何通过文献获取有用的信息，如何对信息进行分析和总结等。在“线上+线下”的教学环境下，教师可录制相关的教学视频，上传学习空间?学生学习。然后，按照分项目的研究目的，要求学生分阶段进行试验设计，教师提供必要的指导，组织学生对实验设计和拟采取的实验方法进行反复讨论和完善，在这个过程中培养学生的文献阅读与实验设计能力。由于项目包括3个分项目。因此，整个研究分为3个阶段开展，每个阶段都首先需要进行实验技术路线和方法的设计。2.2项目实施每一个分项目的技术路线和实验方法确定之后，便可进入项目的实施阶段。该阶段学生利用课余时间在开放实验室开展实验，及时对实验过程和结果进行拍照并记录实验数据，并将整理后的实验结果与数据上传至网络的小组空间，学生还可以将实验过程中的心得体会与心情瞬间等在小组空间进行分享，各个小组之间在小组空间进行线上交流与评价。每一阶段的分项目完成之后，各小组要进行汇报，对教师提出的实验探究问题进行解答，并接受教师与其他学生的提问。教师与学生代表共同组成答辩评委，对各组的汇报情况进行评价；此外，每个小组由组长组织成员之间的评价。每一项任务的完成通常都不是一帆风顺的，虽然事先制定了技术路线和方法，仍然会出现各种各样的问题和困难，每次出现问题，学生一起积极地找问题、查文献，寻找解决方法，在此过程中不断地对自己的研究过程进行批判、反思、再实践，从而实现对自己高阶能力的培养。在整个过程中，教师所扮演的角色主要是组织者，并提供必要的指导。为了保证项目安全、顺利地展开，采取了一些必要的措施。例如，对学生进行仪器设备，如高压蒸汽灭菌锅、干热灭菌箱、超净工作台等的培训和考核，通过考核的学生方可独立进行操作。学生进出开放实验室需要进行指纹打卡，使用仪器设备必须进行登记。一些有难度的实验项目，例如酶活性的测定、菌株的分子鉴定等，要求学生先进行预实验，从而保证正式实验能够比较顺利地开展。此外，要求每个小组每周组织一次组会，就这一周的实验进展情况、数据处理与分析、下周的工作计划等进行讨论，并写出组会的会议记录提交至小组空间，供各组之间互相学习，同时方便教师及时掌握每组的项目进展情况。2.3项目总结待项目结束之后，组织学生针对项目实施过程中的心得体