植物学实验分模块教学模式探讨

周存宇,陈中义,姚 振,郭永兵 (长江大学园艺园林学院,湖北荆州434025)

教学模式是指建立在一定的教学理论或教学思想基础之上,为实现特定的教学目的,将教学的诸要素以特定的方式组合成具有相对稳定且简明的教学结构框架,并具有可操作性程序的教学模型。传统的植物学实验内容几乎全为验证性实验,采用的教学模式主要为传递-接受型,通常都是以教师介绍实验内容和方法,然后学生进行实验以验证学过的理论知识。这种教学模式,学生处于被动地位,不利于学生学习主动性的充分发挥,制约了学生实践能力和创新能力的培养。由传统的以传授知识为主的知识教育转向以培养能力为主的素质教育,是21世纪对人才培养的需要。为适应素质教育和创新教育的要求,转变教育观念,以培养学生实践和创新能力为目标,对植物学实验教学进行改革势在必行。笔者在指出传统的植物学实验教学模式的弊端的基础上,针对存在的问题,就目前构建的植物学实验内容教学模块[1,2],即基础验证性实验、综合性实验和设计性实验的教学模式提出了改革的具体措施。

1 传统植物学实验教学模式的弊端

在传统的植物学实验教材中,并没有划分不同模块,几乎所有的实验内容都是验证性的,可以看成是理论教学的延伸。这种单一的实验类型多采用传递-接受型教学模式,该模式的主要目的是验证、巩固和加深课堂理论知识的掌握,而没有将锻炼学生分析解决实际问题和创新能力作为教学的最终目标。其具体教学程序可以归纳为:教师介绍实验内容、材料与方法、实验步骤——学生按步骤操作、观察切片——学生完成实验报告。这种教学模式的弊端主要有以下几个方面:

1.1 学生的主观能动性得不到有效发挥

传统的传递-接受型教学模式中,实验目的、内容、材料和步骤都已事先给出,学生只需按部就班地操作就可以顺利完成实验,教师完全控制实验的进程,学生基本处于被动地位,显然不利于学生学习主动性的充分发挥。

1.2 学生缺乏强烈的实验动机

教学设计专家斯皮策说过:“很多人都知道动机对学习的重要性,但常常说不出它是什么以及怎样地加以利用”。传统的植物学实验教学很少在设计和实施实验教学时考虑学生学习动机的优化,学生在做实验之前已基本知道结果,因此感觉实验过程枯燥、乏味,缺乏足够的学习动力,这是实验教学效果不理想的一个重要原因。

1.3 考核方式不科学

植物学课程成绩考核一般把理论考试和实验考核结合起来进行,例如很多高校现行的植物学考核的最终成绩构成是期末理论课考试成绩占80%,平时实验课成绩仅占20%。而这20%的实验成绩又主要以实验报告为依据,因此,学生对实验课成绩不够重视,并认为只要做好实验报告就万事大吉,对实验操作和实验技能采取应付的态度,由此产生高分低能的学生。

2 不同模块实验教学模式的改革

进入21世纪以来,素质教育和创新教育的理念日渐深入人心,在近年出版的植物学实验教材中,对基础验证性实验进行了精简,增加了综合性实验和设计探究性实验的内容。长江大学在植物学教学改革中,对植物学实验提出了包含3个教学模块的模块式教学的框架。对综合性和设计性实验而言,原有的教学模式已经无法适应实验内容的改变,即使对于基础验证性实验,在教育理念发生深刻变革的大背景下,其教学模式也急需做出相应的调整。

2.1 基础验证性实验

基础验证性实验在植物学实验的3个模块中处于先导地位,主要教学目的是使学生熟练掌握植物学基本实验技能,这些技能包括光学显微镜和体视显微镜的正确操作、临时装片的制作、徒手切片法、压片法、生物绘图法等,培养学生的观察能力,巩固理论教学所学的知识。笔者认为在该模块中应把训练学生的基本实验技能和验证课堂理论知识有机结合起来。由此出发,需要对原有的传递-接受的教学模式做出相应的调整。

首先,应适当压缩该模块的实验项目,现有的实验教学大纲和实验教材中,基础验证性实验模块大多以植物学理论教材中的章节内容进行安排,项目较多,几乎涵盖了理论课教学的所有知识点。学生在该模块实验中将大部分时间用于观察现成的永久切片和绘图,而动手实践的机会相对不足。为了使学生在有限的实验课时内有足够的自己动手训练的机会,笔者认为在该模块中,可以结合理论课教学模块的教学目标,以植物学基本实验技能来设计实验项目,每个实验项目完成1～2个实验技能的训练,同时也起到验证理论课模块教学内容的目的 (而不是验证章节教学内容),这样可将该模块的实验项目由原来的10个压缩至5～6个。

其次,尽量让学生参与实验的准备过程,以往的实验课所需的实验材料和实验药品全部由实验员准备好,学生并不清楚植物材料采自何处,实验药品如何配制。其实,除了永存片、教学模型和少数有毒、危险药品需要专职实验员准备之外,其他实验所需的新鲜植物材料可以交给学生自己到野外采集,简单的实验药品也可指定学生在实验室自行配制。这样一方面提高了学生的主观能动性,学生采集植物材料前需要思考如何根据实验观察内容选择合适的物种,甚至还会主动查阅文献资料,另一方面也丰富了实验观察的对象。

第三,鼓励学生采用不同的实验方法完成同一实验内容,例如在观察叶片表皮气孔时可用撕表皮,也可用印迹法,也可用刀片把上表皮和叶肉刮去的方法。通过在一个实验中采用多种实验方法,让学生反复练习,熟练掌握植物学实验中的各种技术,为后面的综合性和设计性实验模块打下坚实的基础;最后,改革该模块实验的考核方式,传统的植物学实验课的考核成绩是根据实验报告的好坏给予打分,这种考核方式造成的结果是,学生为写实验报告而上实验课,不重视课堂上动手实践能力的锻炼,有的学生甚至直接照教科书的插图临摹,造成本末倒置的现象。针对这种不合理的考核方式,今后该模块的考核应以考察学生的实验技能为重点,以学生在实验过程中表现的实际操作能力和创新能力为依据进行现场综合评分。

2.2 综合性实验

综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。这类实验一般包含了同一课程中2个及2个以上的知识点,或者与相关课程的知识相结合,涉及不同课程中2个及2个以上的知识点。综合性实验的设置主要是基于科学现象的复杂性,利用某单一知识点或单一学科的知识往往不能对复杂问题做出圆满的解释。该模块的教学目的主要是培养学生综合运用知识分析和解决问题的能力。该模块的实验项目是建立在学生已较为熟练掌握植物学基本实验技能和有关理论知识基础上设置的,以进一步强化实验操作能力和综合运用知识能力为核心。由此该模块的教学模式仍应以学生为主体,以培养学生能力为终极目标。

在具体的教学过程中应注意以下几个方面:首先是实验项目的选择,由于在植物学教学之前学生并没有植物生理学、植物生态学等相关学科的知识储备,实验项目要涉及不同学科的知识点不太现实,因此只能涉及本课程的不同知识点,可以将基础验证性实验中精简下来的实验项目加以综合,例如设置综合性实验项目 “单子叶植物根、茎、叶的解剖结构比较”,也可以围绕具体实际问题设置实验项目,例如,“耐水淹植物根、茎、叶解剖结构的生态适应性比较”就是为了解决在河岸带和水库消落带植被恢复过程中如何筛选有效植物这一实际问题而设计的。以上列举的综合性实验涉及到3个不同章节的内容,而且要求学生不仅要对不同营养器官和解剖结构特征有很好的掌握,也要对不同器官间的异同进行分析比较,并且还要分析其生态适应特征,这些结果必须依靠学生自己分析才能得出,可增强学生综合分析问题的能力,从而加深对理论课知识的理解和掌握;第二,综合性实验的学时应适当延长,由于这类实验要求学生自行选择植物材料,学生在观察过程中遇到在课堂甚至教材中都未涉及到的问题的可能性非常大,而这些问题首先要依靠学生自己通过查阅文献资料,再结合自己所学的有关知识进行解决。因此,常规植物学实验的3个课时远远不能满足实际需要,可根据实际情况将这类实验延长至6～9个学时;第三,综合性实验的考核应侧重学生的能力方面,即是否能运用基础模块所掌握的实验技能和理论知识分析实验中遇到的实际问题,并通过查阅相关文献和进一步的实验解决问题。因此考核项目不仅是最后的实验报告,还应包括其获得和应用文献的基本能力。

2.3 设计性实验

设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。着重培养学生独立解决实际问题的能力、创新能力以及组织管理能力。这是我国传统植物学教材中基本没有涉及的实验类型,需要一种全新的教学模式与之匹配。近年来,基于问题学习 (Problem-based learning,简称PBL)的理念在世界各国的大学中得到广泛重视,并呈现出多元化发展的特色[3]。它是一种引导学生自己去分析问题和解决问题的教学模式,实现了从 “知识中心型”教育向 “能力中心型”教育的转变。PBL模式与当前重视实践能力和创新能力培养的高校教育改革思路相吻合,可以在设计性实验模块加以应用。PBL教学模式的基本流程是:提出问题——学生以小组为单位开始解决问题——小组课堂讨论——教师归纳总结。PBL教学模式可分为五个基本阶段,分别是问题设计阶段,问题呈现和遭遇阶段,自我指导学习阶段,利用新知识解决问题阶段和总结、评价、反思阶段。在这种教学模式中教师起到引导和协作的作用,主要为学生创设一个认识上的困难情境,使学生产生解决这种认识上困难的动机,从而认真思考所要研究的问题。另外,教师还要提供学生探究问题所需的材料和场所。这种教学模式真正是以学生为主体,可以充分发挥学生的创造潜力,使学生从实验设计、实验材料的准备、实验步骤的安排、查阅文献资料和撰写科技论文等方面得到全方位的锻炼。

然而在目前的教学条件下,采用PBL模式组织教学会遇到诸多困难,需要引起各方重视。首先,设计性实验项目的设置,这种类型的实验应在整个实验总课时中占多大比例?设置哪些具体的实验项目?项目来源如何?笔者认为,就普通农林高等院校而言,由于实验场所和仪器设备等客观条件的限制,设计性实验的比重应控制在实验总课时20%以内,项目来源可以选自本校专业教师的科研课题,并建立设计性实验选题库,便于学生根据各自兴趣进行选择;第二,设计性实验项目的开设方式安排需要统筹考虑,因为这类实验内容涉及范围广,实验过程需要比较长的时间。因此,设计性实验往往不能按照验证性实验的开设方式来进行实验。针对这一问题,可以将设计性实验的整个过程划分为3个阶段,而这3个阶段完全可以在不同时间内进行。这3个阶段,即资料查阅、实验方法和实验步骤的安排计划阶段 (第1阶段),实验室操作阶段 (第2阶段),以及实验报告的写作阶段 (第3阶段)。第1阶段学生可以根据自己的具体情况安排内容,但必须在第2阶段实施前完成所有工作;第2阶段由实验任课教师统一安排实验时间和实验地点,学生在这一阶段获得实验的有关数据和资料;第3阶段,学生在任课教师规定的时间范围内,通过分析第2阶段的数据和资料,并结合有关文献资料,撰写实验报告或科技论文。扬州大学基于校园网络构建了 “植物形态解剖学”开放式实验预约选课系统平台[4],在设计性实验的硬件设施条件建设方面做了积极的探索,值得借鉴;第三,应适当增加设计性实验模块考核成绩占实验总成绩的权重,尽管设计性实验课时的占总课时的比例不大,但它充分反映了学生掌握理论知识、实验技能的程度和灵活运用知识解决实际问题的能力,故应重视该模块的考核,并提高其权重。

综合性实验和设计性实验是近年来植物实验教学改革中出现的新的实验类型,设置这两类实验的目的在于强化学生在教学中的主体意识,培养学生的创新和实践能力。为达到这一教学目标,必须对原有的实验教学模式进行改革。目前,已有许多高校在这方面做了有益的尝试和探索,将来的工作重点是在有限的植物学实验学时内,根据各学校的教学实际情况,设计出植物学实验3个模块的具体实验项目,探索实现每一个模块实验项目的具体途径,把植物学理论教学模块和实验教学模块有机结合起来,实现植物学教学目标。

[1]陈中义,姚 振,周存宇.高等学校学科基础课实施模块式教学探究——以 《植物学》课程教学为例 [J].长江大学学报 (社会科学版),2010,33(5):27-29.

[2]姚 振,陈中义,吴广宇.《植物学》课程模块式教学研究与实践 [J].安徽农业科学,2009,37(17):8282-8283.

[3]洪森荣,尹明华,叶利民,等.植物组织培养课程中PBL教学模式理论与实证研究 [J].中国农业教育,2010,(2):46-49.

[4]张 彪,高红明,淮银虎,等.植物形态解剖学的开放式实验教学模式 [J].实验技术与管理,2005,22(6):88-92.