細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)模式反思及重構(gòu)

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摘要：傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式不利于學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)及創(chuàng)造性思維的啟迪。文章從細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，分析傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在的不足，并提出重構(gòu)“探索—分析—設(shè)計”細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)模式的策略，在這種實驗教學(xué)模式下學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力都會得到提高。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；細(xì)胞生物學(xué)；教學(xué)模式

細(xì)胞生物學(xué)在現(xiàn)代生命科學(xué)群中占據(jù)了非常重要的地位，主要從顯微、亞顯微及分子水平以各類技術(shù)手段對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能與活動機(jī)制開展研究，是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的實證科學(xué)[1]。因此掌握好細(xì)胞生物學(xué)研究技術(shù)是高等學(xué)校大生命科學(xué)類有關(guān)專業(yè)學(xué)生構(gòu)建完整學(xué)科體系所必須的。

一、細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

通常傳統(tǒng)教學(xué)方式的實驗課程中首先教師著重講解操作步驟，指出實驗中應(yīng)注意的問題，然后學(xué)生按照實驗指導(dǎo)教材或者文檔中現(xiàn)成的操作步驟進(jìn)行實驗，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，課后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、描述實驗結(jié)果、完成實驗報告。絕大多數(shù)自然科學(xué)實驗課程在教學(xué)過程中采用了以教師為主導(dǎo)，學(xué)生按教師的講解及實驗步驟操作，“照方抓藥式”的傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式。在細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)中常會面對兩類學(xué)生，一類學(xué)習(xí)積極主動，另一類學(xué)習(xí)消極被動，積極主動學(xué)習(xí)型學(xué)生雖對于傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式有較好的適應(yīng)性，能在教師指導(dǎo)下預(yù)習(xí)、聽課并積極動手完成實驗，但傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)偏重于具體實驗操作，學(xué)生基本是機(jī)械模仿，探索性不夠，學(xué)生常存在學(xué)習(xí)獲得感不足、挫傷積極性的現(xiàn)象，當(dāng)實驗內(nèi)容吸引力不足的時候更是如此。學(xué)習(xí)被動型和任務(wù)應(yīng)付型學(xué)生在課前不預(yù)習(xí)，上課不注意聽講，實驗過程也是心不在焉，甚至個別班級學(xué)風(fēng)不正，實驗結(jié)束后較多學(xué)生抄襲實驗報告應(yīng)付了事。一些實驗在特定操作中需要注意不同的操作技巧，并根據(jù)當(dāng)時的實驗室條件進(jìn)行適度調(diào)整，而有些學(xué)生在實驗課程學(xué)習(xí)中不動腦思考，單純按照實驗指導(dǎo)進(jìn)行草率的操作，結(jié)果出現(xiàn)實驗失敗的情況。例如在小鼠染色體制備實驗中，應(yīng)該離心留下的沉淀樣品在去上清液過程中被學(xué)生丟棄，導(dǎo)致最終實驗結(jié)束沒有結(jié)果。這些學(xué)生不從自身尋找操作失誤的原因反而將原因都推到外界條件，從網(wǎng)上下載或者抄襲同學(xué)獲得的實驗結(jié)果作為自己的報告。這類依賴性強(qiáng)、對實驗缺乏思考、盲目執(zhí)行實驗指導(dǎo)上的操作程序并以抄襲應(yīng)付考核評價的不良學(xué)習(xí)風(fēng)氣不利于實驗教學(xué)達(dá)成知識、技能與情感的教學(xué)目標(biāo)。他們實驗課程學(xué)習(xí)層次處于較低維度水平。這是傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式難以克服的教學(xué)問題。

二、傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的反思

教學(xué)模式是指在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序。傳統(tǒng)的“照方抓藥”實驗教學(xué)容易造成“主宰與順從”模式，教師在教學(xué)中如果不注意內(nèi)涵水平修養(yǎng)的加深和教學(xué)內(nèi)容知識與技能外延的拓展，就會導(dǎo)致主動學(xué)習(xí)型的學(xué)生感覺聽與不聽區(qū)別不大，可以從教學(xué)指導(dǎo)材料中獲得；被動學(xué)習(xí)型的學(xué)生由于自主性不高、依賴性強(qiáng)，更沒有動力認(rèn)真對待實驗課程的學(xué)習(xí)。如果教學(xué)技術(shù)老套，教學(xué)內(nèi)容維度單一，在實驗教學(xué)中知識和技能總是采用單向傳授方式就容易忽略學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識、思考科學(xué)道理與掌握實驗技能的培養(yǎng)。因此，怎樣在實驗教學(xué)的前、中、后三個階段調(diào)動學(xué)生的科學(xué)思考能力，將學(xué)生被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，是實驗課程教學(xué)中要反思解決的問題。既然傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式不利于激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，那么產(chǎn)生這種模式的原因在哪里？找準(zhǔn)其背后教學(xué)思想的根源并加以調(diào)整，才能改變局面。1.傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)模式中，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，遵從教師、教材的指導(dǎo)，以模仿性學(xué)習(xí)行為為主。這種教學(xué)設(shè)計基于行為主義教學(xué)思想，認(rèn)為教師能掌握塑造和矯正學(xué)生行為。教師運(yùn)用自己的專業(yè)實驗技能經(jīng)驗進(jìn)行傳授，這種設(shè)計本無可厚非，在學(xué)生本身學(xué)習(xí)動力驅(qū)動下簡單而高效，但是無形中高估了學(xué)生受眾的學(xué)習(xí)水平和自覺性。2.高校的發(fā)展與建設(shè)越來越重視教師的科研業(yè)務(wù)水平，專業(yè)實驗課程教師通常來源于專業(yè)科研領(lǐng)域，很少經(jīng)過系統(tǒng)化的教育教學(xué)理論和實踐訓(xùn)練，一些實驗課程教師難以從教育學(xué)、教育心理學(xué)理論高度細(xì)致分析教學(xué)內(nèi)容的目標(biāo)層次，觀察分析學(xué)生受眾的學(xué)情，針對性設(shè)計課堂教學(xué)。3.傳統(tǒng)的實驗課程教學(xué)目標(biāo)沒有對學(xué)生文獻(xiàn)查閱、資料分析、實驗設(shè)計和實驗結(jié)果分析等提出具體培養(yǎng)和考核要求，而這些能力是創(chuàng)新型復(fù)合人才必須具備的?？梢妭鹘y(tǒng)實驗教學(xué)模式中欠缺對學(xué)生應(yīng)用、分析等能力的培養(yǎng)。4.傳統(tǒng)實驗教材內(nèi)容包含實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗器材、實驗步驟，部分有思考題。在教學(xué)模式上承襲的就是行為模仿教學(xué)思想。任課教師缺乏能指導(dǎo)并調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的實驗課程教材。

三、細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)模式的重構(gòu)

為了解決實驗教學(xué)中的問題，將學(xué)生被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，就應(yīng)鼓勵教師分析學(xué)生學(xué)情、開展教學(xué)模式研究與改革，重構(gòu)細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)目標(biāo)，完善教學(xué)體系和教學(xué)手段，優(yōu)化實驗教學(xué)操作程序，探索科學(xué)合理的實驗教學(xué)評價方案。

（一）重構(gòu)不同層次的教學(xué)目標(biāo)依據(jù)教育學(xué)中布盧姆學(xué)習(xí)層次教學(xué)理論[2]，實驗教學(xué)應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)層次偏重角度的不同進(jìn)行基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新研究性實驗的區(qū)分。通過設(shè)立學(xué)生的不同學(xué)習(xí)層次，給予學(xué)生思考空間，激發(fā)其好奇心與探索欲望。在不同教學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)層次中，基礎(chǔ)性實驗應(yīng)偏重引導(dǎo)學(xué)生對基本實驗知識與技能的識記與理解，并轉(zhuǎn)化為熟練操作；綜合性實驗應(yīng)對應(yīng)學(xué)生運(yùn)用與分析層次的學(xué)習(xí)目標(biāo)；創(chuàng)新研究性實驗則應(yīng)啟發(fā)學(xué)生對多種技術(shù)手段的評估與創(chuàng)新層次組合運(yùn)用。

（二）強(qiáng)化創(chuàng)新性與設(shè)計性實驗教學(xué)在確立實驗教學(xué)目標(biāo)層次下，要構(gòu)建相對完整細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)體系，為學(xué)生提供一個漸進(jìn)的、逐步提高的細(xì)胞生物學(xué)實驗學(xué)習(xí)環(huán)境[3]。構(gòu)建細(xì)胞生物學(xué)模塊化實驗教學(xué)，根據(jù)學(xué)科發(fā)展趨勢及熱點(diǎn)，應(yīng)分顯微鏡技術(shù)、細(xì)胞化學(xué)技術(shù)、細(xì)胞器分離技術(shù)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)及其原位標(biāo)記技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、染色體分析技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)等基礎(chǔ)模塊，結(jié)合虛擬實驗教學(xué)和在公共平臺運(yùn)用掃描電鏡、激光共聚焦等大型儀器進(jìn)行演示教學(xué)，幫助學(xué)生全面掌握進(jìn)行細(xì)胞生物學(xué)研究所需的技術(shù)體系。在完善實驗教學(xué)體系的同時，應(yīng)通過強(qiáng)化創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗，吸收轉(zhuǎn)化較新的科研成果為實驗教學(xué)內(nèi)容，以便學(xué)生能近距離接觸前端科研領(lǐng)域，感悟科研的魅力。例如，我們吸收轉(zhuǎn)化近年來西北農(nóng)林科技大學(xué)的科研成果，將擬南芥及其突變體等科研材料引入細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用恰當(dāng)?shù)膶嶒灱夹g(shù)開展研究性學(xué)習(xí)。DAB染色、GFP熒光細(xì)胞定位等實驗內(nèi)容對于學(xué)生來說實用性很強(qiáng)，可以在他們畢業(yè)論文試驗項目中直接運(yùn)用。在創(chuàng)新性、設(shè)計型實驗中應(yīng)注重學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計，以“問題—假說—預(yù)測—設(shè)計—實驗—分析”思維訓(xùn)練為主線，把過去那種實驗教學(xué)中的學(xué)生“順從”模式改變?yōu)椤疤剿鳌治觥O(shè)計”模式，通過加強(qiáng)科學(xué)研究的思維訓(xùn)練，學(xué)生求知的熱情及其自學(xué)能力和創(chuàng)新能力都會得到提高。該類實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，應(yīng)提出一個細(xì)胞生物學(xué)科學(xué)的問題，讓學(xué)生選擇假說解釋該問題，預(yù)測依據(jù)該假說能推導(dǎo)出在何種情況下會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，設(shè)計研究方案，動手運(yùn)作實驗，并就實驗結(jié)果進(jìn)行分析、討論的科學(xué)素質(zhì)訓(xùn)練。

（三）靈活運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)習(xí)互動多媒體及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越多深入到了課堂，體現(xiàn)了信息承載量大及靈活的特點(diǎn)，近年來興起的翻轉(zhuǎn)課堂、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等拓展了教學(xué)空間。在實驗教學(xué)中，也應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)代化教學(xué)手段的運(yùn)用。例如，某些實驗內(nèi)容存在需要教師進(jìn)行課堂演示的部分，然而由于空間有限，一個班級如果30人圍觀情況下會有較多學(xué)生無法近距離觀察學(xué)習(xí)。我們拍攝了小鼠解剖等實驗教學(xué)輔助視頻在網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺，學(xué)生觀看學(xué)習(xí)的距離就能拉近。通過藍(lán)墨云班、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，不僅可以進(jìn)行實驗教學(xué)資源及內(nèi)容的建設(shè)，還可以通過頭腦風(fēng)暴、課堂小測驗、討論問答的形式增強(qiáng)師生及教學(xué)內(nèi)容的互動性。任課教師設(shè)置的互動教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的主動性。

（四）優(yōu)化考核評價方案引入多元化、過關(guān)式考核模塊的考核方式可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)注意力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)積極性。例如，在具體實驗開始前安排學(xué)生預(yù)習(xí)，進(jìn)行背景知識及預(yù)習(xí)狀態(tài)的前測，能檢查學(xué)生預(yù)習(xí)狀況，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗學(xué)習(xí)過程中的共性問題。前測部分可以占到每個實驗總分的10%，而實驗操作中的表現(xiàn)、獲得的實驗結(jié)果、后測、實驗報告分別給予50%、10%、10%、20%的比例。這樣，學(xué)生處于一種學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)明確的通關(guān)模式中，每個環(huán)節(jié)的努力都能有客觀評價和收獲。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式難以直接調(diào)動和激發(fā)學(xué)生主動、積極進(jìn)行思考分析的能力，忽視了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，起不到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的作用。通過反思實驗教學(xué)中存在的問題，結(jié)合教學(xué)思想分析，我們構(gòu)建了以學(xué)生能力培養(yǎng)為中心的實驗教學(xué)模式。通過嘗試采用BOPPPS實驗教學(xué)模式，綜合運(yùn)用PeerInstruction、PBL等多種教學(xué)法，增強(qiáng)學(xué)生文獻(xiàn)運(yùn)用能力、實驗操作能力、分析思考能力。有助于提高學(xué)生創(chuàng)新試驗的實踐能力，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。通過設(shè)置問題、提出假設(shè)、學(xué)生設(shè)計課題，在教師的指導(dǎo)下逐漸完善，再到實驗室去探究細(xì)胞生物學(xué)的奧秘，為高等農(nóng)林院校培養(yǎng)未來的生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才作良好的鋪墊。實驗教學(xué)新模式的構(gòu)建也可運(yùn)用到其他自然科學(xué)的實驗教學(xué)中去?？傊谂囵B(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、人才培養(yǎng)、輻射其他課程等方面都具有推廣價值。

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作者：李紹軍 陳坤明 黃偉偉 單位：西北農(nóng)林科技大學(xué)