电子显微镜技术课程新形态一体化教材建设——以沈阳农业大学为例.pdf

沈阳农业大学学报（社会科学版）Journal of Shenyang Agricultural University（Social Sciences Edition）DOI：10.3969/j.issn.1008-9713.2023.03.019赵迪.电子显微镜技术课程新形态一体化教材建设J.2023-05，25(3):368-372.电子显微镜技术课程新形态一体化教材建设以沈阳农业大学为例赵迪，吴正超，胡睿，张志宏，王蒴（沈阳农业大学 分析测试中心，辽宁 沈阳 110161）摘要：教材建设是学科建设、课程改革的重要组成部分，教材的发展与改革是新农科发展的必由之路。以沈阳农业大学线下一流本科课程电子显微镜技术新形态一体化教材的建设为例，以新农科建设视角，探讨新形态一体化教材建设的实际意义与现实应用，并对该课程的总体规划、教学目的以及教学效果进行总结。同时，针对教学过程中涉及的各重点环节，对新形态一体化教材的适配性进行深入研究与讨论。电子显微镜技术课程新形态一体化教材的建设，可以帮助大学生更好地理解和掌握教学内容，有助于提高教学质量，为教学提供一种全新的、更为有效的方式，为培养高素质的农业人才打下坚实基础，为新农科建设保驾护航。关键词：电子显微镜技术；新形态；一体化；教材建设中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1008-9713（2023）03-0368-05教材是教学活动中非常重要的一种教学辅助工具，是实现教学目标、呈现教学内容的一种教学媒介。加强新形态一体化教材的建设和探索，是当前深化教学改革、加强新农科建设的一项重要内容1。近年来，随着信息技术与教材建设的深度融合逐步加快，教材建设的理念与形态也在发生着深刻的变革，特别是在 安吉共识中国新农科建设宣言 发布后2，“新农科”将把服务脱贫攻坚、乡村振兴、生态文明和美丽中国建设作为高等农林教育的新使命，面向新农业、新乡村、新农民和新生态建设，通过打破固有学科边界、专业壁垒等，推进农科与理、工、文学科的深度交叉融合，全面掀起高等农林教育的“质量革命”，标志着中国高等农林教育发展进入新时代，更需要新形态教材与之相适应、相协调3。电子显微镜作为最有效的结构及成分研究工具之一，根据电子光学原理，用电子束和电磁透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在高分辨、高放大倍率下成像，并且在技术层面和市场拥有量上，也是近年来发展最快的大型仪器之一。电子显微镜技术课程是以细胞生物学、动物学、植物学和微生物学等多门课程为基础，利用电子显微镜“科学的直观性”和“高分辨本领”进行细胞超微结构观察、研究的实验技术，是农学、林学、食品和生物等专业学科的基础课。因此，为了保证理论知识与实践应用相统一，依据“教育与科研相统一”研究型教学理念4-5，有效提升农业院校各学科整体教学质量和科研能力，做到“认知引领、前沿导向、范例教学”，沈阳农业大学面向本科及研究生开设电子显微镜技术课程6，并将多模式教学方式应用于教学实践，引导大学生深入理解电子显微技术7，满足多学科教学需求。电子显微镜技术课程主要讲授透射电子显微镜、扫描电子显微镜、激光扫描共聚焦显微镜的工作原理、仪器结构和使用方法。电子显微镜的结构与原理是本课程的基础，涉及光学、电磁学和机械学等方面的知识，内容相对枯燥且艰深8；透射电镜和扫描电镜生物样品制备技术是本课程的重点。另外，课程还会介绍生命科学领域中形态学研究技术的方法选择。通过课程学习，能够让大学生理解电子显微镜的工作原理，掌握电子显微镜生物样品的制备技术，了解显微技术发展的前沿动态，从而使大学生具备依据不同研究目的、选择合适的形态学研究技术的能力，掌握好本课程内容对大学生未收稿日期：2023-03-24基金项目：国家寄生虫资源库项目（NPRC-2019-194-30）；沈阳农业大学教育教学研究项目（2021-90）第一作者：赵迪（1985-），女，沈阳农业大学副教授，博士，从事电子显微镜技术教学研究。通讯作者：王蒴（1976-），女，沈阳农业大学讲师，博士，从事电子显微镜技术教学研究。高等教育与教学改革栏目赵迪等：电子显微镜技术课程新形态一体化教材建设第期3来的科研、工作都颇有助益。考虑到电子显微镜技术课程的技术性和应用性很强，在教学过程中大学生的实践与操作是必不可少的9，尤其是在仪器操作和生物样品制备的实验教学方面，如果能让大学生实际操作电子显微镜，亲身体验制样流程，那无疑是最为有效的培训方式。2019年，郑月园等利用计算机技术构建具有智能反馈的电子显微镜仿真教学系统，通过引入“智能反馈系统”“激励机制”来优化培训效果，并对电子显微镜中的成像系统进行模拟实现10。随着新形态教材建设项目的推进与“三教改革”的深化，利用新形态教材开展混合式教学已成为改变课堂生态、提升课堂品质的有效途径。因此，新形态教材无疑将会为当前的电子显微镜技术课程教学提供一种全新的、更为有效的方式，为培养高素质的农业人才打下坚实基础。一、电子显微镜技术课程新形态一体化教材设计思路构建新形态教材的目的，就是要在新时代专业教育观的引领下，来弥补原有专业教材无法满足教师教学需要以及大学生学习需求的缺陷。因此，依据社会需求、学科建设和人才培养方向，站在新农科建设全局的高度进行整体规划。（一）设计背景通过对教材进行完整、全面分析的基础上，根据课程在专业人才培养过程中的地位和作用，加强科学统筹，有重点地选择和构建动态的课程教材，使新形态教材的内容不重复交叉，让教师的教学活动变得更加完整，更重要的是可以让大学生的学习变得更具有意义和价值11，全面提升教师教学的质量和大学生学习的效率。为此，在做好电子显微镜技术课程新形态一体化教材的开发与建设过程中，考虑其作为多学科的基础教材，坚持围绕新农科建设，依托信息化技术与条件，通过优化教学内容和结构的设计，增强教学的便捷性和针对性，让教学内容融合真实性、实用性和趣味性12，并将电镜相关的经典案例、典型图片引入教材中，从而全面提升教学质效，引导大学生培养综合运用知识的能力和创新意识。（二）总体规划在新形态一体化教材规划上，针对传统教材缺乏专业针对性和授课灵活性，难以与新农科建设、不同专业个性化需求相匹配的实际情况，在互联网+教学模式下，积极探索开发活页式、工作手册式等形式的电子显微镜技术课程新形态教材。将课程内容按学科、按专业、按授课对象制成活页式、工作手册式教材，这样就可以根据不同专业人才培养目标和技能要求，灵活整合电子显微镜技术课程的授课素材，使课堂教学更具针对性和实效性。同时，在新形态一体化教材中，配套增设仪器操作和实验教学任务，主要包括透射、扫描电子显微镜、激光扫描共聚焦显微镜的结构及使用，以及电子显微镜样品制备技术，让大学生在充分理解和掌握理论知识的基础上，增强动手实践能力。（三）细节设计由于电子显微镜实验教学存在特殊性，生物样品制备环节中会利用到诸多有毒有害甚至剧毒试剂，如戊二醛、多聚甲醛、丙酮、环氧树脂和锇酸等，为了保证大学生的安全，不能实际进行样品制备的实践操作，将电镜制样技术利用动画或视频的形式展示给大学生，通过观看实验教学录像片，向大学生演示实验过程，让大学生掌握如何安全使用这些试剂以及废弃试剂的保存和回收处理工作。可以说，在新形态一体化教材的设计上，将这些具有多样化、可视化及具备立体化支撑的重难点教学内容的微课、AR资源等数字化资源整合到教材中，并辅以经过多轮教学实践检验的课程标准、授课计划、整体及单元教学设计等全面教学资源，整合制作成精良的电子课件及活页教材，在兼顾纸质教材体系内容完整性和逻辑合理性的前提下，建设多样化、可视化的数字教学资源，实现两者的高度融合，是新形态一体化教材建设的题中应有之义。二、电子显微镜技术课程新形态一体化教材在教学过程中的应用习近平总书记在哲学社会科学工作座谈会上讲话指出，“学科体系同教材体系密不可分。学科体系建设369沈 阳 农 业 大 学 学 报（社 会 科 学 版）第卷25上不去，教材体系就上不去；反过来，教材体系上不去，学科体系就没有后劲”13，在教材编写、推广和使用上要注重体制机制创新。一本好的教材是进入一门学科最好的方式，也是最重要的基础14。在以往电子显微镜技术课程的教学过程中，由于电子显微镜属贵重精密设备、维护费用较高，该课程的教学组织形式多以课堂理论教学为主，大学生只能生涩、枯燥理解电镜分析的理论知识，对仪器设备的工作原理和组成构造缺乏直观理解，更谈不上具体的实践操作。这些弊端造成大学生对该课程的学习积极性不高、学习效率较低，缺乏对该仪器分析测试方法的直观感受，这对大学生以后利用该方法对样品观察分析是非常不利的15。因此，需要在优化新形态教材模式的基础上，依托新形态教材的教学方式，实现新形态教材与专业教学需求相适应。在新形态一体化教材建设过程中，将教学过程分为课前、课中和课后三个部分16，从而实现新形态教材在教学过程中的全流程、闭环应用。（一）课前准备按照大学生专业需求及时更新完善教材内容，充分利用活页式、工作手册式电子显微镜技术课程新形态教材完成课前预习任务。在互联网+教学模式下，传统教材缺乏灵活性，难以与信息高速发展的实际情况相匹配，而新型活页式、工作手册式教材的教学资源相对比较丰富，能够克服上述弊端，可以根据电子显微镜技术课程不同专业人才培养目标和技能要求以及教学安排，动态完善活页式教材和电子资源，灵活整合课程内容，增强教材的时代性、专业性和先进性，满足不同专业的个性化教学需求，大幅提升教学服务能力，使课堂教学更具针对性和实践性。同时，针对大学生不同专业背景，将沈阳农业大学科研团队借助电子显微仪器所取得的相关科研成果或高水平科研文章整合到教材中，使大学生结合科研实际，了解样品制备技术，激发大学生学习兴趣。教师利用新形态教材的教学资源，准备相关微视频与教学资料，制订授课计划，设计课内讨论情景或电镜理论内容，发布预习任务。大学生通过扫描活页教材中的二维码进行预习。教师查询大学生学习记录，分析大学生预习情况，掌握大学生学习进度，使大学生完成对即将开始的课程内容和相关知识点的梳理，更好地消化吸收课程内容。（二）课中应用教师可利用新形态教材的优势，结合网络授课平台，采用网络及多媒体形式授课，开展线上线下混合式教学。授课过程中，要及时关注大学生的学习状态，组织问题讨论，做好总结点评。新形态教材配套的教学录像片、微课、AR资源、电子课件和课程整体设计等电子资源，均可通过沈阳农业大学搭建的易尔思网络学习平台进行更新和优化，可以根据大学生的学科方向、专业背景，精准构建教学内容。根据电子显微镜技术课程的教学要求，结合大学生专业需求，新形态教材精准凝练透射电镜、扫描电镜及激光扫描共聚焦显微镜等三大部分内容，并通过工作任务与各章节知识点有效关联的形式，将本课程分为13项工作任务，即按照教学日历每两个学时对应一个工作任务，最后设置一个跨章节的综合性任务。其中，章节任务配有独立的工作过程、学习目标、对应的知识点以及思考题等，综合性任务则涵盖所有需掌握的重要知识和技能，给大学生提供充分的思维拓展空间。在新形态教材中还设置留白，方便大学生进行笔记整理，给教学提供便利条件，更好地培养大学生综合解决实际科研问题的能力。另外，教师通过新形态教材结合易尔思教学平台设置讨论模块，大学生可以通过实际调研、小组讨论、网络搜索和查阅书籍文献等方式，整理成讲稿，课堂做互动讨论，也可将讨论内容上传至易尔思教学平台讨论区，通过课堂讨论，可以使大学生准确掌握电子显微镜技术课程的先进理论，充分把握国内外前沿技术动态，拓展大学生的视野和知识面，激发大学生的学习热情。（三）课后总结结合新形态教材的优势，大学生可以对课堂学习任务进行及时梳理和总结。新形态教材中各教学任务都配有对应的教学视频，大学生对课上没有消化的内容，可通过扫描二维码自行观看教学视频，进行有效复习，做到查缺补漏，有助于将复杂的电镜技术所涉及晦涩难懂的仪器原理等知识点可视化，寻求最终解决方案，更好地理解所学内容。同时，大学生对感兴趣的问题也可以在易尔思教学平台中进行提问和讨论，便于答疑解惑。对能够自觉参加线上学习的大学生，教师要事先准备好个性化学习任务，引导这些学有余力的大学生报370赵迪等：电子显微镜技术课程新形态一体化教材建设第期3名参加“电镜实验室第二课堂”继续深入学习，让这部分大学生能够学得更深。在线下课堂开展小组协作学习时，这部分大学生能够起到领跑作用，带动小组其他大学生一起进步，共同提高。新形态教材的构建，为教师今后分析教学状态、优化教学策略和改进教学内容提供必要的保障。教师要充分利用其优势，坚持分类施教，通过探索多种教学混合的新模式并结合新形态一体化教材等多种形式，让大学生更好地掌握电子显微镜生物样品制备技术，确保按期完成教学任务，有效提高教学效率。三、电子显微镜技术课程新形态一体化教材建设的局限与未来建设方向新形态教材的混合式教学模式不是一成不变的，这种教学模式主张教师在教学过程中不断根据教学状态进行分析，理清大学生、教师、线上课堂和线下课堂等四个维度及其各因素之间的关系，及时发现问题并解决问题，优化教学过程中的各个环节，形成一个不断改进与优化的良性循环。（一）新形态一体化教材建设局限1.教材建设滞后电子显微镜技术课程旨在培养大学生电镜应用基础知识和基本技能，致力于提高大学生运用电镜综合解决科学实际问题的能力。但由于目前适用于各领域的电子显微镜技术教材资源不足、纸质教材缺乏一体化设计，因此，现有的教材无论在内容和形式上都无法适应新时代教学的要求，难以满足大学生个性化学习的诉求和教师创新教学方法的需求。2.教材需要的电子显微镜仪器与信息技术融合不够大学生在操作练习中有损坏仪器的风险，而且操作过程复杂耗时，所用试剂大多为剧毒和危险化学药品，这些问题使得目前很难提供大量的机会供大学生反复练习。随着互联网技术的发展，如果能够借助信息技术与电子显微镜教学实践深度融合，将电镜教材二维静态画面转换成三维动态立体画面，使大学生能在实践中践行理论、在理论中反思实践，是新形态一体化教材建设需突破的重难点。（二）新形态一体化教材未来建设方向通过结合虚拟实验采用线上线下教学，并依靠网络远程教学和翻转课堂的引导式、开放式教学相结合，可以激发大学生的实验兴趣和积极性，提高大学生的实验操作技能17。随着科技进步，各类研究对电子显微镜技术的需求也在不断增长。因此，建立全面、系统的教材建设体系是培养优秀电子显微镜技术人才的重要保障。1.教材内容更新与整合及时更新电子显微镜技术研究最新进展，整合相关内容，确保教材的权威性和完整性。根据电子显微镜技术的授课目标、大学生发展状况及未来科研及就业需求，从使用形式和内容两方面延伸拓展传统教材是重要发展趋势之一，将会使大学生更加直观地理解教学内容，更好地消化吸收相关知识，并能有效将电镜技术应用于未来的科学研究中，有助于提高本科及研究生的教学质量，同时也可以与传统线下教学互为补充，探索多种教学混合的新模式，为提高课程的教学质量，保证顺利完成教学任务提供保障。电子显微镜技术在生物学、材料科学和化学等领域均有应用，教材应融合相关学科的知识，提供多学科综合应用的案例，培养大学生跨学科思维能力。教材建设应注重国际化意识和跨学科整合。教材内容将加入国际视野和实践案例，帮助大学生增强跨文化交流和全球竞争能力。同时，多学科融合的教材也有助于培养大学生综合素质和创新思维。2.教材使用形式多元化随着全球化进程的不断深入，未来电子显微镜技术课程教材建设将越来越强调开放共享和自主创新。教师可以通过互联网平台分享优质教材、教学资源和案例，促进教学交流和合作，提高教学效果和创新能力。未来教材将更加融入新技术和媒体手段，利用图像、视频和互动模拟等形式，使教材内容更加生动有趣。同时，结合在线学习平台和移动学习工具，打破时间和空间限制，提供便捷的学习方式。此外，未来电子显微镜技术课程教材建设还需要建立科学、有效的教材评价和反馈机制。通过教师和大学生的评价、教学实践的检验等方式，及时发现问题并改进教材，提高教学质量和效果。通过新形态一体化教材的应用，使大学生能够更好地理解电子显微镜工作原理，掌握电子显微镜生物样品制备技术，了解显微技术发展的前沿领域，从而使大学生具备依据不同研究目的、选择合适的形态学研究技371沈 阳 农 业 大 学 学 报（社 会 科 学 版）第卷25术的能力，为培养高素质的农业人才打下坚实基础，为新农科建设提供保障。参考文献1 朱丹,黄俊梅,陶晓庆.三教改革背景下新型活页式教材的探索与建设J.科技风,2021(9):58-59.2 安吉共识中国新农科建设宣言J.中国农业教育,2019,20(3):105-106.3 丛晓红.新农科背景下高等农业教育教材的时代性J.新闻研究导刊,2021,12(5):238-240.4 刘宝存.美国研究型大学的产生与发展J.高教探索,2005(1):24-26.5 侯自兵.大学生自提问题式研究型教学模式J.中国冶金教育,2020(5):50-52.6 王蒴,赵迪,徐铭泽.农业院校电子显微镜技术实验教学改革与实践J.教育教学论坛,2018(46):261-262.7 詹倩,万发荣,韩文妥.透射电子显微学课程多模式教学J.中国冶金教育,2021(4):8-10.8 黄吉雷,刘传荷,伦璇.生物电子显微镜技术 课程教学与实践J.教育教学论坛,2018(19):166-167.9 赵迪,王蒴,李野,等.电子显微镜技术实验教学中教学视频的制作与应用J.教育现代化,2019(56):158-159.10 郑月园,陈泽昊,梁家郅,等.具有智能反馈的电子显微镜仿真教学系统J.电子显微学报,2019,38(2):182-188.11 邵士昌,周光宏,徐幸莲,等.新农科背景下新形态教材建设逻辑:理论、原则与优化路径J.高等农业教育,2021(3):95-99.12 汪荣.新形态一体化教材建设研究与实践J.科技资讯,2020(15):234-235.13 习近平.在哲学社会科学工作座谈会上的讲话N.人民日报,2016-05-19(2).14 黄希庭,毕重增,岳童.试论中国社区心理学的教材与课程建设J.中国教育科学(中英文),2022,5(1):13-22.15 王皓民.透射电子显微学课程教学改革探索J.科教导刊,2021(22):143-146.16 徐伟,侯科技,金湘波.基于新形态教材的“三融合一循环”混合式教学模式研究J.中国教育信息化,2020(20):16-20.17 邓江洪,陈新元,曾良才.虚拟仿真技术在液压传动课程中的应用研究J.教育教学论坛,2021(3):157-160.Analysis on the Constructional of New Form Integrated Textbook of ElectronMicroscopy TechnologyTake Shenyang Agricultural University as an ExampleZHAO Di,WU Zhengchao,HU Rui,ZHANG Zhihong,WANG Shuo（Shenyang Agricultural University,Analytical Instrumentation Center,Shenyang 110161,Liaoning Province,China）Abstract：Textbook construction is an important part of discipline construction and curriculum reform.The development and reform oftextbook is a key way for the development of the new agricultural science.This article takes the construction of the new form integratedtextbook of electron microscopy technology courses,which is the first-class courses of Shenyang Agriculutral Univeristy,as an example.From the perspective of new agricultural science,the practical significance and application of the construction of new form integratedtextbook were discussed.This paper proposed the general idea of the new form of integrated textbook,and the teaching objectives andteaching effects of the course were summarized.At the same time,the suitability of the new form integrated textbook was deeply studiedand discussed,according to the key segment involved in the teaching process.The new form integrated textbook helps to improve theteaching quality of electron microscopy technology.Students can more intuitively understand and master the theory of electron microscopy,which help to improve the teaching effect.It also provides a new and more effective way for teaching,which lays a solid foundation for thecultivation of high-quality agricultural talents,and escorts the construction of new agricultural science.Key words：electron microscopy technology;new form;integrated;textbook construction责任编辑王阳372