PBL教學(xué)法在生物數(shù)碼顯微形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索

陳莎 李少斌 李利

摘? 要 顯微形態(tài)觀察是高校微生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)和植物學(xué)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要內(nèi)容。基于數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)，在生物顯微形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入基于問題式學(xué)習(xí)教學(xué)法，利用所創(chuàng)建的包括課件、視頻錄像、圖片等在內(nèi)的共享教學(xué)資源包，精心設(shè)計(jì)教學(xué)問題，讓學(xué)生獨(dú)立思考，自主學(xué)習(xí)教學(xué)資源包，并通過制片、鏡下觀察等操作實(shí)踐，拍攝鏡下的典型視野，以小組合作的方式進(jìn)行集體討論后，提交基于上述問題的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師據(jù)此進(jìn)行考核和點(diǎn)評(píng)。該教學(xué)法不僅加深了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高了學(xué)生解決問題的技能，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和綜合思維能力。

關(guān)鍵詞 數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng);基于問題式學(xué)習(xí);顯微形態(tài);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）14-0119-03

Exploration of PBL Teaching Method in Biological Digital Micro-

scopic Morphology Experiment Lesson//CHEN Suo， LI Shaobin， LI Li

Abstract Microscopic morphological observation is an important part of experimental lessons in microbiology， zoology and botany. Based on the digital microscopic interactive system， this paper intro-

duces the problem-based learning （PBL） teaching method in biologi-

cal microscopic morphology laboratory course. Using the teaching

resources share package including coursewares， video recordings， pictures， etc.， carefully design teaching questions， so that students can think and learning independently by resource packages. Through

the operation practice of making sample tablets， observing samples

structure by microscopes， learning the capture skills of the typical

field of samples under the microscopes. After carrying out team dis-cussions using group cooperative approach， submitting experimental reports based on the above questions， and then teachers will evaluate

and make a comment accordingly. The teaching method not only deepens understanding of professional knowledge on students and improves their problem-solving skills， but also cultivates their inde-pendent learning abilities and comprehensive thinking abilities.

Key words digital microscopic interactive system; PBL; microscopic

morphology; experiment teaching

1 前言

在微生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)等高校生物學(xué)系列課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，微觀形態(tài)與結(jié)構(gòu)的顯微觀察是必不可少的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[1-3]。在傳統(tǒng)的微觀形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，鏡下標(biāo)本在觀察時(shí)具有絕對(duì)的獨(dú)占性，存在很多弊端，如教學(xué)示范性差、教學(xué)內(nèi)容局限、教學(xué)資源難以共享、互動(dòng)性差、教學(xué)效率低下、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)難以考核等[4-5]。為了改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，提高教學(xué)質(zhì)量，近年來國(guó)內(nèi)很多高校引入數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)碼顯微鏡、計(jì)算機(jī)及局域網(wǎng)組成，是針對(duì)顯微實(shí)驗(yàn)教學(xué)開發(fā)的開放性平臺(tái)，具有圖像捕捉、鏡下實(shí)時(shí)監(jiān)控、多畫面自由投影、雙向數(shù)據(jù)傳輸、雙向語音對(duì)話等強(qiáng)大功能，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)顯微實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺陷[6]。

盡管顯微互動(dòng)系統(tǒng)的普及和使用改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)條件，但是傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法仍然將學(xué)生限制在獲取知識(shí)的層面，學(xué)生缺乏動(dòng)手和動(dòng)腦的習(xí)慣，傳統(tǒng)的教學(xué)法在提升學(xué)生思維能力和解決問題能力上存在瓶頸?；趩栴}式學(xué)習(xí)（Problem-based learning，PBL）教學(xué)法是倡導(dǎo)讓學(xué)生通過提前自學(xué)、獨(dú)立思考、合作解決問題和集體討論來培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力和綜合思維能力的新型教學(xué)方法和理念[7]。PBL教學(xué)是以問題為基礎(chǔ)、學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)，將學(xué)習(xí)放置到有現(xiàn)實(shí)意義的問題情境中，通過小組討論式教學(xué)揭示問題背后的科學(xué)知識(shí)，旨在加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高學(xué)生解決問題的技能，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)的能力[8]。

生物學(xué)微觀形態(tài)實(shí)驗(yàn)涉及植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)和微生物學(xué)等課程方面的內(nèi)容，要求學(xué)生熟練掌握顯微鏡的使用方法、顯微觀察樣本的制作和樣本微觀形態(tài)與典型結(jié)構(gòu)的認(rèn)知[1-3]。

這類實(shí)驗(yàn)是以學(xué)生為主體，教師圍繞學(xué)生開展的實(shí)踐認(rèn)識(shí)過程，區(qū)別了傳統(tǒng)以教師為中心、以課堂講授為主的教學(xué)模式，適合PBL教學(xué)法的應(yīng)用和推廣。目前，雖然數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得良好效果[9-12]，但是如何基于數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)將PBL教學(xué)法科學(xué)合理地應(yīng)用于生物學(xué)顯微形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，充分發(fā)揮PBL的特點(diǎn)，以更好地提升教育質(zhì)量，還有待進(jìn)一步探索。

2 目前生物學(xué)顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

盡管教學(xué)效率得到提升，但傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式并未改變? 數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)中教師通過高清網(wǎng)絡(luò)攝像可以多通道、實(shí)時(shí)觀看學(xué)生鏡下成像。系統(tǒng)自帶LED指針可以方便地指向視野中任意位置，便于開展討論。雙向語音傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)全班通話、師生對(duì)講、學(xué)生示范和分組討論，解決了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中顯微鏡下樣本鏡像獨(dú)占性問題，教學(xué)模式從“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”拓展到“點(diǎn)到面”，教學(xué)效率大大提升。數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用解開了教學(xué)手段和硬件的束縛，極大地解放了教師，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式仍然未跳出“灌輸式的培訓(xùn)”框架。

被動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性和探索性? 高等教育的目的是教育而不是培訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通過實(shí)踐過程引導(dǎo)強(qiáng)化思考，提升認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)過程教育。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是“教師講、學(xué)生聽”，教師是知識(shí)的輸出方，學(xué)生是接受方，學(xué)生處于被動(dòng)地位。學(xué)生的學(xué)習(xí)只能跟隨教師的思路，為了解知識(shí)而學(xué)習(xí)，不需要進(jìn)行深層次的思考，造成多數(shù)學(xué)生存在應(yīng)付差事的心態(tài)，學(xué)生的主動(dòng)性和探索精神被抑制。

重結(jié)果、輕過程的考核方式，難以反映學(xué)生實(shí)踐效果? 實(shí)驗(yàn)考核是檢測(cè)教學(xué)質(zhì)量和反映學(xué)生能力的必要手段，但不是唯一的手段。數(shù)碼顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)鑒定、電子考場(chǎng)等考核技術(shù)，創(chuàng)新了考核方式，但本質(zhì)上仍然是重結(jié)果、輕過程的考核方式。學(xué)生在顯微觀察中的表現(xiàn)包括鏡下成像的正確與否、成像標(biāo)本的結(jié)構(gòu)認(rèn)知，還應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)中知識(shí)的拓展、深度的思考以及積極的討論等課堂表現(xiàn)。目前，生物顯微觀察實(shí)驗(yàn)的考核方式很難真實(shí)反映學(xué)生的能力水平，無法科學(xué)評(píng)價(jià)教學(xué)效果。

3 PBL教學(xué)法在生物學(xué)數(shù)碼顯微形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新舉措

創(chuàng)建共享教學(xué)資源包，方便學(xué)生自主查閱和學(xué)習(xí)? 在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師和學(xué)生都能夠觀察到很多典型的動(dòng)植物或微生物微觀形態(tài)和結(jié)構(gòu)，但是沒有辦法保存下來。借助數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)，教師可以方便地創(chuàng)建教學(xué)資源包，包括教學(xué)課件、教學(xué)錄像、演示錄像、顯微圖片集、問題幫助、學(xué)生手冊(cè)等內(nèi)容，在每臺(tái)學(xué)生端電腦中進(jìn)行共享。在PBL教學(xué)中，教學(xué)問題一旦布置后，各小組可以根據(jù)各自的實(shí)際需要和學(xué)習(xí)愿望，通過共享教學(xué)資源包自主查閱與學(xué)習(xí)，而不一定非要直接向教師尋求幫助。另外，共享教學(xué)資源包也可以幫助學(xué)生在PBL課前準(zhǔn)備中發(fā)揮作用，提高準(zhǔn)備效率，擴(kuò)展教學(xué)信息量，豐富教學(xué)內(nèi)容。

充分利用數(shù)碼顯微互動(dòng)平臺(tái)，精心設(shè)計(jì)問題激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣? 在生物學(xué)顯微形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，充分利用數(shù)碼顯微互動(dòng)平臺(tái)的互動(dòng)功能，設(shè)計(jì)有一定難度、需要分析判斷后才能得出結(jié)論的標(biāo)本觀察，精心設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動(dòng)探索，以小組合作的方式解決問題。每個(gè)PBL小組要對(duì)各標(biāo)本制片、觀察、拍照，運(yùn)用圖像處理軟件在照片上對(duì)形態(tài)、結(jié)構(gòu)等相關(guān)問題進(jìn)行標(biāo)注和說明，并匯總成一份基于上述問題的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，通過作業(yè)提交系統(tǒng)向教師端電腦提交作業(yè)。教師在點(diǎn)評(píng)各小組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告前，每個(gè)PBL小組選派一名代表進(jìn)行發(fā)言匯報(bào)，闡述本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及判斷依據(jù)，同組內(nèi)的成員可以適當(dāng)補(bǔ)充，不同組的成員有異議可以電子舉手提問。這種全面的互動(dòng)教學(xué)模式可以打破傳統(tǒng)顯微實(shí)驗(yàn)課堂沉悶和枯燥無聊的現(xiàn)象，學(xué)生任務(wù)明確，主動(dòng)探究，有利于發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生互助合作的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。

過程考核和結(jié)果考核相結(jié)合，創(chuàng)新考核方式? PBL教學(xué)是以問題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的一種教學(xué)組織方式。這種組織方式并不能對(duì)教學(xué)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的考核方式。PBL教學(xué)涉及PBL小組討論研究、遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、PBL小組選派代表匯報(bào)發(fā)言及集中討論等環(huán)節(jié)，各PBL小組在各環(huán)節(jié)有不同的表現(xiàn)，因此，重點(diǎn)關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程中各小組的表現(xiàn)，如關(guān)注各PBL小組研究的思路、小組代表發(fā)言的廣度和深度、集中討論中學(xué)生的表現(xiàn)等。

另外，教學(xué)過程中還可利用數(shù)碼顯微互動(dòng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、拍照錄像、電子考場(chǎng)等功能，組織現(xiàn)場(chǎng)鑒定和電子考場(chǎng)，對(duì)教學(xué)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)?，F(xiàn)場(chǎng)鑒定是指在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)，學(xué)生根據(jù)題目要求，現(xiàn)場(chǎng)制片、觀察、拍照或錄像，對(duì)照片或錄像進(jìn)行標(biāo)注說明后提交結(jié)果。在學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)操作過程中，教師可在主機(jī)電腦端實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)過程考核，將過程考核的結(jié)果作為課程成績(jī)記錄在案。

整個(gè)課程結(jié)束后，可以通過電子考場(chǎng)來測(cè)試學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的掌握情況，作為數(shù)碼顯微互動(dòng)和PBL教學(xué)效果的反饋。電子考場(chǎng)的考卷要求圖文并茂以區(qū)別于理論知識(shí)考試，教師需事先收集實(shí)驗(yàn)教學(xué)中典型的生物形態(tài)組織圖片，構(gòu)建圖文并茂的實(shí)驗(yàn)考核電子題庫，由考試系統(tǒng)隨機(jī)抽取生成不雷同的電子考卷分發(fā)給每個(gè)考生，讓他們現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立完成。以上考核方式將彌補(bǔ)傳統(tǒng)顯微實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核的不足，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的客觀評(píng)價(jià)，能真實(shí)反映學(xué)生能力和教學(xué)效果。

4 實(shí)施中容易出現(xiàn)的問題及解決對(duì)策

問題設(shè)計(jì)的不合理或超出學(xué)生的自主研究能力，容易阻礙PBL教學(xué)的開展? PBL教學(xué)是以問題為導(dǎo)向的一種教學(xué)模式，教師以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為單位，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容合理設(shè)計(jì)適合學(xué)生開展自主研究的問題體系尤為重要[13]。問題之間緊密聯(lián)系和環(huán)環(huán)相扣，既要符合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又要符合實(shí)際，不能難度太大，超出學(xué)生的自主研究能力;也不能太過簡(jiǎn)單，無法激發(fā)學(xué)生的探究興趣。設(shè)計(jì)時(shí)可以設(shè)計(jì)多個(gè)由淺到深的問題，實(shí)施時(shí)應(yīng)遵循由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，逐步向各PBL小組提出。比如組織撕剝制片法是植物表皮組織觀察中常用的實(shí)驗(yàn)方法，在植物表皮結(jié)構(gòu)觀察實(shí)驗(yàn)中可以首先提出：為什么雙子葉蔬菜的表皮很容易撕剝，而禾本科如水稻的表皮很難撕好？繼而引導(dǎo)出怎樣觀察水稻表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)？怎樣消除葉綠素對(duì)顯微觀察的影響？最后歸納總結(jié)不同的染料在顯微結(jié)構(gòu)觀察中的作用。通過以問題為導(dǎo)向，在解決問題過程中獲取知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和提升學(xué)生的動(dòng)手能力。

討論中學(xué)生積極性不高，PBL教學(xué)質(zhì)量難以控制? PBL教學(xué)是以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和自主討論，由于學(xué)生是討論的主體，其知識(shí)廣度和深度限制了討論內(nèi)容的選擇和深入，往往出現(xiàn)很多本應(yīng)討論的議題被忽略或者討論的重點(diǎn)問題無法長(zhǎng)時(shí)間維持。另外，高校長(zhǎng)時(shí)間開展灌輸式教學(xué)后，學(xué)生更習(xí)慣于接受知識(shí)的傳承，而非獨(dú)立研究、發(fā)現(xiàn)、思考和總結(jié)。在PBL教學(xué)最重要的討論環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)學(xué)生參與討論的積極性不高等問題。因此，在數(shù)碼顯微互動(dòng)平臺(tái)中推廣PBL教學(xué)，學(xué)生對(duì)數(shù)碼顯微系統(tǒng)有著濃厚的興趣，但在討論環(huán)節(jié)極易出現(xiàn)冷場(chǎng)現(xiàn)象。這種情況需要教師的介入，可以選用生物學(xué)文獻(xiàn)中發(fā)表的顯微形態(tài)案例進(jìn)行引導(dǎo)式的閱讀分析來作為討論的補(bǔ)充內(nèi)容[14]，也可采用點(diǎn)名表揚(yáng)、加分獎(jiǎng)勵(lì)等形式促進(jìn)學(xué)生積極參與討論環(huán)節(jié)。

PBL教學(xué)對(duì)師生要求更高，課程耗時(shí)較長(zhǎng)? PBL教學(xué)實(shí)施過程通常是由布置問題—分組研究—集體討論—?dú)w納總結(jié)組成，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，PBL教學(xué)額外增加了集體討論和歸納總結(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié)，無形中壓縮了學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)的時(shí)間[15]。在保證學(xué)生使用數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)的前提下，PBL教學(xué)耗時(shí)相應(yīng)增加，教學(xué)節(jié)奏更加緊湊，對(duì)教師和學(xué)生的要求更高。因此，教師和學(xué)生提前做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備是PBL教學(xué)實(shí)驗(yàn)順利開展的前提。教師可以在每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前，布置下次實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)，將課程設(shè)計(jì)交給PBL小組學(xué)生，讓學(xué)生通過查文獻(xiàn)、上網(wǎng)等多種渠道提前做好準(zhǔn)備。

5 結(jié)語

創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)是高等教育永恒的使命，以提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)為目的的探索是值得鼓勵(lì)的，但是任何方法的實(shí)踐一開始都不會(huì)完美無缺，需要逐步探索和完善。本文基于顯微互動(dòng)系統(tǒng)，在生物顯微形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用PBL教學(xué)法，在教學(xué)質(zhì)量和效率方面取得良好的效果，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考及合作研討的習(xí)慣。但是顯微互動(dòng)聯(lián)合PBL教學(xué)法在生物微觀形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中仍然存在一些值得商榷的地方。比如：顯微互動(dòng)和PBL教學(xué)同時(shí)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，二者平衡如何把握？突然從傳統(tǒng)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變成獨(dú)立探索的PBL教學(xué)模式，學(xué)生的可接受程度和由此產(chǎn)生的焦慮或反感情緒如何化解？教師的教學(xué)思路是否清晰？由于學(xué)生自身能力不足或者提前準(zhǔn)備不夠，導(dǎo)致各小組研究解決問題快慢程度不同，在此狀況下，課堂教學(xué)內(nèi)容如何推進(jìn)？如何解決小組合作模式和個(gè)人濫竽充數(shù)的問題，確保小組中每個(gè)人都有明確的定位和充分發(fā)揮各自的作用？定性和定量的評(píng)價(jià)體系如何構(gòu)建？等等。只有把這些問題解決好，PBL教學(xué)才能真正成熟地應(yīng)用于數(shù)碼顯微互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，取得理想的教學(xué)效果?！?/p>

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