科研為導(dǎo)向的“環(huán)境生物學(xué)”研究性教學(xué)實踐與思考

伍賢軍　李萍萍　朱詠莉　張銀龍

摘要：“環(huán)境生物學(xué)”是環(huán)境科學(xué)本科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)的新興交叉學(xué)科，主要面向大學(xué)二年級學(xué)生?；谄鋵嶒炐詮?qiáng)以及學(xué)科交叉的特點，很適合使用研究性教學(xué)的方法。本文從當(dāng)代“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)研究出發(fā)，結(jié)合“環(huán)境生物學(xué)”課程主講教師的教學(xué)實踐，提出新穎的教學(xué)思路：構(gòu)建以科學(xué)素養(yǎng)為導(dǎo)向的“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)內(nèi)容；以科研創(chuàng)新為導(dǎo)向的研究性教學(xué)方法；開展多種形式的科學(xué)研究活動。以此提高“環(huán)境生物學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有科研能力和創(chuàng)新意識的高素質(zhì)環(huán)境人才。

關(guān)鍵詞：研究性教學(xué)；“環(huán)境生物學(xué)”；科研創(chuàng)新；科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）50-0227-03

“環(huán)境生物學(xué)”是環(huán)境科學(xué)的重要分支學(xué)科，是環(huán)境科學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程?！碍h(huán)境生物學(xué)”主要研究生物與人為受損環(huán)境之間的相互關(guān)系，學(xué)生通過對“環(huán)境生物學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，可以掌握生物與受損環(huán)境之間相互作用的規(guī)律及其機(jī)理，以及利用生物進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測和治理的相關(guān)理論和技術(shù)。該課程的基本原理和研究方法對其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有著直接的影響，特別對學(xué)生的繼續(xù)深造以及學(xué)術(shù)成長有重要的作用?；趯W(xué)科交叉的特點，“環(huán)境生物學(xué)”也有助于拓寬學(xué)生的學(xué)術(shù)視野和知識結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。所以，“環(huán)境生物學(xué)”在環(huán)境類本科教學(xué)中受到普遍的重視。

一、“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)研究概況

“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)有一定的研究基礎(chǔ)。研究人員從不同角度論述了“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)改革的目標(biāo)以及重要性，并且以自身的教學(xué)實踐為基礎(chǔ)得出行之有效的教學(xué)規(guī)律。如程樹培等從“環(huán)境生物學(xué)”的學(xué)科定位、教改原則、課程設(shè)置以及發(fā)展前景等方面論述了以激發(fā)學(xué)科興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新意識為目標(biāo)的教學(xué)原則[1]；董麗麗從精選教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，注重實驗教學(xué)等方面，結(jié)合自身的教學(xué)實踐對“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探討，獲得了一些有效的教學(xué)經(jīng)驗[2]；肖鵬飛等結(jié)合東北林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)的實際情況，從教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，教學(xué)方法的改革，注重實踐教學(xué)以及改革考核方式方法等方面提出了“環(huán)境生物學(xué)”課程改革的具體做法，并取得了良好的教學(xué)效果[3]；魏素珍則專門探討了如何在“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)過程中運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)、互動式教學(xué)，以及怎樣促使科研和教學(xué)的有機(jī)結(jié)合[4]；戴靈鵬從實驗內(nèi)容、實驗教學(xué)方法和考核方式方面對“環(huán)境生物學(xué)”實驗進(jìn)行探索，提出了設(shè)計性實驗、探究性實驗的重要性[5]；葉文玲等結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)《環(huán)境生物學(xué)》主講教師的課程教學(xué)經(jīng)歷，從教學(xué)內(nèi)容、授課方式、課程實驗設(shè)置等方面對該課程的研究性教學(xué)進(jìn)行了總結(jié)[6]。綜合來看，目前很多“環(huán)境生物學(xué)”的教學(xué)研究主要集中于對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗教學(xué)以及考核方式進(jìn)行探討，其途徑是通過更新教學(xué)內(nèi)容，采取啟發(fā)式教學(xué)、交互式教學(xué)、問題式教學(xué)，提高探究性實驗比例等方式進(jìn)行教學(xué)改革。這種教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變具有重要的意義，其實質(zhì)是向研究性教學(xué)的方向邁進(jìn)。

“環(huán)境生物學(xué)”涉及的知識面較廣，需要有廣泛的自然科學(xué)根基。同時，隨著生命科學(xué)的飛速發(fā)展，“環(huán)境生物學(xué)”的理論知識、研究方法、技術(shù)手段不斷推陳出新，日益呈現(xiàn)出高度綜合化的發(fā)展趨勢。所以，“環(huán)境生物學(xué)”也要不斷與時俱進(jìn)，完善和創(chuàng)新研究性教學(xué)的新內(nèi)容。并結(jié)合自身的教學(xué)實踐，推動其作為環(huán)境科學(xué)核心課程的快速發(fā)展。未來，針對“環(huán)境生物學(xué)”的研究性教學(xué)也將十分注重研究性教學(xué)方法的挖掘。教學(xué)方法是教學(xué)過程的核心環(huán)節(jié)，可以毫不夸張地說，有什么樣的教學(xué)方法，就會產(chǎn)生什么樣的教學(xué)效果。古今中外人才培養(yǎng)是灌輸式的，還是啟發(fā)式的；是以老師為主體的講解，還是以學(xué)生為主體的提問，是關(guān)系到未來創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵所在。在本論文中，作者提出了以科學(xué)素養(yǎng)為導(dǎo)向的“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)內(nèi)容和以科學(xué)創(chuàng)新為導(dǎo)向的“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)方法，并開展多種形式的研究活動，以達(dá)到培養(yǎng)具有科研能力和創(chuàng)新意識的高素質(zhì)環(huán)境人才的目的。

二、科學(xué)素養(yǎng)為導(dǎo)向的“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)內(nèi)容

科學(xué)素養(yǎng)通常表現(xiàn)為科學(xué)的知識、科學(xué)的方法以及科學(xué)對社會的影響等方面。學(xué)生通過大學(xué)一年級普通生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)概論等前置課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了基本的理論基礎(chǔ)。“環(huán)境生物學(xué)”在此基礎(chǔ)上，擴(kuò)展到生物和環(huán)境的相互關(guān)系，通過生物學(xué)的理論和方法研究環(huán)境問題。這種相互關(guān)系理論并沒有傳統(tǒng)的生物科學(xué)或者環(huán)境科學(xué)那樣成熟，有些知識處于探索階段，有些知識沒有經(jīng)過充分的論證，甚至還存在較大的爭議。這就要求我們在教學(xué)中注重從科學(xué)探索的角度去引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。

首先，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)注重學(xué)科前沿。以教材輔助教學(xué)，但要超越教材的知識架構(gòu)。“環(huán)境生物學(xué)”教材多種多樣，側(cè)重點都有所不同，但往往知識體系比較陳舊。特別是隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，環(huán)境生物技術(shù)也日新月異。所以，教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展前沿，將科研成果融入本科教學(xué)中。“環(huán)境生物學(xué)”的重點內(nèi)容是受損環(huán)境對生物的影響、生物對受損環(huán)境的響應(yīng)、生物監(jiān)測及生物修復(fù)技術(shù)。在講述受損環(huán)境對生物的影響時，應(yīng)在介紹污染物對細(xì)胞膜、光合作用、呼吸作用、水分代謝和營養(yǎng)吸收，以及神經(jīng)系統(tǒng)的損傷基礎(chǔ)上，增加適度的當(dāng)代科研問題。如“親脂性有機(jī)污染物三氯苯酚誘導(dǎo)磷脂和膜蛋白組成導(dǎo)致猴腎體細(xì)胞的形態(tài)變化”、“重金屬鎘脅迫對植物抗氧化性水平和DNA損傷的影響”和“持久性有機(jī)污染物多氯聯(lián)苯（PCBs）的神經(jīng)毒性”等；在講述生物對受損環(huán)境的響應(yīng)時，可介紹“西葫蘆對持久性有機(jī)污染物DDE吸收和解毒的生理和分子機(jī)制”、“在棗中1型金屬硫蛋白響應(yīng)重金屬耐受性”和“乳酸菌降解微囊藻毒素及分子機(jī)理”等。在講授生物監(jiān)測和生物修復(fù)技術(shù)時，可附帶介紹“附生地衣監(jiān)測水泥廠附近的汞污染”、“觀賞灌木監(jiān)測城市環(huán)境中的化學(xué)元素”和“稻田紫色非硫細(xì)菌的鑒定和在重金屬生物修復(fù)中的應(yīng)用潛力”等。這些前沿性的內(nèi)容以更加具體的形式增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)科的理解，對當(dāng)代科學(xué)問題的把握，以及對科學(xué)研究的興趣。現(xiàn)在的科技進(jìn)步速度超乎人類的想象，知識更新?lián)Q代越來越快，這就需要教師在課堂上能更加靈活地更新授課內(nèi)容。endprint

其次，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)注重研究方法。在科學(xué)素養(yǎng)的要素中，科學(xué)的方法最為關(guān)鍵。美國著名的科普作家卡爾·薩根說過：“科學(xué)方法似乎毫無趣味、很難理解，但是它比科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)要重要得多?！笨茖W(xué)方法是科學(xué)素養(yǎng)中最重要的內(nèi)容，公眾理解科學(xué)，最重要的就是要理解科學(xué)方法并應(yīng)用這些科學(xué)方法解決實際的問題。在講述“環(huán)境生物學(xué)”時，要能通過內(nèi)容為載體，適當(dāng)?shù)刂v授科學(xué)的方法和技術(shù)。如現(xiàn)代科學(xué)的方法需要查閱文獻(xiàn)資料，可教授學(xué)生通過有效的文獻(xiàn)檢索了解某個領(lǐng)域的研究成果，也可介紹數(shù)據(jù)庫、軟件和儀器設(shè)備等相關(guān)工具的使用方法，還可以讓學(xué)生了解特定研究目標(biāo)的實驗方法。特別是科學(xué)的實驗習(xí)慣，如對照實驗的設(shè)計、實驗的可重復(fù)性、實驗結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)分析等，這對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義。

再次，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以科學(xué)問題為切入點。科學(xué)問題是在一定的背景知識中產(chǎn)生的，具有明確的指向性和解答域?？茖W(xué)問題是科學(xué)研究的前提，科學(xué)問題的提出是科學(xué)進(jìn)展最重要的環(huán)節(jié)。在教學(xué)中可適當(dāng)通過背景知識的介紹引入某些科學(xué)問題，既可以讓學(xué)生了解科學(xué)問題的產(chǎn)生過程，又可以引起好奇心和求知欲，引領(lǐng)學(xué)生解決問題。如在講授生物對污染物的抗性時，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋尘敖榻B后，可以引入問題：為什么過度使用抗生素會導(dǎo)致致病菌的耐藥性？以啟發(fā)學(xué)生對問題的思考。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生對生物是如何調(diào)整自身以適應(yīng)環(huán)境變化的深刻理解；在講述生物修復(fù)技術(shù)時，通過一定的背景介紹后，可引入問題：為什么某些植物能夠大量地吸收有毒重金屬？這種對科學(xué)問題的思考事實上強(qiáng)化了學(xué)生解決實際問題的能力，比灌輸式的傳授知識要好得多。學(xué)生在這個思考和領(lǐng)會的過程中就會培養(yǎng)出良好的科學(xué)素養(yǎng)。

三、科研創(chuàng)新為導(dǎo)向的“環(huán)境生物學(xué)”教學(xué)方法

以科學(xué)素養(yǎng)為培養(yǎng)目標(biāo)的研究性教學(xué)內(nèi)容必然要求在教學(xué)方法上突破傳統(tǒng)的以教師講授為主的授課模式。大學(xué)和中小學(xué)的最大區(qū)別就是學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性加強(qiáng)。不管是在課堂內(nèi)還是課堂外，教學(xué)方法都要能夠充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，通過教學(xué)要能引領(lǐng)學(xué)生主動地發(fā)現(xiàn)問題和尋找答案，這是科研創(chuàng)新的原動力。教師要引領(lǐng)學(xué)生，學(xué)生要自主學(xué)習(xí)，教師是學(xué)生的輔助者，而不要做學(xué)生的主導(dǎo)者。在實際的教學(xué)實踐中，要想培養(yǎng)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)，實現(xiàn)科研創(chuàng)新的目標(biāo)，就要采用互動式的教學(xué)方法?；邮浇虒W(xué)就是要求學(xué)生在老師的適當(dāng)指導(dǎo)下，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。適當(dāng)非常重要，它是基于學(xué)生本身的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)意愿，而不是教師的知識基礎(chǔ)和教學(xué)意愿。所以，互動式的教學(xué)應(yīng)以學(xué)生體驗為主，教師既不是演員，也不是導(dǎo)演，而是顧問。在教學(xué)的過程中，教師和學(xué)生可以平等地交流和探討科學(xué)問題，教師以輔導(dǎo)者的角色協(xié)助學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決科學(xué)問題。當(dāng)學(xué)生和教師對某些問題有不同的觀點時，雙方可以爭論。不同觀點的碰撞才能有創(chuàng)造性的火花，以激發(fā)創(chuàng)新思維，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。互動式的教學(xué)情景下，教師不僅要引領(lǐng)知識，還要引領(lǐng)自信，這樣才能激發(fā)學(xué)生的問題意識和創(chuàng)新動力。更好的方式是教師在課堂上提出具有選擇性的系列問題，要求學(xué)生在課后尋找問題的原由和答案，并在下一堂課上闡述對問題的解答。教師再以自己的專業(yè)知識做出更為完整的講授，并且以互動的形式和學(xué)生探討，從而使學(xué)生的科研創(chuàng)新意識得到有效的引導(dǎo)。

四、多種形式開展大學(xué)生研究活動

創(chuàng)新的科研能力不僅要求創(chuàng)新意識，還要有具體的研究實踐，這樣學(xué)生才具有真正的研究體驗。特別是像“環(huán)境生物學(xué)”這種實驗科學(xué)，怎樣通過實驗的手段驗證對問題的猜想或者判斷，又怎樣在實驗的過程中發(fā)掘新的研究問題，是真正培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科研創(chuàng)新能力的強(qiáng)有力手段。教師可以通過適當(dāng)安排為學(xué)生的研究活動提供便利。如在學(xué)生中組建3—5個人的“環(huán)境生物學(xué)”興趣小組，引導(dǎo)他們從事某個具體的研究工作。如“湖泊沉積物反硝化細(xì)菌的分離和鑒定”、“金屬硫蛋白基因的克隆和表達(dá)”和“蠶豆根尖微核試驗評價水體的遺傳毒性”等，這些研究實踐對學(xué)生能力的提高有很大的幫助作用。高校大學(xué)生科技創(chuàng)新項目為學(xué)生研究能力的培養(yǎng)提供了很好的平臺。引導(dǎo)學(xué)有余力、有興趣的學(xué)生申請相關(guān)的研究課題，對其以后的學(xué)術(shù)成長有很大的幫助。這種課題既可以是學(xué)生自己的某種想法，也可以是教師研究項目的一部分。學(xué)生融入教師的科研項目為學(xué)生的研究體驗提供了便利，但過度參與也會導(dǎo)致心有余而力不足。所以，教師重在引導(dǎo)學(xué)習(xí)方法和技術(shù)，培養(yǎng)思路，能否做出成果并非他們的主要目標(biāo)。江蘇省每年提供可觀的經(jīng)費支持高校大學(xué)生科技創(chuàng)新活動，重點項目支持上萬元，這為一些小項目的開展創(chuàng)造了較好的條件。大學(xué)生畢業(yè)論文是大學(xué)教育的重要環(huán)節(jié)，也是研究實踐的重要機(jī)會。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，完成研究任務(wù)，撰寫畢業(yè)論文，使他們得到了初步完整的學(xué)術(shù)鍛煉。不過，經(jīng)驗表明，學(xué)生在臨近畢業(yè)時有就業(yè)或考研壓力，常常難以很好地完成研究任務(wù)。所以，教師可在大二或大三就提供給學(xué)生研究平臺，使他們能夠在比較長的時間里開展研究活動。

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Abstract："Environmental biology"，a foundation course for undergraduate of environmental science major and new interdisciplinary of life science and environmental science，is mainly for college sophomore students in our school. Based on the features of the experimental and interdisciplinary courses，environmental biology is very suitable for the research teaching. From the current teaching research of "environmental biology"，we put forward in this paper some innovative teaching ideas to construct scientific literacy-oriented teaching content system of environmental biology and scientific research innovation oriented research teaching method and carry out various forms of research activities. By which the teaching quality of "environmental biology" is improved and the high-quality environmental talents with research ability and innovative consciousness are trained.

Key words：research teaching；environmental biology；research innovation；scientific literacyendprint