黎 茵， 張以順， 張志紅， 許佳玲， 王曉紅

(中山大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中心， 廣州 510275)

0 引 言

實(shí)驗教學(xué)是課程教學(xué)的重要組成和輔助部分，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的認(rèn)識和理解方面具有不可替代的作用，實(shí)驗教學(xué)作為生物學(xué)科的重要教學(xué)手段，一直以來都很受重視。近年來，隨著本科教學(xué)實(shí)驗教學(xué)環(huán)境和設(shè)備條件的逐步提升，通過將科學(xué)研究與本科生實(shí)驗教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式探索，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗教學(xué)方式，不僅豐富和優(yōu)化了實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生充分感受到科學(xué)知識和技術(shù)的迅速發(fā)展，貼近研究熱點(diǎn)，接觸前沿內(nèi)容，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新性思維，激發(fā)和調(diào)動了學(xué)生的探索意識和熱情[1]，對于提高本科生創(chuàng)新實(shí)踐能力、提升本科生培養(yǎng)質(zhì)量起到重要作用。

我校是一所培養(yǎng)研究型人才的綜合性大學(xué)，生命科學(xué)學(xué)院在實(shí)驗教學(xué)過程中非常注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力。針對傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題，以“植物生理學(xué)實(shí)驗”課程的改革為例，采用研究性的項目教學(xué)法對實(shí)驗課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等多個方面進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐與探索，對研究性教學(xué)實(shí)驗課程項目設(shè)計的實(shí)踐經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)分析，這種教學(xué)方式更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和綜合能力。

1 課程目標(biāo)的設(shè)定與實(shí)驗項目重組

研究性學(xué)習(xí)泛指學(xué)生主動探究的學(xué)習(xí)活動，研究性教學(xué)則是指支持學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法、策略和模式。研究性教學(xué)的指導(dǎo)思想就是把科研的過程轉(zhuǎn)化為本科教學(xué)的實(shí)踐，目的就在于要構(gòu)建以研究為基礎(chǔ)的本科教學(xué)體系[2]。研究性教學(xué)以科學(xué)研究的問題為導(dǎo)向，指導(dǎo)學(xué)生在獨(dú)立的主動探索、主動思考、主動實(shí)踐的研究過程中，吸收并應(yīng)用知識、分析并解決問題，其目的是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的能力，發(fā)展其研究性思維和創(chuàng)新能力[3]。

1.1 課程教學(xué)目標(biāo)的構(gòu)建原則

實(shí)驗課程教學(xué)改革方案在研究性教學(xué)的指導(dǎo)思想下應(yīng)用了項目教學(xué)法作為課程設(shè)計的基礎(chǔ)，是一種“以項目為主線、以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體、注重學(xué)習(xí)過程與實(shí)踐活動的融合”的教學(xué)方法[4-5]。研究性項目教學(xué)的關(guān)鍵是要先設(shè)計和制定一個完整項目的工作任務(wù)，教師需要分析大綱要求，提取項目所需要的知識點(diǎn)，并將相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整理歸類，按照一定的研究和分析線索合理提出目標(biāo)和組織項目，在難度上要考慮循序漸進(jìn)的原則，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。在項目設(shè)計和劃分中需要將傳統(tǒng)教學(xué)方法中分割的實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)組合，突出教學(xué)內(nèi)容的層次性和科學(xué)性[6-7]。

在研究性教學(xué)過程中，將實(shí)驗課程的目標(biāo)構(gòu)建為一系列由學(xué)生來實(shí)施完成的實(shí)驗研究項目，教師由教學(xué)過程的主導(dǎo)者變成了引導(dǎo)者、指導(dǎo)者和組織者。完成項目的過程就是學(xué)生獲取知識、學(xué)習(xí)技能的過程，也是逐步達(dá)到教師預(yù)先設(shè)置教學(xué)目標(biāo)的過程[8]。

1.2 研究性項目教學(xué)方案的設(shè)計

“植物生理學(xué)實(shí)驗”課程在植物生長發(fā)育調(diào)控、植物與環(huán)境的相互作用、植物的脅迫反應(yīng)以及農(nóng)學(xué)等研究和應(yīng)用領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，屬于實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程[9]，研究性教學(xué)在教學(xué)過程中由教師創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情境和途徑，指導(dǎo)學(xué)生在主動探索和實(shí)踐的研究過程中，吸收并應(yīng)用知識解決問題[10-11]?！爸参锷韺W(xué)實(shí)驗”課程的教學(xué)方案設(shè)計要考慮具體連貫的工作時間和項目程序安排，實(shí)驗項目完成后應(yīng)得到一項較完整的目標(biāo)成果?？紤]到各個實(shí)驗內(nèi)容都與植物的生長發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)等生理過程密切相關(guān)，在教學(xué)實(shí)踐中將不同的實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行了整體的規(guī)劃，如圖1所示。

“植物生理學(xué)實(shí)驗”教學(xué)大綱內(nèi)容包含了與植物生理學(xué)理論對應(yīng)的科學(xué)實(shí)驗技術(shù)，按照研究性教學(xué)方案的設(shè)計原則，根據(jù)實(shí)驗內(nèi)容涉及的理論知識的相關(guān)度，把教學(xué)大綱要求的實(shí)驗內(nèi)容組合成植物的礦質(zhì)營養(yǎng)、物質(zhì)代謝、逆境生理等3個具有相關(guān)性的實(shí)驗?zāi)K，再按每個模塊內(nèi)容安排具體的子項目實(shí)驗內(nèi)容。同時由于實(shí)驗的整個過程都需要使用植物材料，尤其是前面兩個模塊的實(shí)驗項目是以活體植物材料作為研究觀察對象，因此在“植物生理學(xué)實(shí)驗”項目教學(xué)實(shí)踐中，改變了過去每次實(shí)驗課之前由老師準(zhǔn)備實(shí)驗材料的方式，由各實(shí)驗組的學(xué)生利用第一個實(shí)驗項目模塊植物的“礦質(zhì)營養(yǎng)”中的完全溶液培養(yǎng)(對照組)和缺素溶液培養(yǎng)(處理組)栽培實(shí)驗過程獲得的植物材料，作為后面各階段不同實(shí)驗?zāi)K子項目的實(shí)驗材料，使對兩種不同礦質(zhì)營養(yǎng)條件下培養(yǎng)的植物的生長情況觀察和生理指標(biāo)的測定與對比貫穿整個實(shí)驗課程，學(xué)生可以在實(shí)驗課程的前期充分觀測記錄植物的生長過程，同時又為后面各階段的實(shí)驗子項目內(nèi)容提供有科學(xué)對比分析意義的兩組實(shí)驗材料。

圖1 “植物生理學(xué)實(shí)驗”課程研究性項目設(shè)計

2 課程實(shí)驗項目的組織與實(shí)施

研究性課程項目的內(nèi)容和實(shí)施方式，以分析在完全培養(yǎng)(對照組)與缺素培養(yǎng)(處理組)兩種狀態(tài)下植物生長發(fā)育和生理指標(biāo)的變化，并探討其生物學(xué)機(jī)制為研究目的，按照這個目標(biāo)主線，要求學(xué)生利用實(shí)驗課程內(nèi)容要求的實(shí)驗技術(shù)來測定和分析比較對照組實(shí)驗材料和處理組實(shí)驗材料在不同生理狀態(tài)下的各項指標(biāo)。

實(shí)驗準(zhǔn)備和幼苗培養(yǎng)階段屬于第1個實(shí)驗項目模塊植物的“礦質(zhì)營養(yǎng)”，在這一階段首先由教師給學(xué)生總體說明和指導(dǎo)實(shí)驗課程的具體內(nèi)容、實(shí)驗技術(shù)流程、研究目標(biāo)與結(jié)果分析要求等，安排和指導(dǎo)各實(shí)驗小組學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一栽培管理，在植物幼苗的溶液培養(yǎng)和缺素培養(yǎng)實(shí)驗子項目中，除了完成該模塊的實(shí)驗和觀察內(nèi)容以外，也為后面的實(shí)驗準(zhǔn)備好了兩組實(shí)驗材料。第1個模塊的子項目完成后，課程內(nèi)容循序進(jìn)入第2和第3個模塊，以完全和缺素兩個不同條件的溶液培養(yǎng)所得到的植物材料作為分析對象，在對應(yīng)組織部位取樣測定相關(guān)的子項目實(shí)驗指標(biāo)。

經(jīng)過重新設(shè)計組合的研究性項目教學(xué)方案，在實(shí)施過程中使學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下，圍繞著具體項目任務(wù)這個核心，以團(tuán)隊的形式共同學(xué)習(xí)、分工合作來完成實(shí)驗項目任務(wù)[12-13]。

3 實(shí)驗結(jié)果的綜合分析與評價

在傳統(tǒng)實(shí)驗教學(xué)方式的課堂上，學(xué)生僅僅是學(xué)習(xí)和掌握了實(shí)驗技能和提交一份實(shí)驗報告，對實(shí)驗項目內(nèi)容的相關(guān)理論知識和科學(xué)意義理解不深。研究性的項目教學(xué)由學(xué)生主動去分析和探討實(shí)驗過程和結(jié)果，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，教師由課堂教學(xué)的講授者、主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的引導(dǎo)者和合作者[7]。

在課程的各個實(shí)驗項目完成過程中，老師對學(xué)生學(xué)習(xí)的每個子項目內(nèi)容進(jìn)行跟蹤講評，不僅讓每個學(xué)生掌握相關(guān)實(shí)驗原理和操作技術(shù)，還聯(lián)系栽培過程中觀察到的植物生長和實(shí)驗項目中檢測到的生理指標(biāo)變化，提示學(xué)生注意分析不同實(shí)驗項目模塊和子項目內(nèi)容中觀察到的現(xiàn)象和實(shí)驗結(jié)果之間的聯(lián)系，并且要求學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行分析、比較與討論，課程報告以研究小論文的形式提交。在實(shí)驗課程結(jié)束后對學(xué)生的操作技能、結(jié)果分析能力、論文寫作能力等方面進(jìn)行綜合評定。

經(jīng)過重新設(shè)計和組合的實(shí)驗課程項目和實(shí)施方式，以研究目標(biāo)為主線，利用課堂所學(xué)的實(shí)驗技術(shù)，以實(shí)驗數(shù)據(jù)為依據(jù)綜合分析比較在不同培養(yǎng)狀態(tài)下植物組織的生理生化變化，并分析討論這些過程體現(xiàn)的變化規(guī)律和蘊(yùn)含的生物學(xué)機(jī)制，將實(shí)際的研究課題理念帶入課堂，讓研究性的項目教學(xué)法真正在課堂上得以實(shí)施和拓展。

在實(shí)驗課程開始的時候教師就把問題提出來，給學(xué)生思考的機(jī)會，在貫穿整個實(shí)驗教學(xué)的過程中，學(xué)生和教師有機(jī)會不斷地交流和討論分析實(shí)驗結(jié)果。這種研究性的項目教學(xué)方法可以很好地激發(fā)學(xué)生主動參與教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識去積極探索新知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性地分析問題和解決問題的能力[11]。采用這種提出問題誘導(dǎo)學(xué)生思考，而不是簡單灌輸?shù)慕虒W(xué)語言和教學(xué)方法，不僅課堂氣氛活躍，對訓(xùn)練學(xué)生的主動思維的能力也有很大的好處[14]。

4 課堂互動與學(xué)生綜合能力的提升

在實(shí)施研究性項目教學(xué)法的實(shí)驗課堂中，學(xué)生既是項目的計劃參與者和管理者，又是項目的執(zhí)行者。通過研究性的項目教學(xué)方式，在有限的實(shí)驗課時之內(nèi)引入科學(xué)研究的理念和目標(biāo)，既能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維和分析解決問題的綜合能力[15]。

4.1 學(xué)生綜合能力訓(xùn)練實(shí)踐

由于植物材料的栽培延續(xù)了幾乎整個課程階段，需要學(xué)生利用業(yè)余時間進(jìn)行栽培管理和生長狀況觀察記錄。同時在課堂實(shí)驗過程中，課程的每個實(shí)驗項目模塊要求測定多個相關(guān)子項目內(nèi)容，實(shí)驗結(jié)束后又需要對結(jié)果進(jìn)行綜合比較分析。這樣就要求小組成員充分合作，合理協(xié)調(diào)安排時間和分工完成課程要求的研究目標(biāo)，學(xué)生在類似真實(shí)科學(xué)研究的情境中通過互助協(xié)作共同完成各項目中的實(shí)驗操作、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果討論等任務(wù)。

在最后的課程考核中，要求學(xué)生按照正式發(fā)表格式撰寫課程小論文，這種寫作訓(xùn)練使學(xué)生能夠更直接地學(xué)習(xí)到將實(shí)驗數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行綜合分析，比起傳統(tǒng)的實(shí)驗報告，能更好地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)寫作能力。在以小組為單位的實(shí)驗研究結(jié)果總結(jié)交流報告會中，各小組學(xué)生自行制作PPT并向全班同學(xué)和授課老師演示和宣講他們的實(shí)驗過程、結(jié)果分析和結(jié)論的推斷過程，其他各組學(xué)生自由提問，在此過程中培養(yǎng)了他們的口頭表述和交流科學(xué)問題的技能。以課程小論文和實(shí)驗研究總結(jié)報告的形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的各個實(shí)驗的獨(dú)立實(shí)驗報告和實(shí)驗操作考試，通過相對完整的實(shí)驗研究和總結(jié)過程，有效地培養(yǎng)學(xué)生從提出問題到設(shè)計實(shí)驗分析問題，再通過實(shí)驗結(jié)果的整合分析、文獻(xiàn)查閱、自我思考和科學(xué)推論解決問題，再進(jìn)一步提出新問題的能力。

4.2 教學(xué)效果

研究性教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)在于極大地引起學(xué)生對學(xué)科的興趣，在注重知識傳授的同時注意著力培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)造能力，具有開放性、綜合性和實(shí)踐性的特征，把科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維、科學(xué)道德、評價能力、批判精神、合作精神、敬業(yè)精神、嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)結(jié)合到教學(xué)中去[11]。實(shí)踐證明，對課程的實(shí)驗教學(xué)體系進(jìn)行改革，開展以項目和案例為驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)改革，在提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和綜合科研素質(zhì)方面取得了明顯的效果[16-18](見表1)。

“植物生理學(xué)實(shí)驗”從植物的溶液培養(yǎng)開始，第一個環(huán)節(jié)實(shí)驗培養(yǎng)出來的植物材料就是后面實(shí)驗環(huán)節(jié)的材料，每個實(shí)驗項目既相對獨(dú)立，又環(huán)環(huán)相扣，使得整個實(shí)驗課程成為一個有機(jī)的整體，前一步的成功與否會直接影響到下一步實(shí)驗，大大增強(qiáng)了學(xué)生對實(shí)驗的重視程度和責(zé)任感[19]，不僅提高了學(xué)生的興趣和實(shí)驗成功率，也保障和提升了實(shí)驗教學(xué)的質(zhì)量。同時，這種連續(xù)性和對比性的實(shí)驗設(shè)計，可以讓學(xué)生充分了解每一個測定項目對于解釋不同培養(yǎng)條件下植物生理狀態(tài)的差異和生理機(jī)制，做到“知其然”以及“知其所以然”。

實(shí)驗課程中采用研究性項目教學(xué)法的方式，模擬科學(xué)研究中提出問題和解決問題的過程，建設(shè)研究性學(xué)習(xí)和交流平臺，可以有效地將學(xué)生從基礎(chǔ)實(shí)驗訓(xùn)練導(dǎo)向到探索性科研訓(xùn)練，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)、科學(xué)思維和研究能力。

表1 研究性項目教學(xué)法實(shí)施前后實(shí)驗教學(xué)效果比較

5 結(jié) 語

研究性的項目教學(xué)方式營造了一種帶有科學(xué)探索性質(zhì)的互相協(xié)助、共同交流的教學(xué)氛圍，在教學(xué)中達(dá)成經(jīng)驗分享、同伴互助、良性競爭等總體目標(biāo)，提高了教學(xué)活動的互動性和有效性。這種研究性的項目教學(xué)方法也是一種在專業(yè)教學(xué)中將普適功能的教育目標(biāo)，如方法能力、合作交往能力、獨(dú)立自主能力、責(zé)任意識等突出表現(xiàn)出來并貫穿到課堂內(nèi)外的教學(xué)方式[8]。通過研究性的實(shí)驗教學(xué)方案改革，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升教學(xué)質(zhì)量的同時，不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維和自主研究和實(shí)踐能力以及團(tuán)隊協(xié)作精神，能更好地滿足當(dāng)前創(chuàng)新性教育的發(fā)展需要。

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