細胞生物學實驗教學模式反思及重構(gòu)

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

關(guān)鍵詞：實驗教學；細胞生物學；教學模式

細胞生物學在現(xiàn)代生命科學群中占據(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)手段對細胞的結(jié)構(gòu)、功能與活動機制開展研究，是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的實證科學[1]。因此掌握好細胞生物學研究技術(shù)是高等學校大生命科學類有關(guān)專業(yè)學生構(gòu)建完整學科體系所必須的。

一、細胞生物學實驗教學現(xiàn)狀

通常傳統(tǒng)教學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，然后學生按照實驗指導教材或者文檔中現(xiàn)成的操作步驟進行實驗，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，課后進行數(shù)據(jù)處理、描述實驗結(jié)果、完成實驗報告。絕大多數(shù)自然科學實驗課程在教學過程中采用了以教師為主導，學生按教師的講解及實驗步驟操作，“照方抓藥式”的傳統(tǒng)實驗教學模式。在細胞生物學實驗教學中常會面對兩類學生，一類學習積極主動，另一類學習消極被動，積極主動學習型學生雖對于傳統(tǒng)實驗教學模式有較好的適應(yīng)性，能在教師指導下預習、聽課并積極動手完成實驗，但傳統(tǒng)的細胞生物學實驗教學偏重于具體實驗操作，學生基本是機械模仿，探索性不夠，學生常存在學習獲得感不足、挫傷積極性的現(xiàn)象，當實驗內(nèi)容吸引力不足的時候更是如此。學習被動型和任務(wù)應(yīng)付型學生在課前不預習，上課不注意聽講，實驗過程也是心不在焉，甚至個別班級學風不正，實驗結(jié)束后較多學生抄襲實驗報告應(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)當時的實驗室條件進行適度調(diào)整，而有些學生在實驗課程學習中不動腦思考，單純按照實驗指導進行草率的操作，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生丟棄，導致最終實驗結(jié)束沒有結(jié)果。這些學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獲得的實驗結(jié)果作為自己的報告。這類依賴性強、對實驗缺乏思考、盲目執(zhí)行實驗指導上的操作程序并以抄襲應(yīng)付考核評價的不良學習風氣不利于實驗教學達成知識、技能與情感的教學目標。他們實驗課程學習層次處于較低維度水平。這是傳統(tǒng)實驗教學模式難以克服的教學問題。

二、傳統(tǒng)實驗教學模式的反思

教學模式是指在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的較為穩(wěn)定的教學活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序。傳統(tǒng)的“照方抓藥”實驗教學容易造成“主宰與順從”模式，教師在教學中如果不注意內(nèi)涵水平修養(yǎng)的加深和教學內(nèi)容知識與技能外延的拓展，就會導致主動學習型的學生感覺聽與不聽區(qū)別不大，可以從教學指導材料中獲得；被動學習型的學生由于自主性不高、依賴性強，更沒有動力認真對待實驗課程的學習。如果教學技術(shù)老套，教學內(nèi)容維度單一，在實驗教學中知識和技能總是采用單向傳授方式就容易忽略學生發(fā)現(xiàn)知識、思考科學道理與掌握實驗技能的培養(yǎng)。因此，怎樣在實驗教學的前、中、后三個階段調(diào)動學生的科學思考能力，將學生被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，是實驗課程教學中要反思解決的問題。既然傳統(tǒng)的實驗教學模式不利于激發(fā)學生主動學習，那么產(chǎn)生這種模式的原因在哪里？找準其背后教學思想的根源并加以調(diào)整，才能改變局面。1.傳統(tǒng)實驗課程教學模式中，學生處于被動學習狀態(tài)，遵從教師、教材的指導，以模仿性學習行為為主。這種教學設(shè)計基于行為主義教學思想，認為教師能掌握塑造和矯正學生行為。教師運用自己的專業(yè)實驗技能經(jīng)驗進行傳授，這種設(shè)計本無可厚非，在學生本身學習動力驅(qū)動下簡單而高效，但是無形中高估了學生受眾的學習水平和自覺性。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)化的教育教學理論和實踐訓練，一些實驗課程教師難以從教育學、教育心理學理論高度細致分析教學內(nèi)容的目標層次，觀察分析學生受眾的學情，針對性設(shè)計課堂教學。3.傳統(tǒng)的實驗課程教學目標沒有對學生文獻查閱、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)新型復合人才必須具備的。可見傳統(tǒng)實驗教學模式中欠缺對學生應(yīng)用、分析等能力的培養(yǎng)。4.傳統(tǒng)實驗教材內(nèi)容包含實驗目的、實驗原理、實驗器材、實驗步驟，部分有思考題。在教學模式上承襲的就是行為模仿教學思想。任課教師缺乏能指導并調(diào)動學生主動學習的實驗課程教材。

三、細胞生物學實驗教學模式的重構(gòu)

為了解決實驗教學中的問題，將學生被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，就應(yīng)鼓勵教師分析學生學情、開展教學模式研究與改革，重構(gòu)細胞生物學實驗教學目標，完善教學體系和教學手段，優(yōu)化實驗教學操作程序，探索科學合理的實驗教學評價方案。

（一）重構(gòu)不同層次的教學目標依據(jù)教育學中布盧姆學習層次教學理論[2]，實驗教學應(yīng)根據(jù)教學目標層次偏重角度的不同進行基礎(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)立學生的不同學習層次，給予學生思考空間，激發(fā)其好奇心與探索欲望。在不同教學學習目標層次中，基礎(chǔ)性實驗應(yīng)偏重引導學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)學生運用與分析層次的學習目標；創(chuàng)新研究性實驗則應(yīng)啟發(fā)學生對多種技術(shù)手段的評估與創(chuàng)新層次組合運用。

（二）強化創(chuàng)新性與設(shè)計性實驗教學在確立實驗教學目標層次下，要構(gòu)建相對完整細胞生物學實驗教學體系，為學生提供一個漸進的、逐步提高的細胞生物學實驗學習環(huán)境[3]。構(gòu)建細胞生物學模塊化實驗教學，根據(jù)學科發(fā)展趨勢及熱點，應(yīng)分顯微鏡技術(shù)、細胞化學技術(shù)、細胞器分離技術(shù)、細胞結(jié)構(gòu)及其原位標記技術(shù)、細胞融合技術(shù)、染色體分析技術(shù)、細胞培養(yǎng)技術(shù)等基礎(chǔ)模塊，結(jié)合虛擬實驗教學和在公共平臺運用掃描電鏡、激光共聚焦等大型儀器進行演示教學，幫助學生全面掌握進行細胞生物學研究所需的技術(shù)體系。在完善實驗教學體系的同時，應(yīng)通過強化創(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內(nèi)容，以便學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)林科技大學的科研成果，將擬南芥及其突變體等科研材料引入細胞生物學實驗教學，引導學生運用恰當?shù)膶嶒灱夹g(shù)開展研究性學習。DAB染色、GFP熒光細胞定位等實驗內(nèi)容對于學生來說實用性很強，可以在他們畢業(yè)論文試驗項目中直接運用。在創(chuàng)新性、設(shè)計型實驗中應(yīng)注重學生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的教學設(shè)計，以“問題—假說—預測—設(shè)計—實驗—分析”思維訓練為主線，把過去那種實驗教學中的學生“順從”模式改變?yōu)椤疤剿鳌治觥O(shè)計”模式，通過加強科學研究的思維訓練，學生求知的熱情及其自學能力和創(chuàng)新能力都會得到提高。該類實驗預習環(huán)節(jié)，應(yīng)提出一個細胞生物學科學的問題，讓學生選擇假說解釋該問題，預測依據(jù)該假說能推導出在何種情況下會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，設(shè)計研究方案，動手運作實驗，并就實驗結(jié)果進行分析、討論的科學素質(zhì)訓練。

（三）靈活運用現(xiàn)代化教學手段，增強學習互動多媒體及互聯(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，近年來興起的翻轉(zhuǎn)課堂、網(wǎng)絡(luò)教學等拓展了教學空間。在實驗教學中，也應(yīng)加強現(xiàn)代化教學手段的運用。例如，某些實驗內(nèi)容存在需要教師進行課堂演示的部分，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生無法近距離觀察學習。我們拍攝了小鼠解剖等實驗教學輔助視頻在網(wǎng)絡(luò)輔助教學平臺，學生觀看學習的距離就能拉近。通過藍墨云班、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學平臺，不僅可以進行實驗教學資源及內(nèi)容的建設(shè)，還可以通過頭腦風暴、課堂小測驗、討論問答的形式增強師生及教學內(nèi)容的互動性。任課教師設(shè)置的互動教學環(huán)節(jié)，有利于增強學生學習過程的主動性。

（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生學習注意力，增強學習積極性。例如，在具體實驗開始前安排學生預習，進行背景知識及預習狀態(tài)的前測，能檢查學生預習狀況，及時發(fā)現(xiàn)學生實驗學習過程中的共性問題。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，學生處于一種學習任務(wù)目標明確的通關(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)的實驗教學模式難以直接調(diào)動和激發(fā)學生主動、積極進行思考分析的能力，忽視了學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，起不到提高學生創(chuàng)新能力的作用。通過反思實驗教學中存在的問題，結(jié)合教學思想分析，我們構(gòu)建了以學生能力培養(yǎng)為中心的實驗教學模式。通過嘗試采用BOPPPS實驗教學模式，綜合運用PeerInstruction、PBL等多種教學法，增強學生文獻運用能力、實驗操作能力、分析思考能力。有助于提高學生創(chuàng)新試驗的實踐能力，促進學生的創(chuàng)新思維能力。通過設(shè)置問題、提出假設(shè)、學生設(shè)計課題，在教師的指導下逐漸完善，再到實驗室去探究細胞生物學的奧秘，為高等農(nóng)林院校培養(yǎng)未來的生命科學領(lǐng)域?qū)I(yè)人才作良好的鋪墊。實驗教學新模式的構(gòu)建也可運用到其他自然科學的實驗教學中去?？傊谂囵B(yǎng)學生創(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。

參考文獻：

[1]李紹軍，高梅，陳坤明，等.農(nóng)林綜合性院校細胞生物學教學改革及課程體系優(yōu)化[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2014，（7）.

[2]薛雅蓉，莊重，康鐵寶.構(gòu)建三級細胞生物學實驗教學體系的實踐[J].高等理科教育，2013，（2）.

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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