PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在植物組織培養(yǎng)教學(xué)中的應(yīng)用

馬文生， 栗孟飛， 孫 萍， 馬紹英， 李 勝， 李 唯， 楊德龍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 蘭州 730070)

PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在植物組織培養(yǎng)教學(xué)中的應(yīng)用

馬文生， 栗孟飛， 孫 萍， 馬紹英， 李 勝， 李 唯， 楊德龍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 蘭州 730070)

基于問題的學(xué)習(xí)(problem-based learning, PBL)是一種以設(shè)置問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心的新型教學(xué)模式。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)也以學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)，變傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)的一種教學(xué)體系。為了提高植物組織培養(yǎng)課程的教學(xué)質(zhì)量，我們將PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式引入教學(xué)中，通過期末考試成績和問卷調(diào)查兩種方式分析教學(xué)效果。結(jié)果表明：PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，增強(qiáng)了溝通和交流的能力，培養(yǎng)了自學(xué)和獨(dú)立思考的能力，提高了實(shí)驗(yàn)操作以及科技論文撰寫等方面的綜合能力，取得了較好的效果，值得在植物組織培養(yǎng)及類似課程教學(xué)中推廣應(yīng)用。

植物組織培養(yǎng)；PBL教學(xué)；開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)效果

植物組織培養(yǎng)是以植物生理學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一門實(shí)用性較強(qiáng)的學(xué)科，目前已滲透到生物學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，成為研究生物學(xué)的重要技術(shù)與手段，并廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和醫(yī)藥業(yè)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1-2]。由于其廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，目前在中國綜合性院校、以及大多數(shù)農(nóng)林院校均開設(shè)了植物組織培養(yǎng)課程，已成為生物科學(xué)、生物技術(shù)、園藝、中草藥等專業(yè)的專業(yè)必修課或選修課[3]。為了解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端，很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)植物組織培養(yǎng)教學(xué)方法、內(nèi)容與手段等進(jìn)行了一系列的改革與探索，并取得了一定的成效[4-6]。隨著中國經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，以及對(duì)教育經(jīng)費(fèi)的投入比例增加，高等院校教學(xué)設(shè)施和環(huán)境也相應(yīng)地得到較大改善(比如，實(shí)驗(yàn)室面積增加、儀器設(shè)備的更新、經(jīng)費(fèi)的投入加大等)，這就為培養(yǎng)現(xiàn)代化、復(fù)合型人才提供了有利的條件。然而，這也為植物組織培養(yǎng)教學(xué)方法和效果提出了更高的要求。

基于問題的學(xué)習(xí)(problem-based learning, PBL)是由美國神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows于1969年創(chuàng)立的一種自主學(xué)習(xí)模式，該方法以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置于復(fù)雜的有意義的問題情境中，讓學(xué)生通過合作交流探索解決問題，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，提高學(xué)生綜合思考和解決問題的能力[7-8]。目前，中國已有多所院校在不同課程中開始嘗試 PBL教學(xué)法，并已取得良好的教學(xué)效果，比如，微生物學(xué)[8-9]、細(xì)胞生物學(xué)[10]、遺傳學(xué)[11]等。蘇穎等[12]報(bào)道，PBL教學(xué)法實(shí)施過程中主要涉及4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即培訓(xùn)教師掌握PBL教學(xué)方法、基于問題的合理設(shè)計(jì)、周密的教學(xué)安排以及建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。張文玲等[13]則認(rèn)為，影響PBL教學(xué)效果的因素主要有4個(gè)方面：問題設(shè)計(jì)、教師素質(zhì)、學(xué)生因素和學(xué)習(xí)資源。二者的共同點(diǎn)除了教師和問題設(shè)計(jì)2個(gè)因素外，還有教學(xué)的安排，即最大化地發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。隨著高校改革的深入發(fā)展，人才培養(yǎng)模式由精英式人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用型人才培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合應(yīng)用知識(shí)能力的培養(yǎng)[14]。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求以學(xué)生為本，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占主體地位，教師起引導(dǎo)作用，變傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生有獨(dú)立活動(dòng)的空間和時(shí)間來反復(fù)修正實(shí)驗(yàn)方案，研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[15-16]。

基于PBL教學(xué)法和開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)，本教研室在植物組織培養(yǎng)課程教學(xué)中，針對(duì)2011級(jí)(127人)和2012級(jí)(114人)生物技術(shù)專業(yè)本科生(共計(jì)241人)，引入了PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)模式，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)植物組織培養(yǎng)課程的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐操作能力，全面提高理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量?，F(xiàn)將教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

1 教師對(duì)PBL教學(xué)方法的理解與掌握

PBL教學(xué)法與問題式教學(xué)法、討論式教學(xué)法有所不同。所以，教師掌握PBL教學(xué)法是重要的環(huán)節(jié)[12]。首先，教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，認(rèn)識(shí)到學(xué)生是積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，教師起指導(dǎo)作用與決定性的作用，教學(xué)開始之前，教師要做大量的教學(xué)準(zhǔn)備工作，以便取得較好的教學(xué)效果；其次，要深刻了解PBL教學(xué)是一整套規(guī)范的教學(xué)模式，教師不僅要制定培養(yǎng)目標(biāo)、設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)、編寫教案，而且要把握教學(xué)過程、提供教學(xué)資源、正確引導(dǎo)和促進(jìn)教學(xué)實(shí)施，最后還要對(duì)教學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)及總結(jié)。

比如，在講授無菌操作章節(jié)過程中，教師可首先提出為什么要進(jìn)行無菌操作的問題，學(xué)生根據(jù)自己了解的知識(shí)進(jìn)行相互之間的交流與討論，教師再根據(jù)學(xué)生討論的結(jié)果以及提出的問題進(jìn)行理論講解，然后將學(xué)生帶入無菌操作實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)，最后讓學(xué)生充分理解為什么要進(jìn)行無菌操作，無菌操作間設(shè)計(jì)的基本思路，無菌操作過程中需要哪些儀器、器皿、藥品和耗材，無菌操作的具體步驟與注意事項(xiàng)等。教師采用這種“基于問題→交流要論→理論教學(xué)→實(shí)踐參觀(操作)”的教學(xué)方法，可有效加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，更為以后開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置

長期以來，普通高等院校的植物組織培養(yǎng)課程重視理論知識(shí)講授，忽視專業(yè)知識(shí)在實(shí)踐生產(chǎn)中的應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)面較狹窄，動(dòng)手能力較差，與實(shí)際需求嚴(yán)重脫軌[1, 17]。本教研室將植物組織培養(yǎng)課程(共計(jì)56學(xué)時(shí))設(shè)置進(jìn)行了調(diào)整，由原來的理論教學(xué)42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)14學(xué)時(shí)(理論∶實(shí)驗(yàn)=3∶1)調(diào)整為理論教學(xué)28學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)28學(xué)時(shí)(理論∶實(shí)驗(yàn)=1∶1)，在注重理論教學(xué)的同時(shí)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)時(shí)數(shù)。

3 基于問題的合理設(shè)計(jì)

PBL教學(xué)的特征是基于問題的學(xué)習(xí)， 因此問題的設(shè)置是 PBL 教學(xué)的核心[18]。曹媛媛等[8]研究認(rèn)為，問題的設(shè)置應(yīng)遵循3個(gè)主要原則：1)問題的設(shè)置要以課程教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)；2)問題應(yīng)與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系；3)問題應(yīng)難易適中。根據(jù)以上PBL教學(xué)的特征以及主要原則，本教研室分別從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)2個(gè)方面對(duì)問題進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

例如，在理論教學(xué)方面，我們會(huì)提出如下問題：植物組織培養(yǎng)應(yīng)用范圍有哪些？植物組織培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)有哪些？影響植物組織培養(yǎng)的環(huán)境因素有哪些？為什么不同的基因型植物需要不同的激素種類和濃度？同一外植體在不同的激素種類和濃度誘導(dǎo)下會(huì)產(chǎn)生哪些不同的效果？如何借助植物組織培養(yǎng)進(jìn)行生物制藥？如何借助植物組織培養(yǎng)進(jìn)行作物種質(zhì)保存與改良？根據(jù)以上問題的設(shè)計(jì)，借助教師的課堂講授、學(xué)生的課外文獻(xiàn)資料查閱(比如，www.cnki.net、www.wanfangdata.com.cn、http://lib.cqvip.com等)，讓學(xué)生進(jìn)行自主交流與討論，并對(duì)討論結(jié)果以綜述性論文的形式進(jìn)行撰寫與提交，逐步讓學(xué)生形成系統(tǒng)的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)。

比如，在提出植物組織培養(yǎng)應(yīng)用范圍有哪些的問題中，旨在讓學(xué)生形成全面的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)(見圖1)，了解植物組織培養(yǎng)不僅僅處于表明的快速繁殖、愈傷組織誘導(dǎo)、細(xì)胞懸浮培養(yǎng)等，而更為重要的是深入了解植物組織培養(yǎng)在生物學(xué)研究(比如，植物抗逆品種快速篩選、功能基因篩選、轉(zhuǎn)基因植物育種等)以及生產(chǎn)中(比如，植物次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)、莖尖脫除病毒、種質(zhì)保存與利用等)的重要性。

圖1 植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍

4 開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

為了加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力，培養(yǎng)學(xué)生小組團(tuán)隊(duì)合作的精神，同時(shí)充分發(fā)揮有限的教學(xué)資源，我們?cè)赑BL教學(xué)的基礎(chǔ)上，采取了開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。在植物組織培養(yǎng)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，我們主要遵循以下4個(gè)原則(見圖2)：

圖2 植物組織培養(yǎng)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中遵循的4個(gè)原則

1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的連貫性與應(yīng)用性。實(shí)驗(yàn)的連貫性有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，要求學(xué)生完成如下步驟：外植體的選擇→滅菌→激素選擇與配比→培養(yǎng)基制作→接種→結(jié)果的觀察、照相或檢測→根據(jù)結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整或分析等。實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性要與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系，通常我們會(huì)讓學(xué)生結(jié)合參與教師的科研或自主申請(qǐng)的大學(xué)生課外學(xué)術(shù)(SRTP)項(xiàng)目開展開放性實(shí)驗(yàn)。

2)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在保證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容連貫性與應(yīng)用性的基礎(chǔ)上，學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)對(duì)象，然后獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?比如，組培快繁、胚性或非胚性愈傷組織誘導(dǎo)、毛狀根誘導(dǎo)、莖尖脫毒等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)，其中包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間的安排、所用儀器名稱與耗材數(shù)量、藥品的配制方法與過程、實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果與檢測方法等。

3)教師的啟發(fā)與指導(dǎo)。根據(jù)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，教師應(yīng)遵循維果茨基提出的“最近發(fā)展區(qū)”原則，即經(jīng)過教師的啟發(fā)引導(dǎo)，學(xué)生認(rèn)真思考和討論，最終自己能夠解決的問題[19]。首先，教師根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合學(xué)生所學(xué)知識(shí)與能力，以及實(shí)驗(yàn)室的資源進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與修改，以保證實(shí)驗(yàn)的順利開展與按期完成；另外，教師還應(yīng)考慮學(xué)生的知識(shí)水平與實(shí)驗(yàn)的難易程度。

4)課程成績的考核。在課程成績考核過程中，為了更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課程成績應(yīng)直接相關(guān)。課程成績的體現(xiàn)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)過程中出勤率與安全性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完整性，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫與分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果到科技論文的轉(zhuǎn)化(比如，是否在中國科技論文在線www.paper.edu.cn提交或發(fā)表論文)等。

5 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

為了客觀地評(píng)價(jià)PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果，我們?cè)诮虒W(xué)結(jié)束后，以2010級(jí)生物技術(shù)專業(yè)本科生(總學(xué)時(shí)56，理論:實(shí)驗(yàn)=3:1，人數(shù)110)傳統(tǒng)教學(xué)模式下期末考試成績?yōu)閷?duì)照，分別對(duì)2011級(jí)(127人)和2012級(jí)(114人)生物技術(shù)專業(yè)本科生(共計(jì)241人)采取了期末考試和問卷調(diào)查2種評(píng)價(jià)方式，評(píng)價(jià)結(jié)果見表1(期末考試成績比較)和表2(問卷調(diào)查評(píng)價(jià))。

從表1可以看出，在PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，2011級(jí)和2012級(jí)的期末考試平均成績分別為77.65和78.92分，明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)模式下的2010級(jí)平均成績70.28分；另外，PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下90～100分、80～90分以及70～79分?jǐn)?shù)段的比例，相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)，也得到明顯提高；同時(shí)，隨著教師授課經(jīng)驗(yàn)的積累，2012級(jí)的平均成績、高分分?jǐn)?shù)段(90～100分和80～90分)比例相對(duì)于2011級(jí)也相應(yīng)增加。

對(duì)2011級(jí)和2012級(jí)生物技術(shù)專業(yè)本科生241名學(xué)生進(jìn)行無記名教學(xué)效果問卷調(diào)查，結(jié)果如表2所示。95%以上的學(xué)生認(rèn)為PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能夠提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力；80%以上的學(xué)生認(rèn)為能夠增強(qiáng)同學(xué)之間溝通和相互交流能力、培養(yǎng)自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力、有利于理論知識(shí)的掌握，形式新穎，提高學(xué)習(xí)積極性；70%以上的學(xué)生認(rèn)為提高文獻(xiàn)查閱檢索能力，拓寬知識(shí)面，能夠提高科技論文寫作水平，有利于師生相互溝通，該教學(xué)模式有益。

表1 PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式下期末考試成績比較

表2 2011和2012級(jí)學(xué)生對(duì)PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的教學(xué)效果評(píng)價(jià)(n=241)

6 結(jié)語

為了提高植物組織培養(yǎng)課程教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)現(xiàn)代化和復(fù)合型的人才，近2年來，我們進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索，將PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式引入教學(xué)中，受到了學(xué)生的歡迎與好評(píng)，獲得了較好的教學(xué)效果。實(shí)踐結(jié)果表明，通過PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，有益于學(xué)生之間的相互交流和討論，能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，提高了實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力，以及科技論文撰寫等方面的綜合能力。但PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也存在一些普遍性的問題：比如，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握水平參差不齊，開放性實(shí)驗(yàn)耗時(shí)太多等[13,16]?？傊?，PBL結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一種實(shí)用與完備的教學(xué)方法，值得在植物組織培養(yǎng)及類似課程教學(xué)中推廣應(yīng)用。

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Application of PBL combined with open experiment in teaching of plant tissue culture

MA Wen-sheng, LI Meng-fei, SUN Ping, MA Shao-ying, LI Sheng, LI Wei, YANG De-long

(College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Problem-based learning (PBL) is a problem-based and student-centered new teaching model. Open experimental teaching is a comprehensive quality teaching system with student-centered, teacher-led and traditional passive learning into active learning. In order to improve the teaching quality of plant tissue culture, the teaching mode of PBL combined with open experimental was introduced into the teaching course, and the teaching effects were analyzed by the final examination and self-evaluation investigation questionnaire. The results showed that the teaching mode of PBL combined with open experimental could stimulate students′ learning interesting, help students to master the theory knowledge, enhance the ability of communication and interaction between students, improve their self-study ability, independent thinking ability, experimental operation ability and comprehensive ability of scientific paper writing, etc, all of which indicates that the new teaching mode of PBL combined with open experimental could effectively improve the teaching quality. It is worthy of popularization and application in the teaching of plant tissue culture and similar courses.

plant tissue culture; problem-based teaching (PBL); open experimental teaching; teaching effect

2014-11-17；

2014-11-21

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目(2014-21)；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(2014)；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(2014)

馬文生，實(shí)驗(yàn)師，主要從事生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研工作；

栗孟飛,講師,博士,主要從事植物逆境生理與細(xì)胞工程教學(xué)與科研工作，E-mail:lmf@gsau.edu.cn。

Q943.1; G633.91

C

2095-1736(2015)05-0104-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.05.104