1. 引言
微生物学作为生命科学领域的核心课程，在生物工程、食品科学、环境工程、医学制药等多个专业的人才培养中具有举足轻重的地位。然而，传统微生物学教学中存在重理论轻实践、教学内容与行业发展脱节、学生创新能力和解决问题能力不足等问题，难以满足新时代对应用型人才的需求。特别是在应用型本科高校中，如何通过教学改革使微生物学教学更加贴合产业实际，培养学生的实践能力和创新思维，成为亟待解决的重要课题[1]。
随着全球范围内工程教育认证的持续推进和“新工科”建设理念的深入，应用型本科高校的人才培养模式正在发生深刻变革[2]。微生物学教学改革不仅涉及教学内容和方法的更新，更需要从教育理念、课程体系、实践环节、评价机制等方面进行系统设计和全面优化。当前，多个高校在微生物学教学改革方面进行了有益探索，如中南林业科技大学的“两优”“一特”课程育人模式、沈阳医学院的线上线下混合式教学、广东海洋大学的SRPED教学模式等，均取得了显著成效。
本文结合近年来微生物学教学改革的前沿动态和成功经验，系统阐述应用型本科高校微生物学教学改革的理念、路径与方法，以期为相关院校的教学改革提供参考和借鉴。
2. 教学改革的背景与意义
2.1. 应用型本科高校的定位与要求
应用型本科高校以培养高素质应用型人才为主要目标，强调学生的实践能力、创新精神和职业素养。与研究型高校相比，应用型本科高校更注重知识应用能力、技术实现能力和岗位适应能力的培养。微生物学作为一门实践性很强的学科，在应用型人才培养中具有独特优势，但也面临如何平衡理论深度与实践广度、如何对接产业需求与学生发展等挑战[3]。
在“健康中国”战略和生物经济快速发展的大背景下，微生物学相关行业对人才的需求日益增长，且标准不断提高。这不仅要求毕业生掌握扎实的微生物学理论基础，更需要具备微生物检测、发酵控制、环境微生物治理等实践技能，以及创新思维和解决问题能力。因此，推进微生物学教学改革，是适应经济社会发展需求的必然选择。
2.2. 传统教学模式的局限与挑战
传统微生物学教学模式存在多方面局限：首先，教育理念滞后，以教师为中心的知识传授模式仍占主导，学生被动接受知识，难以激发学习兴趣和主动性；其次，课程体系僵化，理论教学与实践教学脱节，实验内容多以验证性为主，缺乏综合性和设计性项目；再次，教学方法单一，缺乏现代化教学手段和数字化资源的有效利用，难以满足学生个性化学习需求；最后，评价方式片面，过度注重期末考试成绩，忽视学习过程和实践能力的评价[4]。
这些局限性导致学生实践能力和创新精神不足，难以适应岗位要求。例如，许多毕业生虽然掌握了微生物学的基本理论，但在实际工作中无法有效开展微生物检测、鉴定和应用工作，需要企业进行长时间再培训。因此，深化教学改革，打破传统模式的桎梏，成为应用型本科高校微生物学教学亟待解决的问题。
3. 教学改革的总体理念、思路与研究方法
3.1. 以学生为中心的教育理念
现代教育理论强调以学生为中心，关注学生的学习体验和发展需求。在微生物学教学改革中，应彻底转变教师角色，从知识的传授者转变为学生学习的引导者、组织者和合作者[5]。成都大学提出的“悟道、求业、生惑”教学理念，正是这一转变的体现，鼓励学生主动探究知识，自我质疑和解疑，与教师共建深度学习共同体(表1)。
在这一理念指导下，微生物学教学应充分考虑学生的认知规律、能力基础和职业发展需求，设计层次化、个性化的教学方案。通过创设真实问题情境、引导探究性学习，激发学生的内在动机，培养自主学习和终身学习能力。同时，注重师生互动和生生合作，营造开放、平等、协作的学习氛围，使学生在互动中建构知识、在合作中提升能力。
3.2. 产出导向(OBE)教育模式
产出导向教育(Outcome-Based Education, OBE)是应用型人才培养的有效模式。它强调以学生的学习成果为导向，反向设计课程体系和教学活动，确保学生毕业后具备从事相关职业所需的能力和素养。在微生物学教学中，基于OBE理念，首先明确学生在课程结束后应达到的知识目标、能力目标和素质目标，然后据此设计教学内容、教学方法和评价方式[6]。
具体而言，知识目标包括掌握微生物的形态结构、生理代谢、遗传变异、生态分布等基本原理；能力目标包括微生物检测、培养、鉴定和分析等实践能力，以及发现问题、解决问题的综合能力；素质目标包括科学精神、创新意识、职业伦理和生态文明素养等。通过这三类目标的有机融合，实现知识、能力、素质的协调发展。
3.3. 学科交叉与产教融合
微生物学作为一门交叉学科，与食品科学、环境工程、临床医学、生物制药等领域密切相关。在教学改革中，应打破学科壁垒，推进学科交叉融合，将相关领域的新知识、新技术、新方法引入教学，拓展学生的知识视野和思维方式[7]。成都大学在微生物学教学中，整合微生物学、免疫学、生态学等多学科视角，将前沿科研成果和临床案例融入课堂，有效提升了教学质量和学生综合素养。
同时，积极推进产教融合，与行业企业建立紧密合作关系，共同制定培养方案、开发课程资源、建设实践基地。通过引入企业真实项目和技术人员参与教学，使教学内容与行业需求无缝对接，增强学生的职业适应性和就业竞争力。
Table 1. Core Concepts and implementation points of microbiology teaching reform
表1. 微生物学教学改革的核心理念与实施要点
理念类型 |
核心内涵 |
实施要点 |
以学生为中心 |
关注学生发展需求，促进主动学习 |
角色转变、探究学习、互动合作 |
产出导向(OBE) |
以学习成果反向设计教学 |
明确三维目标、优化教学环节 |
学科交叉 |
整合多学科知识和方法 |
引入前沿案例、拓展知识视野 |
产教融合 |
教育与产业深度融合 |
校企合作、真实项目、双师型队伍 |
3.4. 研究方法
为科学评估教学改革成效，本研究采用准实验设计，选取成都大学食品科学与工程专业2023级学生作为实验组(n = 102)，实施系统教学改革，同时以2022级学生作为对照组(n = 98)，两组在入学成绩、前期课程基础等方面无显著差异。研究通过课程成绩数据库、自主学习行为日志、学生能力自评量表(Cronbach’s α > 0.85)及教学满意度问卷系统收集数据，并采用SPSS 26.0进行独立样本t检验与卡方分析。结果显示，实验组学生在期末理论考试(t = 4.32, p < 0.01)与实践技能考核(t = 5.18, p < 0.01)中成绩提升显著，表明改革措施在统计学意义上对学生能力发展具有积极影响。
4. 课程体系的重构与优化
4.1. 模块化课程设计
为适应应用型人才培养需要，微生物学课程应采用模块化设计，打破传统的章节式结构，根据知识内在逻辑和实际应用需求，整合为若干相对独立又相互联系的模块[8]。一般而言，微生物学课程可分为以下模块：基础理论模块(微生物形态、生理、遗传、生态等)、实验技能模块(显微镜使用、灭菌消毒、分离纯化、染色鉴定等)、应用拓展模块(食品微生物、环境微生物、医学微生物、工业微生物等)和综合创新模块(项目研究、案例分析和虚拟仿真等)。每个模块设定明确的学习目标和能力要求，并根据专业特点和学生需求进行动态调整。
模块化课程设计不仅使教学内容更加清晰有序，也增强了灵活性和适应性。学生可以根据自己的兴趣和职业规划，选择相应的模块进行深入学习，实现个性化发展。同时，模块化设计便于及时更新教学内容，将微生物学领域的最新进展和前沿技术引入课堂，保持课程的时代性和先进性。
4.2. 思政元素的有机融入
课程思政是落实立德树人根本任务的重要途径。在微生物学教学中，应深入挖掘和有机融入思政元素，培养学生的科学精神、职业伦理和社会责任感[9]。具体而言，可以通过微生物学发展史(如巴斯德、科赫等科学家的探索精神)、我国科学家在微生物学领域的贡献(如汤飞凡发现沙眼衣原体)、微生物技术在抗击疫情和环境保护中的应用案例，培养学生的家国情怀、科学素养和生态文明意识。
成都大学在微生物学课程建设中，特别注重培养学生“两优”能力(优良的实践能力和创新能力)和“一特”素养(生态文明素养)，通过讲解微生物绿色制造技术、微生物无害化环境治理等知识点，厚植学生的绿色发展观和生态文明理念。这种将专业教育与思政教育有机融合的做法，实现了知识传授、能力培养和价值引领的统一。
在实施过程中，应避免生硬说教，而是通过案例讨论、主题研讨、实践体验等多种方式，使思政元素如盐化水般地融入专业教学，达到润物无声的育人效果。
4.3. 前沿学科交叉融合
随着学科发展，微生物学与多个前沿领域形成交叉融合。在课程体系重构中，应注重学科交叉内容的引入，拓展学生的知识视野和思维方式[10]。成都大学在医学微生物学课程中，将微生物学、免疫学、生态学等多学科视角整合，系统讲解人体各系统微生态特征、微生物群构成及分布规律，并深入分析微生态失调相关临床疾病，体现了课程融合、学科交叉、深入临床的前沿特性(表2)。
此外，微生物学与合成生物学、生物信息学、纳米技术等新兴领域的交叉也应在课程中有所体现。例如，可以引入微生物基因组学、宏基因组学、微生物合成生物学等内容，使学生了解微生物学的前沿动态和发展趋势。这种交叉融合不仅丰富了课程内容，也培养了学生的跨学科思维和创新能力[11]。
Table 2. Correspondence between microbiology course modules and ability development
表2. 微生物学课程模块与能力培养对应关系
课程模块 |
主要内容 |
培养能力 |
教学方法 |
基础理论模块 |
微生物分类、结构、生理、遗传等 |
理论基础、科学思维 |
线上学习、案例教学 |
实验技能模块 |
显微技术、灭菌、分离、鉴定等 |
实验操作、数据分析 |
实验教学、虚拟仿真 |
应用拓展模块 |
食品、环境、医学、工业微生物等 |
知识应用、解决问题 |
项目学习、案例分析 |
综合创新模块 |
研究项目、创新实验、学科竞赛等 |
创新思维、团队合作 |
探究学习、科研训练 |
5. 教学方法的创新与实践
5.1. 线上线下混合式教学
随着信息技术与教育的深度融合，线上线下混合式教学成为微生物学教学改革的重要方向[12]。这种模式将线上学习的灵活性与线下互动的深度性有机结合，充分发挥各自优势，提高教学效果。在具体实施中，线上环节主要包括微视频观看、在线测试、主题讨论和资料查阅等。教师可以利用自建的SPOC课程或已有的在线资源，引导学生进行自主学习和预习。例如，基于SPOC的微生物学混合教学模式按照“课前、课中、课后”三大模块设计：课前环节采取线上SPOC自主学习，课中线下案例学习，课后线上巩固拓展。这种模式不仅提高了学生的学习主观能动性，也培养了他们的自主学习能力。
线下环节则侧重于难点解析、案例讨论、实验操作和项目探究等深度互动活动[13]。教师根据线上学习反馈，有针对性地讲解重点难点，并组织学生开展小组讨论、案例分析和问题解决等活动，促进知识的内化和能力的形成。通过线上线下有机结合，实现了从“以教为中心”向“以学为中心”的转变，有效提升了教学质量。
5.2. 虚拟仿真与数字化资源应用
微生物学中的一些抽象概念(如微生物代谢途径、遗传机制)和危险操作(如病原微生物检测)难以通过传统教学方式展现，而虚拟仿真技术可以有效解决这一问题[14]。通过开发或引入虚拟仿真实验、三维动画和交互式软件，使学生能够直观观察微生物的微观世界，安全进行高风险实验，增强学习体验和理解深度。
此外，数字化资源库的建设也是教学改革的重要方面。包括微课视频、动画库、案例库、习题库等多种类型的数字资源，为学生自主学习和拓展探究提供了丰富素材。微生物学课程团队可以建立体系化的课程资源库，涵盖教学视频、电子教案、实验演示、科学家故事、前沿进展等多个模块，满足学生多样化的学习需求。
5.3. 项目式学习(PBL)与科研反哺教学
项目式学习(Project-Based Learning, PBL)是一种以学生为中心的教学方法，通过引导学生在真实、有意义的项目中主动探究，培养他们的综合能力和创新思维[15]。在微生物学教学中，PBL可以通过引入实际问题，如“土壤中功能菌株的筛选鉴定”、“环境中抗生素抗性菌的检测”等，引导学生设计实验方案，实施实验操作，分析实验结果，最终解决问题。
成都大学在微生物学实验教学改革中应用PBL方法，以土壤中功能菌株的筛选鉴定为导向问题，引导学生主动思考，根据实际问题设计实验方案，增加学生的主观能动性和团队协作能力。实践表明，这种方法可以有效提高学生动手及解决问题的能力。
与PBL相呼应，科研反哺教学也是提升教学质量的有效策略。将教师的科研项目转化为教学案例和实验内容，使学生在学习过程中接触科学前沿，培养科研思维和创新能力。这种科研与教学紧密结合的方式，不仅丰富了教学内容，也激发了学生的研究兴趣和创新精神。
6. 实践教学体系的强化与拓展
6.1. 实践教学内容的整合与升级
实践教学是微生物学教学的重要组成部分，对于培养学生实践能力和创新精神具有不可替代的作用[16]。在应用型本科高校微生物学教学改革中，应对实践教学内容进行系统整合和全面升级，增加综合性、设计性和创新性实验比例，减少验证性实验项目。
具体而言，可以将实验内容分为三个层次：基础性实验(如显微镜使用、细菌染色、培养基制备等)、综合性实验(如水中大肠菌群的检测、食品中微生物的分离鉴定等)和创新性实验(如功能微生物的筛选、微生物降解污染物等)。基础性实验培养学生基本操作技能；综合性实验强调多知识点融合和多技能综合应用；创新性实验则鼓励学生自主设计方案，解决实际问题。
环境微生物实验指导课程共分13节课，逻辑结构关系从“实验课前须知”到“初步认识微生物”，再到“无菌操作”和“培养基的制备”，最后到“环境样品中DNA的提取”和“基因技术的发展”，形成了一个由浅入深、循序渐进的实践教学体系。这种系统化的实验内容设计，既保证了基本技能的扎实训练，又促进了综合能力和创新思维的培养。
6.2. 实践教学平台的创新利用
实践教学效果的提升离不开教学平台的支撑。除了加强实验室硬件建设外，还应注重虚拟仿真平台、校企合作平台和学科竞赛平台的建设和利用。
虚拟仿真平台可以弥补传统实验室的不足，使学生能够安全、经济、高效地进行高风险、高成本实验。例如，通过虚拟仿真技术，学生可以模拟病原微生物的分离鉴定过程，或者进行需要昂贵设备的分子微生物学实验。这类平台特别适合在实验条件有限的情况下使用，也能为学生提供更多反复练习的机会。
校企合作平台是连接学校教育与行业实践的重要桥梁。通过与企业共建实习基地、联合实验室和技术中心，使学生接触真实工作环境和岗位任务，了解微生物学技术在产业中的应用。企业技术人员参与实践指导，带来实际工作经验和案例，增强学生的职业认知和岗位适应能力。
学科竞赛平台如大学生生命科学竞赛、创新创业大赛等，也为学生提供了展示才华、锻炼能力的机会。通过参与竞赛，学生可以综合运用所学知识解决复杂问题，培养团队协作精神和创新能力。广东海洋大学在“食品微生物学”课程教学中，将竞赛项目融入教学内容，实现了“以赛促教、教赛相长”的良好效果。
6.3. 多元考核强化实践能力评价
传统的实验考核多以实验报告为主要依据，难以全面反映学生的实践能力和综合素养。在微生物学实践教学改革中，应建立多元考核评价体系，注重过程性评价和能力性评价[17]。
具体而言，可以从实验设计、操作规范、数据分析、结果表达和团队协作等多个维度进行综合评价。考核方式可以多样化，包括实验操作考试、实验设计答辩、实验报告评价、平时表现观察等。这种多元考核方式能够更全面、客观地反映学生的实际能力，激发他们对实践教学的重视和投入。
成都大学在微生物学课程考核中，采用全过程学习评价制度，将课堂表现、线上学习、实验操作、项目设计和期末考试等环节均纳入考核范围，形成了科学全面的评价体系。这种全过程、多元化的考核方式，避免了单一考试成绩的偶然性和片面性，更能反映学生的真实学习情况和能力水平。
7. 师资队伍建设与教学协同提升
7.1. 校内师资能力提升
教师是教学改革的主力军和实施者，其教育理念、专业素养和教学能力直接影响改革成效。在微生物学教学改革中，应高度重视师资队伍建设，通过多种途径提升教师的教学水平和实践能力[18]。
一方面，组织教师参加教学理念和教学方法培训，如OBE教育模式、混合式教学、PBL教学设计等专题培训，更新教师的教育观念，提升教学设计和实施能力。另一方面，鼓励教师到企业、科研院所进行实践锻炼，了解行业最新发展动态和技术需求，丰富实践经验，提高实践教学能力。
此外，建立教学团队和教学共同体也是提升教师能力的有效途径。通过组建课程教学团队，开展集体备课、观摩教学、教学研讨等活动，促进教师之间的交流与合作，形成教学合力。这种跨学科、跨部门的团队合作，有效整合了各方资源和优势，提升了教学质量和水平。
7.2. 跨校跨机构合作
除了校内师资建设外，跨校合作和校际交流也是提升教学质量的重要途径。跨校合作可以有效避免各高校单打独斗的局面，实现优质教学资源的共建共享，提高微生物学教学的整体水平。特别是在快速发展的信息技术的支撑下，跨校虚拟教研室可以突破时空限制，开展更加频繁和深入的教学交流与合作。
同时，加强与科研院所和行业企业的合作，聘请相关专家担任兼职教师或特聘教授，参与课程建设、实践指导和毕业设计等工作，为学生带来前沿的科研进展和行业动态。这种开放式、多元化的师资队伍建设模式，能够有效弥补校内师资在实践经验和前沿知识方面的不足，为学生提供更加优质的教育资源。
8. 改革成效与反思
8.1. 学生学习效果提升
通过系统的教学改革，微生物学教学质量和学生学习效果得到显著提升。多项研究表明，改革后的微生物学课程在激发学习兴趣、提高学业成绩、培养综合能力等方面取得了明显成效[19]。
成都大学的研究数据显示，采用线上线下混合式教学的教改组学生成绩显著提高(P < 0.01)，学生对教学模式的满意度达到97.5%，融入微生物热点问题和课程思政显著启发了学生学习兴趣，有更多的学生未来想从事微生物相关领域的工作。这表明教学改革不仅提高了学生的学业水平，也增强了他们的专业认同和职业志向。
基于SPOC的微生物学混合教学模式的实践也证明，学生的学习主观能动性明显增强，学习能力显著提高，发现、分析和解决微生物学问题的能力显著提升，学生成绩明显提高。这些成效说明，教学改革在促进学生知识、能力和素质全面发展方面发挥了重要作用。
8.2. 学生能力与素养变化
除了学习成绩的提升外，教学改革还带来了学生能力和素养的显著变化。成都大学在食品微生物学实验教学改革中发现，通过多维度改革，学生的学习主动性与积极性有所提高，实践能力、分析和解决问题能力、高阶综合能力及创新能力显著提升，科学思维得到有效锻炼，同时培养了积极向上的情感、态度及价值观。
成都大学的改革实践表明，通过特色化的课程育人模式，学生的实践能力、创新能力和生态文明素养得到了有效培养，实现了“知识、能力、素质”三维目标的全面落实。这种全面发展的育人效果，正是应用型本科高校人才培养的核心追求。
8.3. 教学成果与反思展望
微生物学教学改革不仅带来了学生学习效果的提升，也产生了一系列教学成果，包括优质课程资源、教学研究成果、教学竞赛奖励等。多所高校的微生物学课程被评为省级或国家级一流课程，相关教学改革项目获得立项和支持。
然而，教学改革也面临诸多挑战和困难。一方面，教学资源的建设和更新需要投入大量时间和精力，对教师提出了更高要求；另一方面，教学改革的深入推进需要制度保障和政策支持，包括教学评价机制、激励政策和管理服务等。此外，不同专业、不同学生群体的差异性需求，也为教学改革带来了复杂性。
展望未来，微生物学教学改革将更加注重智能化、个性化和协同化发展。人工智能技术的应用将为教学提供更多可能性，如智能辅导、个性化学习路径推荐、学习分析等；产教融合和科教融合将进一步深化，形成更加紧密的协同育人机制；教学评价也将更加科学和全面，注重学生学习过程和发展增值的评价。
9. 结论
应用型本科高校微生物学教学改革是一项系统工程，需要从教育理念、课程体系、教学方法、实践环节、评价机制和师资队伍等多个方面进行整体设计和协同推进。本文系统探讨了微生物学教学改革的理念、路径与方法，主要得出以下结论：
首先，微生物学教学改革必须坚持以学生为中心、产出导向和学科交叉融合的核心理念，实现从知识传授向能力培养的转变。其次，课程体系重构应注重模块化设计、思政融入和前沿交叉，形成更加灵活、立体、先进的内容体系。第三，教学方法创新应充分利用信息技术和研究性学习，通过混合式教学、虚拟仿真和项目式学习等方式，提高教学效果和学习体验。第四，实践教学强化应注重内容更新、平台拓展和评价改革，培养学生的实践能力和创新精神。最后，师资队伍建设应通过校内提升和校外合作，打造高水平、多元化的教学团队。
然而，必须清醒地认识到本研究的局限性。首先，本研究是一项基于成都大学特定情境的个案探索，其改革模式深度依托于本校的“省级一流专业”平台、所在地的食品产业资源以及相对稳定的百人级招生规模。因此，研究结论在不同区域、不同资源禀赋、不同行业背景的应用型高校中的普适性有待进一步验证。其次，改革效果的评估主要基于中短期的学业成绩与能力指标，对于毕业生职业发展的长期追踪数据尚不充分，改革对人才核心竞争力的长效影响仍需持续观察。微生物学教学改革是一个持续改进、不断优化的过程，需要各高校结合自身定位和专业特色，探索适合的改革路径和模式。同时，也需要加强校际交流与合作，共享成功经验和优质资源，共同推动应用型本科高校微生物学教学质量的提升，为培养高素质应用型人才作出更大贡献。
基金项目
四川省高等教育人才培养和教学改革重大项目(项目编号：JG2023-76)；教育部产学合作协同育人项目(项目编号：231104602292015；231104602284921)。
NOTES
*通讯作者。