细胞生物学实验教学模式反思及重构

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摘要：传统的实验教学模式不利于学生分析问题、解决问题能力的培养及创造性思维的启迪。文章从细胞生物学实验教学现状出发，分析传统实验教学模式存在的不足，并提出重构“探索—分析—设计”细胞生物学实验教学模式的策略，在这种实验教学模式下学生的自学能力和创新能力都会得到提高。

关键词：实验教学；细胞生物学；教学模式

细胞生物学在现代生命科学群中占据了非常重要的地位，主要从显微、亚显微及分子水平以各类技术手段对细胞的结构、功能与活动机制开展研究，是一门建立在实验基础上的实证科学[1]。因此掌握好细胞生物学研究技术是高等学校大生命科学类有关专业学生构建完整学科体系所必须的。

一、细胞生物学实验教学现状

通常传统教学方式的实验课程中首先教师着重讲解操作步骤，指出实验中应注意的问题，然后学生按照实验指导教材或者文档中现成的操作步骤进行实验，记录相应数据，课后进行数据处理、描述实验结果、完成实验报告。绝大多数自然科学实验课程在教学过程中采用了以教师为主导，学生按教师的讲解及实验步骤操作，“照方抓药式”的传统实验教学模式。在细胞生物学实验教学中常会面对两类学生，一类学习积极主动，另一类学习消极被动，积极主动学习型学生虽对于传统实验教学模式有较好的适应性，能在教师指导下预习、听课并积极动手完成实验，但传统的细胞生物学实验教学偏重于具体实验操作，学生基本是机械模仿，探索性不够，学生常存在学习获得感不足、挫伤积极性的现象，当实验内容吸引力不足的时候更是如此。学习被动型和任务应付型学生在课前不预习，上课不注意听讲，实验过程也是心不在焉，甚至个别班级学风不正，实验结束后较多学生抄袭实验报告应付了事。一些实验在特定操作中需要注意不同的操作技巧，并根据当时的实验室条件进行适度调整，而有些学生在实验课程学习中不动脑思考，单纯按照实验指导进行草率的操作，结果出现实验失败的情况。例如在小鼠染色体制备实验中，应该离心留下的沉淀样品在去上清液过程中被学生丢弃，导致最终实验结束没有结果。这些学生不从自身寻找操作失误的原因反而将原因都推到外界条件，从网上下载或者抄袭同学获得的实验结果作为自己的报告。这类依赖性强、对实验缺乏思考、盲目执行实验指导上的操作程序并以抄袭应付考核评价的不良学习风气不利于实验教学达成知识、技能与情感的教学目标。他们实验课程学习层次处于较低维度水平。这是传统实验教学模式难以克服的教学问题。

二、传统实验教学模式的反思

教学模式是指在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。传统的“照方抓药”实验教学容易造成“主宰与顺从”模式，教师在教学中如果不注意内涵水平修养的加深和教学内容知识与技能外延的拓展，就会导致主动学习型的学生感觉听与不听区别不大，可以从教学指导材料中获得；被动学习型的学生由于自主性不高、依赖性强，更没有动力认真对待实验课程的学习。如果教学技术老套，教学内容维度单一，在实验教学中知识和技能总是采用单向传授方式就容易忽略学生发现知识、思考科学道理与掌握实验技能的培养。因此，怎样在实验教学的前、中、后三个阶段调动学生的科学思考能力，将学生被动学习变为主动学习，是实验课程教学中要反思解决的问题。既然传统的实验教学模式不利于激发学生主动学习，那么产生这种模式的原因在哪里？找准其背后教学思想的根源并加以调整，才能改变局面。1.传统实验课程教学模式中，学生处于被动学习状态，遵从教师、教材的指导，以模仿性学习行为为主。这种教学设计基于行为主义教学思想，认为教师能掌握塑造和矫正学生行为。教师运用自己的专业实验技能经验进行传授，这种设计本无可厚非，在学生本身学习动力驱动下简单而高效，但是无形中高估了学生受众的学习水平和自觉性。2.高校的发展与建设越来越重视教师的科研业务水平，专业实验课程教师通常来源于专业科研领域，很少经过系统化的教育教学理论和实践训练，一些实验课程教师难以从教育学、教育心理学理论高度细致分析教学内容的目标层次，观察分析学生受众的学情，针对性设计课堂教学。3.传统的实验课程教学目标没有对学生文献查阅、资料分析、实验设计和实验结果分析等提出具体培养和考核要求，而这些能力是创新型复合人才必须具备的。可见传统实验教学模式中欠缺对学生应用、分析等能力的培养。4.传统实验教材内容包含实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤，部分有思考题。在教学模式上承袭的就是行为模仿教学思想。任课教师缺乏能指导并调动学生主动学习的实验课程教材。

三、细胞生物学实验教学模式的重构

为了解决实验教学中的问题，将学生被动学习变为主动学习，就应鼓励教师分析学生学情、开展教学模式研究与改革，重构细胞生物学实验教学目标，完善教学体系和教学手段，优化实验教学操作程序，探索科学合理的实验教学评价方案。

（一）重构不同层次的教学目标依据教育学中布卢姆学习层次教学理论[2]，实验教学应根据教学目标层次偏重角度的不同进行基础性实验、综合性实验和创新研究性实验的区分。通过设立学生的不同学习层次，给予学生思考空间，激发其好奇心与探索欲望。在不同教学学习目标层次中，基础性实验应偏重引导学生对基本实验知识与技能的识记与理解，并转化为熟练操作；综合性实验应对应学生运用与分析层次的学习目标；创新研究性实验则应启发学生对多种技术手段的评估与创新层次组合运用。

（二）强化创新性与设计性实验教学在确立实验教学目标层次下，要构建相对完整细胞生物学实验教学体系，为学生提供一个渐进的、逐步提高的细胞生物学实验学习环境[3]。构建细胞生物学模块化实验教学，根据学科发展趋势及热点，应分显微镜技术、细胞化学技术、细胞器分离技术、细胞结构及其原位标记技术、细胞融合技术、染色体分析技术、细胞培养技术等基础模块，结合虚拟实验教学和在公共平台运用扫描电镜、激光共聚焦等大型仪器进行演示教学，帮助学生全面掌握进行细胞生物学研究所需的技术体系。在完善实验教学体系的同时，应通过强化创新性、设计性实验，吸收转化较新的科研成果为实验教学内容，以便学生能近距离接触前端科研领域，感悟科研的魅力。例如，我们吸收转化近年来西北农林科技大学的科研成果，将拟南芥及其突变体等科研材料引入细胞生物学实验教学，引导学生运用恰当的实验技术开展研究性学习。DAB染色、GFP荧光细胞定位等实验内容对于学生来说实用性很强，可以在他们毕业论文试验项目中直接运用。在创新性、设计型实验中应注重学生创新思维能力培养的教学设计，以“问题—假说—预测—设计—实验—分析”思维训练为主线，把过去那种实验教学中的学生“顺从”模式改变为“探索—分析—设计”模式，通过加强科学研究的思维训练，学生求知的热情及其自学能力和创新能力都会得到提高。该类实验预习环节，应提出一个细胞生物学科学的问题，让学生选择假说解释该问题，预测依据该假说能推导出在何种情况下会出现什么现象，设计研究方案，动手运作实验，并就实验结果进行分析、讨论的科学素质训练。

（三）灵活运用现代化教学手段，增强学习互动多媒体及互联网技术越来越多深入到了课堂，体现了信息承载量大及灵活的特点，近年来兴起的翻转课堂、网络教学等拓展了教学空间。在实验教学中，也应加强现代化教学手段的运用。例如，某些实验内容存在需要教师进行课堂演示的部分，然而由于空间有限，一个班级如果30人围观情况下会有较多学生无法近距离观察学习。我们拍摄了小鼠解剖等实验教学辅助视频在网络辅助教学平台，学生观看学习的距离就能拉近。通过蓝墨云班、雨课堂等网络教学平台，不仅可以进行实验教学资源及内容的建设，还可以通过头脑风暴、课堂小测验、讨论问答的形式增强师生及教学内容的互动性。任课教师设置的互动教学环节，有利于增强学生学习过程的主动性。

（四）优化考核评价方案引入多元化、过关式考核模块的考核方式可以提高学生学习注意力，增强学习积极性。例如，在具体实验开始前安排学生预习，进行背景知识及预习状态的前测，能检查学生预习状况，及时发现学生实验学习过程中的共性问题。前测部分可以占到每个实验总分的10%，而实验操作中的表现、获得的实验结果、后测、实验报告分别给予50%、10%、10%、20%的比例。这样，学生处于一种学习任务目标明确的通关模式中，每个环节的努力都能有客观评价和收获。传统的实验教学模式难以直接调动和激发学生主动、积极进行思考分析的能力，忽视了学生创新思维的培养，起不到提高学生创新能力的作用。通过反思实验教学中存在的问题，结合教学思想分析，我们构建了以学生能力培养为中心的实验教学模式。通过尝试采用BOPPPS实验教学模式，综合运用PeerInstruction、PBL等多种教学法，增强学生文献运用能力、实验操作能力、分析思考能力。有助于提高学生创新试验的实践能力，促进学生的创新思维能力。通过设置问题、提出假设、学生设计课题，在教师的指导下逐渐完善，再到实验室去探究细胞生物学的奥秘，为高等农林院校培养未来的生命科学领域专业人才作良好的铺垫。实验教学新模式的构建也可运用到其他自然科学的实验教学中去。总之在培养学生创新能力、人才培养、辐射其他课程等方面都具有推广价值。

参考文献：

[1]李绍军，高梅，陈坤明，等.农林综合性院校细胞生物学教学改革及课程体系优化[J].高等农业教育，2014，（7）.

[2]薛雅蓉，庄重，康铁宝.构建三级细胞生物学实验教学体系的实践[J].高等理科教育，2013，（2）.

[3]王小明.布卢姆认知目标分类学（修订版）的教学观[J].全球教育展望，2016，（6）.

作者：李绍军 陈坤明 黄伟伟 单位：西北农林科技大学