基于科学素养培养的农业微生物学教学策略

基于科学素养培养的农业微生物学教学策略摘要:农业微生物学作为农业及相关专业的专业课程，在知识传授的过程中应重视科学素养的培养。结合学科特点，该文介绍了在农业微生物学教学过程中采用学科融合、运用5E教学模式、实施基于项目化的STEM教学等策略，探究有效提高学生综合科学素养的教学途径。关键词:科学素养;农业微生物学；学科融合;5E教学模式;STEMTeachingStrategyofAgriculturalMicrobiologyBasedonScientificLiteracyWUJuelinAbstract：Asaprofessionalcourseofagricultureandrelatedmajors,agriculturalmicrobiologyshouldpayattentiontothecultivationofscientificliteracyintheprocessofknowledgeteaching.Combinedwiththecharacteristicsofthesubject,thispaperexplorestheeffectiveteachingmethodstoimprovestudents'comprehensivescientificliteracyintheteachingprocessofagriculturalmicrobiology,suchashowtousethesubjectintegration,theuseof5ETeachingmode,andtheimplementationofstemteachingbasedontheproject.Keywords:Scientificliteracy;Agriculturalmicrobiology;Subjectintegration;5Eteachingmode;STEM农业微生物学作为农业及相关专业的专业课程，在知识传授的过程中应当重视科学素养的培养，提高农业专业人才的综合科学能力，以适应未来工作中遇到的各种科学技术综合问题。本文探讨了农业微生物学在知识传授的过程中基于科学素养培养的教学策略。1学科融合农业专业人才在实际工作中常常面临多学科交叉的问题,一项工作的完成往往需要运用多门学科知识与技能，这对农业专业学生解决综合科学问题的能力培养提出了要求。农业微生物学与化学、物理、基因工程、植物生理学、数学等都有一定的联系，在教学过程中通过学科融合的方式，培养学生的综合科学素养，同时形成学科融合的思维习惯。值得注意的是，在学科融合教学过程中，应基于农业微生物学教学内容融合其他学科知识进行设计，从而有利于对本教学内容的理解，切勿本末倒置，追求学科融合而忽视了农业微生物学本学科教学内容的学习理解。1.1与化学融合教学如:学习细菌细胞壁结构时，引入青霉素破坏细胞壁裂解细菌，教学过程中融合有机化学中酰胺键醇解反应,解释青霉素对细胞壁的具体作用机制，从而真正理解青霉素的杀菌原理;学习酵母菌代谢时，融合三羧酸循环过程理解在有氧状态下葡葡萄如何彻底分解为二氧化碳和水以及在无氧状态时葡萄糖分解产生乙醇和二氧化碳的化学反应过程，从而真正理解酵母菌的代谢反应;学习微生物培养基时，结合各种化学成分了解其在微生物生长中的作用等。1.2与物理融合教学如:学习显微镜构造和使用时，联系光学知识了解其成像原理，经物镜放大时，2f>u>f，成放大、倒立的实像，再经目镜放大时,u<f,成放大、正立的虚像;学习微生物物理灭菌方法时，融合物理知识理解其杀菌原理,例高压蒸汽的穿透力很强采用高压湿热灭菌，高渗透压导致细胞脱水采用盐腌或糖浸食物,X射线的波长短,能量高，引起微生物体内大分子发生电离导致死亡等。1.3与基因工程融合教学如:学习质粒结构时,融合基因工程的载体及其工作原理，从而认识质粒的小型环状DNA本质；联系细菌液体培养基扩大培养,实现质粒及其上的目的基因扩增;联系农杆菌感受态完成转化，介导质粒进入植物体内实现转基因过程等。与基因工程的融合教学，不仅让学生更深入的了解质粒的本质，同时也让学认识到学科交叉的意义与魅力。1.4与植物生理学融合教学如:联系植物生理学和化学，引入固氮菌如何固定大气中的氮气为植物生长提供氮源，有利于叶绿素的合成从而使得植物枝繁叶茂;联系根际微生物的代谢过程为植物生长提供大量矿质元素以及菌根中细菌和植物根的共生关系；联系赤霉素的发现以及其对植物生长的调控等。1.5与数学融合教学如:学习细菌生长特点时，通过数学计算理解细菌个体的增值速度，融合数学思想真正读懂细菌群体生长曲线;融合数学真正理解血细胞计数板使用中的计算方法，以及物镜测微尺和目镜测微尺使用时的计算方法等。25E教学模式农业专业人才需具备一定的科学探究能力、综合分析能力以及知识迁移应用能力。5E教学模式是实现以上综合科学素养培养的有效模式，其包括以下5个教学环节:引入(Engage)、探究(Explore)、解释(Explain)、精致(Elaborate)、评价(Evaluate)1"。基于5E教学模式,有效培养学生通过自主探究获得知识，通过自主解释实现知识内化，通过知识的迁移完成深度学习与运用。为此，笔者在农业微生物学教学中积极运用5E教学模式，提高学生的科学探究素养。2.1引入农业微生物学是一门与生活联系紧密的课程，在“引入”部分强调源于真实世界存在的问题或现象，不仅提高了学生的学习兴趣，而且有助于培养学生面对疑问寻求解决的意识。如:在学习微生物代谢时，以米酒制作过程引入，提出酿酒过程会在糯米中放入一定的酒曲(酵母菌)，同时盖住，酿酒过程为什么要这样操作呢？2.2探究基于“引入”的问题或现象,通过实验探究、文献阅读探究、调查探究等方法，解决“引入”中疑问。探究前可引导学生预测探究结果，注意“预测”与“猜测”的不同，引导学生运用前科学知识分析问题。探究过程可采用任务驱动，任务的设置遵循可行性、科学性原则。如:通过阅读文献《基于STEM教育理念的“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验改进》⑵，利用文献中提出的实验装置,学生自主动手实验进行酵母菌代谢方式探究，通过实验的过程与结果理解酵母菌酿酒原理，解决“引入”中疑问。探究过程遵循严谨性、科学性原则，假如“探究”中出现不科学实验操作，需要教师引导学生发现问题，纠正问题。在学生自主探究任务中，培养学生的科学探究能力、团队合作能力，提高学生自主解决所遇问题的意识与能力，同时在探究中完成知识的内化。2.3解释基于“探究”过程与结果，明确新概念、新原理。“解释”过程，教师引导学生自主做出解释，此过程中，应注意教师起引导作用。如果学生解释不够全面抑或不够准确，此时要求教师引导与补充，确保新概念、新原理的准确、完整。2.4精致基于以上探究与概念、原理的明确，引导学生尝试运用所学解决新问题或解释新现象,实现知识的迁移与深度学习。教师在此过程中，可为学生设置一定任务,任务的完成除了运用探究所得原理，同时可以产生新的发现或应用,如制作包子。通过包子的制作过程,使学生进一步理解酵母菌无氧呼吸的条件以及产物，同时提高学生学以致用的意识与能力。2.5评价通过对以上学习过程中表现，采用自评、互评、师评等多元化评价,这是与探究型学习相适应的评价模式,重视学生学习结果的同时也重视探究学习过程,重视学生学习过程中分析问题、解决问题的能力培养，同时提高学生学习的主动性与积极性。3STEM教学农业专业人才需具备一定的工程素养,STEM教学为集科学(Science)、技术(Tecnology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)于一体的教学理念⑶，旨在打破学科间界限，培养学生的工程素养。在农业微生物学教学过程中，设计STEM项目化教学，在完成项目过程中达成知识学习,工程素养培养。项目的选择同样强调源于现实世界的真实问题，遵循挑战性、可行性的原则。为此，笔者将农业微生物学课程内容设置为模块,每个模块设置STEM项目，项目的完成即实现模块中主要知识学习同时培养工程素养。例如，设置“使用发酵罐培养微生物及发酵”项目,在此过程中实现STEM教学。科学：学习微生物培养基成分、微生物生长条件与环境因素、微生物的有氧与无氧状态下的生长代谢情况等科学知识。技术：掌握使用发酵罐发酵技术，如何实时调控培养基的pH,通氧量，不断流出产物，增补培养基等。工程：从培养基的选择与配制、酸碱调节剂准备，到微生物的接种培养调控,对整个发酵过程的安排,以及处理解决发酵培养过程中出现的各自问题。数学：计算欲得产物所需培养基的量，计算流出产物与增补培养基的关系等。该项目的完成基于一定的科学综合素养，在完成这一项目过程中不仅使学生掌握了微生物生长代谢的主要知识，同时提高了农业专业学生的工程素养，培养兼具知识与技能的人才。由于STEM教学的复杂性与挑战性，教师应为STEM教学有效开展提供保障。在基于项目化的STEM教学过程中，教师应就学生提供的项目方案提供可行性建议，在项目实施过程中提供技术指导与理论咨询，同时提供相关的学习资料获得渠道与获得方法,就学生遇到的困难通过提供资料，提出思考角度有效引导。同时，基于移动设备的普及,教师可在项目实施的过程中与学生实现异步交互,在线即时解答学生疑问。基于项目化的农业微生物学STEM教学评价，同样既重视工程项目的结果，也重视工程项目的实施过程