情景设置法教学在环境生物学蓄积毒性教学中的应用与效果评价

邱振鲁,高晓娟,刘凤红,袁雪娇

(齐鲁理工学院化学与生物工程学院，山东 济南 250200)

1 蓄积毒性的概念及我校环境生物学课程设置特点

蓄积毒性是指低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次与机体持续接触，经过一定时间后使机体表现出明显的中毒现象[1]。出现蓄积作用的原理在于这些化合物难以被机体排出，在体内会出现物质上的蓄积和功能上的蓄积，一定时间以后便会超过中毒阈剂量而使机体中毒。该内容在孔繁翔主编的《环境生物学》教材中属于"环境污染对生物系统的影响及机理"部分。该部分介绍环境污染物从分子、细胞到生态系统的各个层次上对生物系统的影响，而这些影响要通过生物检测的方法来测定，也就是毒性试验。

齐鲁理工学院环境科学专业的环境生物学开设于第四学期，要早于环境毒理学，所以蓄积毒性的原理和蓄积系数的计算是教学中的重难点，对学生进一步学习专业课环境毒理学以及运用相关的知识进行毕业论文和设计都会起到重要的作用。由于该专业的学生并没有学习过较为深入的生化、生理方面的知识，单纯从生理生化机制上进行分析蓄积毒性作用机理，只会让学生感到理解上的抽象与困难。针对该专业学生的特点和已有的知识基础，对该部分内容教学进行改革，以找出更加适应我校环境科学专业学生理解该知识点的教学方法就显得尤为重要。

2 环境生物学教学中运用改革的必要性

教学改革是高等教育教学发展的需要。好教师要研究教和学，善于引导学生学，教会学生学习和自主学习[2]，而情景设置和课堂讨论法教学的适应性十分广泛，这种教学模式对于高校教学过程是必然的要求。环境生物学的课程特点决定了在教学中要贯彻教学改革。已有相关教学研究表明，使用互动式教学可以促进师生间交流，取得更好的教学效果。如明凤[3]等在现代生命科学导论课程中使用了小组讨论的互动式教学，取得了良好的教学效果。李德红[4]在生物化学教学中大胆进行改革，使用了小组教学法，改善了教学效果，文章还指出了小组合作教学法实施过程中出现的问题。环境生物学是环境科学专业的核心课程，研究生物与人为逆境间的相互关系，是后续环境毒理学及各种污染治理课程中生物治理方法以及生物修复的理论基础所在，在环境生物学教学中贯彻教学改革，一改以往的讲授式教学模式，必将有助于学生深入理解环境生物学基本原理，并将这些原理应用于实际。

多年来，我校环境生物学采用传统的多媒体结合板书教学，虽然运用了现代化的教学手段，但是方式上仍然是灌输式教学。为了充分发挥学生学习的主动性，让学生更加理解教学内容在实践中的应用[5]，在“毒性蓄积”一节教学中，采用情景设置法和课堂讨论法教学，取得了良好的教学效果。

3 对蓄积毒性机理和蓄积系数计算的教学方法的具体实施

3.1 课程的引入

使用设问法引入教学，前面我们学习了一般毒性试验中的急性、亚慢性和慢性毒性试验，虽然它们的致病机理和特点各有不同，但是都要求达到或超过中毒阈剂量，那达不到阈剂量的毒物就不会引起机体的中毒么？答案是否定的，通过本蓄积毒性试验的学习和对蓄积原理的讨论、分析以及相关计算，我们便能解释这一问题。

3.2 蓄积毒性情景的设计及课堂讨论

蓄积毒性现象与物质在体内的代谢特点密切相关，这类化合物往往不容易被机体解毒排出，在机体内存留时间较长。所以该部分内容与之前生物浓缩、生物积累知识点关系密切，在此基础上进一步学习蓄积毒性相关知识，将更有助于学生们对生物浓缩、生物积累概念的理解，并且进一步理解原来那些抽象概念的实际应用意义。

在学习中，学生能够身临其境，亲身参与要比单纯的传授式教学更能激发他们的积极性，往往效果也更好[6]。然而在实际的课堂中，很难做到将实验室搬进课堂。即便教学可以再实验室进行，对毒性试验的操作和数据分析也会让学生感到复杂和无趣。在本节课的教学中，作者将全班设置成一个虚拟的环保局，让学生们扮演毒性监测技术人员的角色，设置了关于食品中重金属铅蓄积毒性检测的情境。情境设置如下：

双山省食品卫生局局长“石武静”来电：****虚拟环保局，你们好，我局有一重要事情请你们帮忙，请你们通过我们提供的重金属铅对小鼠的毒性实验结果，推断其在人体内的蓄积性，以便于建立食品卫生标准。虚拟环保局接线员：好的，很乐意承担任务，请描述你们的实验过程和结果。石武静：选取100只小鼠，测定铅对其24h的LC50为：4.37mg/L又选取100只同样健康的小鼠，每次给予铅含量为0.2mg/L食物，每日监测死亡数量，从第一天开始分别为0，0，0，1，2，4，5，5，8，10，15，18,(以上数字为每日净死亡数字，不包括前日死亡数目)虚拟环保局接线员：好的，我马上安排局内相关人员通过资料计算提供铅的蓄积性。各处任务：(1) 计算上述实验蓄积系数K并进行评价；(2)请按剂量定期递增染毒法和20天蓄积试验法设计实验，并简要说明评价 将上述情境放置在ppt中，由教师扮演卫生局局长，任选一位同学扮演虚拟环保局接线员。这样的情境会使学生们身临其境的感到自己接下来的计算真的会为卫生局相关标准的制定做出自己的一份贡献。他们自发按小组认真讨论蓄积的原理和蓄积系数K的计算方法。同时，教师下发课堂讨论记录表，要求记录每个小组三个人的发言以及小组讨论结果汇总。教师总结归纳该部分内容后，学生们还要在讨论报告上写出本次讨论的收获。

3.3 学生在课堂讨论中的行为

按照教学的安排，学生讨论时间为5分钟，期间教师走到某一小组，倾听他们的讨论过程，讨论主要围绕蓄积的机理和蓄积系数K的计算，在谈论到蓄积机理的时候，某些小组的同学谈到了生物浓缩、生物积累的概念，还有些同学想到了此类化合物的特点：难代谢，难排出。但是在对于机理的讨论过程中，教师也听到了以下错误的观点：(1)认为是先有了蓄积作用，才发生生物浓缩和生物积累，搞混了两者的因果辩证关系。(2)认为蓄积毒性发生的原因在于多次给予机体，而没有强调浓缩、积累这样的关键词。在谈到蓄积系数K的计算时，小组成员仔细研究讨论公式中分子、分母的含义。但也听到了错误的观点，例如认为只有当K<1的时候才有蓄积作用发生。

4 教学效果的评价与分析

4.1 课堂讨论记录结果统计

回收的8个小组的讨论记录中，记录了24位同学的讨论发言。其中记录蓄积公式和蓄积系数计算的有18位同学，记录蓄积机理的有10位同学，有4位同学在记录中对公式、系数计算和蓄积机理均有记录。在所有的发言记录中，描述正确的有13位，占54.17%；其中分析有道理的有14位，占58.33%；两者发言记录都正确的有5人，占33.33%。有2位同学上交的讨论发言内容不相符合，也计入到上述各项分母中。如图1、图2所示。

图1 学生课堂记录内容统计柱状图

图2 学生课堂记录情况统计柱状图

4.2 对教学结果的分析

课堂讨论发言记录统计结果表明，对于蓄积机理和蓄积系数的计算，每个问题都能有超过50%的学生通过小组讨论得到明确的答案，从记录中描述的语言进行分析，这些学生通过讨论真正理解了蓄积的原因和蓄积系数的计算方法。这也可以从选出的几位同学对设置的情景问题进行计算的汇报分析中看出。对于两者均进行发言的小组记录较少以及发言记录均正确的概率比较低，可能是由于讨论和记录时间只有5分钟，多数组没有讨论到第二个问题或者是没有时间形成记录。

5 对蓄积毒性教学提出的进一步建议与展望

蓄积毒性试验是生物测试的重要组成部分，这种试验能够检测那些难以被机体代谢排出的化学物质，在少量多次接触的情况下对机体产生的危害。在理论课上让学生充分理解蓄积的机理及蓄积系数的计算，有助于对环境生物学相关实验方案的设计，甚至对今后学生们从事污染物的毒理效应检测工作都会奠定良好的理论基础。作者根据多年环境生物学理论和实验教学的经验，对该部分内容教学提出以下建议：第一，理论课与实验课相结合，理论课中学习到的蓄积系数的计算方法，应用到毒理学实验中，让学生进一步体会其应用价值。第二，课堂教学中使用情景设置法教学，进一步加强分组讨论的作用，延长分组讨论的时间，让学生们通过讨论理解更多的知识点，也可以发现更多的问题。第三，重视讨论报告的批阅和反馈，学生的讨论报告务必当堂记录，不能够课后再修改，目的是更多的发现他们在讨论中所出现的对概念、机理、公式的理解有偏差或者错误的地方。第四，对评价方式进行改革，分组讨论以后，可以进行分组汇报，评价方式包括组内评价、组间评价、教师评价，通过同学之间的互相评价，发现、解决问题。第五，课下针对课堂理论在实际中的应用案例写成汇报，进一步深入理解课堂所学知识。