基于“以美育人”的多层次实验教学改革实践

［摘 要］ 通过探讨美育在高等教育阶段和一流学科建设中的重要意义，以华中科技大学生命科学与技术学院实验教学中心构建的基于“琼脂艺术”的系列实验课程为切入点，探索美育助力高校生物实验教学改革的可行性路径。实践结果表明，这种融合美育理念的多层次实验教学模式有效提升了生物学科的教学实效性，有利于培养具有审美素养和创新意识的高素质应用型人才，为落实立德树人根本任务创建一流的支撑保障条件和教学体系。

［关键词］ 美育；多层次实验教学；审美素养；创新意识

［基金项目］ 2020年度华中科技大学国家自然科学基金面上项目“应用斑马鱼模型研究BCD发病的病理机制”（82071010）

［作者简介］ 张耀文（1990—），女，河南周口人，硕士，华中科技大学生命科学与技术学院实验教学中心工程师，主要从事生物工程与系统生物学实验研究；白 虹（1978—），女，甘肃庆阳人，博士，华中科技大学生命科学与技术学院实验教学中心高级工程师，主要从事生物药物分析和天然药物化学研究；唐朝晖（1968—），女，江苏镇江人，博士，华中科技大学生命科学与技术学院实验教学中心正高级工程师（通信作者），主要从事人类医学遗传学及综合性实验研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）29-0001-04 ［收稿日期］ 2022-09-29

美学教育，即美育，是培养和提升学生理解、热爱和创造美的能力的教育［1］，它能够将认知、意识和情感从三个维度上进行融合，让艺术滋养心智的同时，激发学生的创新意识，使学生的理性思维和感性思维都得到锻炼［2］。不同于培养艺术类专业型人才的“专业美育”，自然学科的美学教育应秉承“向美而行，以美育人”［3］的教育理念，在遵循学科之间知识交叉渗透的发展规律的基础上，结合自然学科专业培养特色，将美育理念有机融入，最大限度地发挥美育在健全人格、激发创造等方面的作用，达成一流人才培养及一流学科建设的目标。我院实验教学中心自2017年起，积极规划、挖掘生命科学中的美学元素，建设以“琼脂艺术”“生物标本艺术”等多个主题的多层次、成系列的实验课程，从凝练美学元素、强化课程设计、选择恰当方法等方面努力推进审美视点与实验教学的融合，形成美育与自然学科整体化、协同化发展的育人机制，从而构建科学合理的美育实验教学体系。

一、关注生命之美，凝练生物实验教学中的美学元素

（一）生命科学中的美学元素

生命科学是研究、阐述生命现象及其发展规律的科学，是与人类生活、社会发展有着广泛而密切联系的学科。美学元素不仅存在于研究对象生物之中，还贯穿于理论体系的架构之中［4］，即包括了自然美、社会美、艺术美、科学美等多个方面。其中，自然美是与生俱来的，如蝴蝶翅膀的色彩与图案、鸟类求偶时的“舞蹈”等；社会美是人们对生物某些物种自然特征认识的深化，如树木的不畏严寒酷暑、荷花的出淤泥而不染等；艺术美是生物体奇妙的自然形态，通过人的加工和改造形成的，它倾注了创作者的思想情感，如加工制成的叶脉书签、动植物标本、微生物切片等；科学美则是在生命科学理论研究与探索过程中产生的，如神奇而美丽的DNA双螺旋结构的揭示、色彩各异的荧光菌的发现及重构等。无论是宏观还是微观、表面色彩还是内部结构、静止还是运动，形形色色生命体及生命现象的美让人叹为观止，在探究生命奥秘中感受思辨、逻辑之美，令人乐此不疲。

（二）实验教学中美育材料的挖掘

细菌、真菌、线虫、果蝇、斑马鱼等，其生长繁殖、遗传变异、衰老死亡等生命活动过程中皆蕴藏着生物多样性的形态之美和生命本身的活力之美［5］，这些富含美学元素的生物学资源作为审美资源的同时，也是开展多元化实验教学很好的材料。但是由于目前的实验教学大多重理论学习和技能训练，课堂上少了些许科学与艺术碰撞的灵动与活泼，学生的实验学习偏向机械与重复。因此，我们结合“现代生命科学导论实验”等实验课程的教学内容，以审美化教学为导向，把发现美、创造美和表现美的理念融入实验教学全过程，凝练若干可能体现美学教育的基本美学素材，形成不同的美育主题：以微生物彩色菌种开发、利用为基础的“琼脂艺术”实验；以体验遗传规律发现过程的“果蝇眼色与性别的遗传分析”；以观察、体验生命科学自然美为主的“栩栩如生的动植物标本艺术”“微视野下细胞的结构美”等，并针对这些素材的特点进行教学设计，达到润物细无声的教学效果。

二、优化教学方法，将美学元素与教学环节深入融合

在生命科学实验教学过程中，无论是野外实习对各种动植物的观察、辨认，还是教室中显微镜底下的菌丝、细胞，都能直接触发大多数学生对生物体精美的外形、平衡的结构、绚烂的色彩等的美学感受。然而更深层次的科学美、艺术美，则需要通过分层次、分课程、分项目地设计出恰当的实验教学环节来引导与培养学生对生命科学的审美意识。

（一）“琼脂艺术”的美学内涵

地球上的微生物种类有一万亿之多［6］，其中，很多微生物在生长过程中会产生有颜色的次级代谢产物，如青霉菌的青绿色、黑根霉的黑色、红曲霉的橙红色等。另外，绿色荧光蛋白等可以发荧光的蛋白重组进质粒后，在细菌体内通过表达，也可以使细菌呈现一定的颜色。五颜六色的微生物给人以直接的视觉美感，赋予了“琼脂艺术”丰富的美学内涵。

2015年开始，美国微生物学会（ASM）发起了琼脂艺术大赛。该比赛以琼脂为画布、菌落为颜料进行艺术创作，将科学与艺术完美结合，引起了很多学者、学生等群体的追捧。参赛者根据设计图案，将活的微生物以“绘画”的形式接种到适当的培养基上，使其生长、发色，从而呈现理想中的彩色图案。但与普通颜料不一样的是，这些由微生物产生的色彩需要在适当条件下进行培养才能显示，其中涉及培养基成分、不同菌种的培养条件、菌种之间兼容等多项实验技术。且颜色选取、色彩搭配、绘图笔法等要求学生不仅有一定的艺术修养，还要有一定的科学素养，这些都构成了“琼脂艺术”独特的内涵美。

（二）基于“琼脂艺术”的多层次实验教学

我院从2017年开始，将这个集科学与艺术为一体的“琼脂艺术”理念引入实验课程中，结合“现代生命科学导论实验”（16学时）、“微生物学实验”（32学时）、“生命科学大实验”（64学时），以发现、构建新彩色微生物为科学美学目标，将传统生物技术和现代生物技术结合起来，形成一个环环相扣、层层递进的“琼脂艺术”实验教学系统（见图1）。该系统既可以应用于本科生实验教学，也可以作为课外实践研究的主题方向。

“琼脂艺术”实验教学系统由三个不同层次的教学环节（见表1）构成：微生物彩绘、彩色微生物菌种筛选与鉴定、荧光微生物菌种构建与表达。

在“微生物彩绘”教学中，学生利用教师准备好的有色菌液作画，对学生的实验基础要求较低，因此授课对象为生命学院低年级的学生。通过录像、色板等展现微生物色彩及其生成过程，并训练学生琼脂平板作画技巧，让他们能够自由发挥，体验彩色微生物绘画的魅力。

“彩色微生物菌种筛选与鉴定”及“荧光微生物菌种构建与表达”这两个实验项目集合了微生物学、分子生物学等多门学科知识，实验难度较大，授课对象为生命学院高年级学生，且要求学生有一定的实验操作基础和对艺术美的感知能力。图2为学生在生科大实验中构建的荧光光谱蓝移的EGFP（Enhanced Green Fluorescent Protein， EGFP）突变体（T65S，Y66H）的荧光表达情况。

（三）应用现状与教学成果

教学实践结果表明，这种将科学教育与人文精神相结合的学科交叉实验教学模式能够激发低年级学生的学习兴趣、提升高年级学生的综合实践能力，帮助学生将交叉融合的学科知识内化，达到以美启真、以美促智和以美扬善的教学目标。自应用以来取得了较好的教学效果：学生经过多层次“琼脂艺术”实验教学及其他主题的美育教学后，对生命科学有了新的认知，坚定了生命科学的学习兴趣和学科方向，转专业的人数逐年下降；学生参与课外课题研究的积极性被激发出来，许多学生将相关课题作为参加大学生创新创业研究项目和全国大学生生命科学竞赛的研究方向，近三年获得了全国特等奖1个、一等奖3个、二等奖6个、三等奖5个。

三、强化师资建设，实现美育实践协同育人新模式

教师是美育的实施者和文化的传承者［7］，其教育理念、知识结构、眼界视野等因素决定着高校美育的质量和高度。所以要进行有持久生命力、表现力、能自然融入生命科学实验教学中的美学教育，需要把“师资美育”放在首位，它是美育体系的实施基础和必备条件。首先教师要具有良好的课业传承能力［8］，能够以知识为载体，根据学生的心理发展特点和认知规律，通过优美的语言、精美的PPT、精彩的教学设计创设丰富多彩的美育情境［9］。在提高教育教学能力的同时，教师也要在指导思想上树立正确的“美育”理念，重视自身美学修养的提升，以德施教、以德立身。

如何充分挖掘学生的美学意识，将专业技能和审美能力真正结合起来，实现知识传承、能力培养及价值引领和谐统一的协同育人新模式是一个值得探索的命题［9］。其实美育元素隐藏在整个实验过程中，是一种从无到有、从失败到成功、充满逻辑、富有创造的“痛并快乐着”的美学感受，虽不易体会，却是生命科学探究中科学美的精髓。可以尽可能地从实验时间、实验材料、研究内容等方面给学生自由，进行开放式教学，使学生从被动学习转为主动探索，获得更深层次的科学美学体验；还可以引导学生注重对实验结果的分析，在对实验过程及结果不断的反思中体会逻辑的魅力，增强自信。

结语

生物技术的发展日新月异，在造福人类的同时，也带来了克隆技术、基因技术等冲击传统伦理道德观的一系列社会问题［2］。所以在生物学科的教学中，从学科的知识架构中挖掘出美育教学资源，并整合成为系统化的课程体系是高校改革的重要环节，也是实现立德树人根本任务的必经途径，对社会的和谐进步和稳步发展具有重大意义。

华中科技大学生命科学与技术学院坚持“理工医交叉”的发展思路，发挥工程人才培养体系优势，依托美育平台提升学生的科学素养和人文精神，引导他们将科学技术合理地用于社会主义和谐社会的构建中［10］。我中心以目前构建的“琼脂艺术”多层次实验教学系统为切入点，不断积累经验，持续推进课程美育的建设，积极拓展美育环境支撑下的生物实验教学新渠道。同时，在当下教育信息化发展的趋势下，我们将积极整合优质的线上美育资源，构建美育背景下的生物学科混合式教学平台，形成线上、线下融合发展的新格局。

参考文献

［1］林琳.浅析新时期高校的文学美育［J］.科教导刊，2021（1）：16-17.

［2］崔鸿，杨元璋.论美育在生物学科教育中的价值［J］.当代教育论坛（学科教育研究），2007（12）：102-103.

［3］向美而行 以美育人［EB/OL］.（2022-01-09）［2022-08-23］.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s5148/202201/t20220110_593467.html.

［4］李慧娟.试探中学生物学审美教育［J］.软件（教育现代化），2015（7）：201.

［5］兰涵旗，和希顺，陈雯莉.融美育于微生物学教学的实践与思考［J］.微生物学通报，2020，47（4）：1268-1272.

［6］LOCEY，KJ，LENNON，JT.Scaling laws predict global microbial diversity［J］.Process of the national academy of sciences of the united states of america，2016，113（21）：5970-5975.

［7］丁予茜.以美育人 以美化人 加强高校美育工作［J］.中国高等教育，2018（24）：40-41.