細胞生物學實驗教學模式反思及重構

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摘要：傳統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及創造性思維的啟迪。文章從細胞生物學實驗教學現狀出發，分析傳統實驗教學模式存在的不足，并提出重構“探索—分析—設計”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新能力都會得到提高。

關鍵詞：實驗教學；細胞生物學；教學模式

細胞生物學在現代生命科學群中占據了非常重要的地位，主要從顯微、亞顯微及分子水平以各類技術手段對細胞的結構、功能與活動機制開展研究，是一門建立在實驗基礎上的實證科學[1]。因此掌握好細胞生物學研究技術是高等學校大生命科學類有關專業學生構建完整學科體系所必須的。

一、細胞生物學實驗教學現狀

通常傳統教學方式的實驗課程中首先教師著重講解操作步驟，指出實驗中應注意的問題，然后學生按照實驗指導教材或者文檔中現成的操作步驟進行實驗，記錄相應數據，課后進行數據處理、描述實驗結果、完成實驗報告。絕大多數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實驗教學模式有較好的適應性，能在教師指導下預習、聽課并積極動手完成實驗，但傳統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、挫傷積極性的現象，當實驗內容吸引力不足的時候更是如此。學習被動型和任務應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，實驗結束后較多學生抄襲實驗報告應付了事。一些實驗在特定操作中需要注意不同的操作技巧，并根據當時的實驗室條件進行適度調整，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，結果出現實驗失敗的情況。例如在小鼠染色體制備實驗中，應該離心留下的沉淀樣品在去上清液過程中被學生丟棄，導致最終實驗結束沒有結果。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，從網上下載或者抄襲同學獲得的實驗結果作為自己的報告。這類依賴性強、對實驗缺乏思考、盲目執行實驗指導上的操作程序并以抄襲應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。這是傳統實驗教學模式難以克服的教學問題。

二、傳統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定的教學活動結構框架和活動程序。傳統的“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涵水平修養的加深和教學內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。如果教學技術老套，教學內容維度單一，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現知識、思考科學道理與掌握實驗技能的培養。因此，怎樣在實驗教學的前、中、后三個階段調動學生的科學思考能力，將學生被動學習變為主動學習，是實驗課程教學中要反思解決的問題。既然傳統的實驗教學模式不利于激發學生主動學習，那么產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整，才能改變局面。1.傳統實驗課程教學模式中，學生處于被動學習狀態，遵從教師、教材的指導，以模仿性學習行為為主。這種教學設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實驗技能經驗進行傳授，這種設計本無可厚非，在學生本身學習動力驅動下簡單而高效，但是無形中高估了學生受眾的學習水平和自覺性。2.高校的發展與建設越來越重視教師的科研業務水平，專業實驗課程教師通常來源于專業科研領域，很少經過系統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容的目標層次，觀察分析學生受眾的學情，針對性設計課堂教學。3.傳統的實驗課程教學目標沒有對學生文獻查閱、資料分析、實驗設計和實驗結果分析等提出具體培養和考核要求，而這些能力是創新型復合人才必須具備的。可見傳統實驗教學模式中欠缺對學生應用、分析等能力的培養。4.傳統實驗教材內容包含實驗目的、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

為了解決實驗教學中的問題，將學生被動學習變為主動學習，就應鼓勵教師分析學生學情、開展教學模式研究與改革，重構細胞生物學實驗教學目標，完善教學體系和教學手段，優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）重構不同層次的教學目標依據教育學中布盧姆學習層次教學理論[2]，實驗教學應根據教學目標層次偏重角度的不同進行基礎性實驗、綜合性實驗和創新研究性實驗的區分。通過設立學生的不同學習層次，給予學生思考空間，激發其好奇心與探索欲望。在不同教學學習目標層次中，基礎性實驗應偏重引導學生對基本實驗知識與技能的識記與理解，并轉化為熟練操作；綜合性實驗應對應學生運用與分析層次的學習目標；創新研究性實驗則應啟發學生對多種技術手段的評估與創新層次組合運用。

（二）強化創新性與設計性實驗教學在確立實驗教學目標層次下，要構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境[3]。構建細胞生物學模塊化實驗教學，根據學科發展趨勢及熱點，應分顯微鏡技術、細胞化學技術、細胞器分離技術、細胞結構及其原位標記技術、細胞融合技術、染色體分析技術、細胞培養技術等基礎模塊，結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體系。在完善實驗教學體系的同時，應通過強化創新性、設計性實驗，吸收轉化較新的科研成果為實驗教學內容，以便學生能近距離接觸前端科研領域，感悟科研的魅力。例如，我們吸收轉化近年來西北農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，引導學生運用恰當的實驗技術開展研究性學習。DAB染色、GFP熒光細胞定位等實驗內容對于學生來說實用性很強，可以在他們畢業論文試驗項目中直接運用。在創新性、設計型實驗中應注重學生創新思維能力培養的教學設計，以“問題—假說—預測—設計—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”模式改變為“探索—分析—設計”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新能力都會得到提高。該類實驗預習環節，應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，預測依據該假說能推導出在何種情況下會出現什么現象，設計研究方案，動手運作實驗，并就實驗結果進行分析、討論的科學素質訓練。

（三）靈活運用現代化教學手段，增強學習互動多媒體及互聯網技術越來越多深入到了課堂，體現了信息承載量大及靈活的特點，近年來興起的翻轉課堂、網絡教學等拓展了教學空間。在實驗教學中，也應加強現代化教學手段的運用。例如，某些實驗內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絡輔助教學平臺，學生觀看學習的距離就能拉近。通過藍墨云班、雨課堂等網絡教學平臺，不僅可以進行實驗教學資源及內容的建設，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容的互動性。任課教師設置的互動教學環節，有利于增強學生學習過程的主動性。

（四）優化考核評價方案引入多元化、過關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的前測，能檢查學生預習狀況，及時發現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、獲得的實驗結果、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目標明確的通關模式中，每個環節的努力都能有客觀評價和收獲。傳統的實驗教學模式難以直接調動和激發學生主動、積極進行思考分析的能力，忽視了學生創新思維的培養，起不到提高學生創新能力的作用。通過反思實驗教學中存在的問題，結合教學思想分析，我們構建了以學生能力培養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。有助于提高學生創新試驗的實踐能力，促進學生的創新思維能力。通過設置問題、提出假設、學生設計課題，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，為高等農林院校培養未來的生命科學領域專業人才作良好的鋪墊。實驗教學新模式的構建也可運用到其他自然科學的實驗教學中去。總之在培養學生創新能力、人才培養、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.農林綜合性院校細胞生物學教學改革及課程體系優化[J].高等農業教育，2014，（7）.

[2]薛雅蓉，莊重，康鐵寶.構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）.

[3]王小明.布盧姆認知目標分類學（修訂版）的教學觀[J].全球教育展望，2016，（6）.

作者：李紹軍 陳坤明 黃偉偉 單位：西北農林科技大學