能源植物培育與利用課程案例教學實踐與創(chuàng)新

王旺田,武軍艷,王寶強,周香艷,王翠玲

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 生命科學技術學院,甘肅 蘭州 730070;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院,甘肅 蘭州 730070)

筆者根據(jù)教育部《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養(yǎng)質量的意見》文件精神[1],在“能源植物培育與利用”課程開展案例教學,引導學生多讀書、深思考、善提問、勤實踐,拓寬學生視野、豐富知識,培養(yǎng)學生獨立思考、團結協(xié)作、舉一反三及創(chuàng)新思維的能力,從而服務地方經(jīng)濟發(fā)展?！澳茉粗参锱嘤c利用”是甘肅農(nóng)業(yè)大學生命科學技術學院生物技術生物質能方向的一門專業(yè)核心課程,是應用型課程,在培養(yǎng)學生的實踐能力和應用能力方面,該課程的地位尤為凸顯。目前,對案例教學法的研究主要側重于以生活實踐為背景的案例的實踐研究[2],而以專業(yè)案例進行教學的實踐研究較少[3]。

本文依托“能源植物培育與利用”課程實踐改革,對該課程利用案例教學法的優(yōu)勢、案例教學在該課程中的組織實施、案例教學體系完善、案例教學效果分析及案例教學反思等四個方面進行了探索,以期通過提升教學效果為同類課程的教學改革提供參考。

一、案例教學法在能源植物培育與利用課程中的優(yōu)勢

案例教學法是指導教師根據(jù)教學目標和教學內容,對教學內容提煉形成案例,在學生掌握課程基本知識的基礎上,以教師為主導,引導學生進行案例分析,通過小組討論、師生互動等形式,發(fā)揮學生的能動性和參與性,提高學生分析問題和解決問題的能力,使學生掌握相關的理論知識的教學方法[4]。通過該課程的案例教學,總結存在的優(yōu)勢有以下四個方面。

(一)案例教學有利于激發(fā)學生解決實際問題的興趣

鑒于“能源植物培育與利用”理論的枯燥性,在講課過程中引入動態(tài)的視頻材料,將植物的生長過程形象化、連續(xù)化,改變傳統(tǒng)的用靜態(tài)講動態(tài)的課堂講授方式,用動態(tài)描述靜態(tài),用特例闡述規(guī)律,通過邏輯推理,總結歸納,升華理論知識,調動學生學習的興趣,激發(fā)學生對案例教學的熱情,從而激發(fā)學生應用掌握的知識解決實際問題的強烈欲望。針對案例具有的問題性、實踐性和啟發(fā)性,在講授“油莎豆的栽培技術”一節(jié)時,涉及油莎豆水肥部分內容,以2016年朱俊嶺的研究“不同水分處理條件對油莎豆葉片生理指標及塊莖品質的影響”為內容,在分析原研究問題的基礎上,搜集油莎豆相關素材編寫案例,提出“油莎豆不同生育時期生理調節(jié)物質含量對品質有何影響?”這一問題,讓學生提取案例中的數(shù)據(jù)進行分析,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力,激發(fā)學生的探索能力,讓學生體會到學習知識是用來解決問題的,在解決問題中體驗理論知識的價值。

(二)案例教學有利于調動學生的主體地位

案例教學不同于傳統(tǒng)教學,在教學過程中,老師和學生的溝通渠道、師生地位存在明顯的區(qū)別[5]。在案例教學的整個過程,涉及案例的收集、案例呈現(xiàn)、案例解讀等環(huán)節(jié),在每一個環(huán)節(jié)中,教師啟發(fā)、引導學生參與這些工作,讓學生處于探索問題、解決問題的主動地位,突出學生的主體性,改變了教師單向輸出的局面,特別是案例呈現(xiàn)和解讀環(huán)節(jié),每個學生都參與到案例的預習、思考、總結、討論及辯論等過程中,調動學生的主體地位,培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。比如在“甜高粱秸稈發(fā)酵制燃料乙醇”案例中,學生可以聯(lián)系“生物質秸稈煉制技術與案例分析”中涉及的知識經(jīng)驗,以在已有案例中呈現(xiàn)的問題和解決問題的思路為導向,學生自主建構知識框架,在討論交流環(huán)節(jié)實現(xiàn)師生間、學生間的雙向交流,進一步深化學生對問題的認識與理解,促進學生積極主動學習。

(三)案例教學有利于求同存異

能源植物比較多,但是種類比較少,通過不同能源植物的學習,將能源植物分類,在每一類中,歸納相同點和不同點。比如纖維素類能源植物中柳枝稷和芒草,均可以進行秸稈發(fā)電、固化成型燃料、厭氧發(fā)酵制沼氣等生物質能的轉化,通過類比分析、歸納總結秸稈不同組分分別利用,實現(xiàn)原料價值的最大化。比如通過引入“生物質秸稈煉制技術與案例分析”,討論萃取酶解方案和木質素方案工藝途徑下的產(chǎn)品方案,展開工藝路線、產(chǎn)品方案的經(jīng)濟性比較,選擇適宜于不同秸稈特征的工藝路線和產(chǎn)品方案。而引入水壺結構,講解沼氣池的建造和進出料、收集氣體原理,從而使秸稈轉化為沼氣的深奧理論和實踐結合起來,簡化了教學工作,提高了學生對沼氣池的認識。

(四)案例教學使學生產(chǎn)生觸類旁通、舉一反三的效果

通過引入案例來輔助學生對能源植物轉化工藝知識的學習,讓學生掌握相關能源植物的生物學知識和栽培技術、轉化為同一燃料的工藝流程,提高學生學術研究和指導生產(chǎn)的能力。比如油料能源植物麻風樹、油棕櫚、黃連木、文冠果、油桐等,通過一個案例至少應當讓學生在學習中加深對某些重點和難點的把握,加深對教學內容的掌握,能夠使學生產(chǎn)生觸類旁通,舉一反三的效果。在講授“麻風樹”這章內容時,涉及生物油的轉化部分,引入“堿解法制生物柴油工藝流程”作為案例,闡述生物油提取方法、醇油比、催化劑用量、溫度、反應時間等為變量對生物柴油產(chǎn)率的影響,其研究思路可以引申到其他油料類能源植物生產(chǎn)生物柴油過程。

二、能源植物培育與利用課程案例教學的組織和實施

案例教學是在一定的理論和原理的基礎上進行的,因此案例的選取和準備、案例的呈現(xiàn)和解讀、評析是安排在基本知識和相應技能學習之后進行。因此,在育種理論和栽培、轉化技術講授的基礎上選取的案例有:堿解甜高粱秸稈厭氧發(fā)酵制氫、甜高粱秸稈發(fā)酵制燃料乙醇、青貯對柳枝稷制取燃料乙醇轉化過程的影響、甘薯發(fā)酵脫水制備生物乙醇、文冠果種子制備生物柴油、麻瘋樹油制備生物柴油、芒草稀硫酸水解工藝、木薯制備燃料乙醇、不同水分處理對油莎豆葉片生理指標及塊莖品質的影響、菊芋粉同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇等。

(一)教學案例的選取和準備

案例教學的首要任務是案例的選取,根據(jù)案例教學的目標、學生的知識結構以及掌控程度,確定案例中包含的知識點以及要達到的教學效果,合理地選擇案例。同時案例教學是在一個開放的環(huán)境里進行的,而能源植物培育與利用又是一門綜合性非常強的專業(yè)課程,目前沒有合適的教材,有用的案例材料很少。因此,要做好案例教學,教師應根據(jù)教學目的,借助中國知網(wǎng)等學術期刊、精品課程的網(wǎng)站閱讀文獻,整理論文、課件中的研究方法、結果,編寫案例,設置供學生探討分析的問題[6],充實教學內容,增強案例教學的實用性和針對性,一方面激勵學生的興趣,另一方面開發(fā)學生的創(chuàng)新思維,提升教學效果。

(二)呈現(xiàn)案例

案例教學的開展,除了教師對案例本身的掌握之外,要求學生在課前精讀和分析案例,因此案例材料要在開展案例教學課之前呈現(xiàn)給學生,明確案例教學的目標和重點內容,清楚本案例要解決的問題。案例的呈現(xiàn)應充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡教學平臺,發(fā)布電子文檔,根據(jù)教學主題和內容布置案例預習的任務、分組模式、小組成員及任務分工。同時“能源植物培育與利用”在教學過程會經(jīng)常涉及其他學科的知識點,如植物學、昆蟲學、病理學、儲藏加工學、生理學,甚至分子生物學,因此要明確任務分工,避免知識點的遺漏,同時培養(yǎng)學生的團結合作精神、溝通協(xié)調能力,以及發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)[7]。

(三)解讀案例

案例教學的中心環(huán)節(jié)是案例解讀,主要目的是挖掘案例材料中的規(guī)律。教師在明確教學目標、擬傳授的知識點,學生在結合已學知識、研讀案例的基礎上,采用課堂結合網(wǎng)絡教學平臺討論的方式進行案例解讀。在解讀案例的過程中,針對案例教學具有的主體性和互動性特征,堅持以學生為主體,教師為主導的原則,引導學生參與案例的制作與實施過程,讓學生在教學過程中自我學習,自我提升,自我成長,讓不同經(jīng)驗得到交流,并且教師要抱有一種再學習的心態(tài)與學生進行平等交流,也會產(chǎn)生良好的教學效果。同時,教師還要啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)案例的內部特征,引導學生思考案例中的內容與相應的理論,應用已有知識解決實際問題。針對學生貯備知識的差異因材施教,擴大思考空間,發(fā)掘各類學生的優(yōu)勢和潛能,啟發(fā)學生學習的熱情和興趣。

(四)評析案例

根據(jù)案例教學完整的三個階段,“準備—討論—反饋”過程[8],案例解讀結束后,教師對討論結果進行歸納總結,恰如其分的評價,指出解讀案例過程中的成績和不足,并進一步對案例分析進行補充,針對存在的疑點引導學生進一步思考,給學生指明思考問題的方法和思考方向。由于案例教學不能覆蓋所有的知識點,在案例教學實施的過程中,我們適量地增加相關參考論文,盡可能多地涵蓋所有的知識點。

三、案例教學法的效果分析

“能源植物培育與利用”課程案例教學從2014級開展,逐年修改及完善,基本形成栽培、育種、轉化3個模塊的案例集,但案例教學法只是“能源植物培育與利用”課程教學方法中的一種,是教學方法中的一個嘗試,是對傳統(tǒng)課堂教學知識單向輸出模式的重構,要培養(yǎng)優(yōu)秀人才還需要不斷實踐和綜合運用。通過問卷調查2018年到2022年5個年級204位學生對案例教學法的認知度、教學效果、學生綜合能力進行調查及測試分析,調查問卷及綜合測評中每一位同學都參與,每個年級分為5組,按組計算平均值,組成重復。調查問卷各問題設置“A很滿意、B一般、C不滿意”3個選項;綜合能力測試項目,表達能力“中心明確、表達有條理記為A,中心明確、表達較有條理記為B,表達無條理記為C”;溝通交流能力“條理清楚、邏輯性強、表達自然得體記為A,條理較清晰、邏輯性較強記為B,表達不清、邏輯性差記為C”;分析問題和解決問題能力“主題突出、鮮明、語言表達清楚、有自己的見解、觀點記為A,主題突出、鮮明、語言表達清楚記為B,思路不清、邏輯性差記為C”;實踐能力根據(jù)“案例選擇典型、焦點突出、理論結合生產(chǎn)實踐問題、撰寫規(guī)范記為A,案例選擇有特色,案例問題有啟發(fā)性,但不能緊密聯(lián)系生產(chǎn)實踐記為B,案例焦點不突出、觀點單一、不能聯(lián)系生產(chǎn)實踐記為C”;團隊合作評價指標為“能積極主動配合、責任心強、溝通和執(zhí)行能力強、有效完成任務記為A,積極聯(lián)系其他成員、清晰表達自己觀點、能多角度考慮問題記為B,團隊成員之間溝通不暢,需要2次以上才能表達清晰所講內容者記為C”。結果如圖1和圖2所示,分析表明:通過科學地選用案例教學法,有利于理論聯(lián)系實際能力、探索能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),有利于綜合素質的提高,主要體現(xiàn)在:

圖1 綜合能力評價

圖2 案例教學認知度及教學效果

(一)提高了學生分析問題、解決問題的能力及實際操作技能

案例教學以學生能力培養(yǎng)為目標,在“能源植物培育與利用”的案例教學法運用過程中,案例素材選擇學科前沿論文,引入新的科學發(fā)現(xiàn)和研究成果,使學生對學科研究進展有一定的了解,增強了案例的可讀性,激發(fā)學生學習的興趣;案例問題來源于生產(chǎn)實踐,針對性強、貼近實際,增強了教學的吸引力和互動力,促使學生運用所學知識深入細致地分析、解決實際問題,提高了學生綜合分析問題的能力,能夠將所學知識迅速轉化為應用能力。案例教學對學生綜合能力測試的方差分析表明:在A水平上,學生表達能力、溝通能力、實踐能力、合作能力在年際間差異顯著(P<0.05),分析問題和解決問題能力不顯著。在B水平上,表達能力、解決問題能力、實踐能力在年級間差異不顯著,而溝通能力、分析問題能力、團隊合作能力在年級間差異顯著(P<0.05)。在C水平上,各評價指標在年級間差異顯著,并且各評價指標第一年占比最大,隨著案例教學時間的推進,比例逐步減小,第5年占比最小。從圖1看出:A水平中各評價指標占比在逐年增加,C水平中各評價指標占比在逐年降低,而B水平各評價指標占比變化不大。由此說明,在案例解讀及評析教學中,學生應用自己所學知識,能對案例做出自己的判斷,分析問題和解決問題的能力均得到了鍛煉,表達能力、溝通交流能力及團隊合作能力均得到了提高。

(二)提高了學生對案例教學的認知度及教學質量

在案例教學過程中,通過問題設計、師生交流,加深理論的理解與課堂教學的指導,促進教師專業(yè)化水平的提高,從而提升課堂組織和控制能力及理論與實踐相結合的歸納應用能力。通過近5年來案例教學的問卷調查表明,在A水平上,教學互動性、教學啟發(fā)性、教學案例與實踐聯(lián)系度、案例教學滿意度、認知度和學生能力與素質培養(yǎng)在年際間差異顯著(P<0.05),而考核方式(P=0.259)、引導作用(P=0.474)在年級間差異不顯著。在B水平上,僅僅教學互動性(P=0.458)在年級間差異不顯著。C水平上,引導作用和考核方式在年級間差異不顯著,其他指標均在年級間差異顯著(P<0.05)。由A、B、C三個水平的分析說明在考核方式上需要進一步改革,今后需要加強過程性考核力度,學生與老師的互動性方面,需要和學習成績中等水平的學生加強交流。在編寫案例時要圍繞案例素材的時效性、針對性與案例教學目標和教學內容的契合性,加強與中等水平學生的溝通交流,提升案例的編寫能力。從圖2案例教學各評價等級的疊加結果看出:A評價等級人數(shù)占比在逐年增加,B、C評價等級的人數(shù)占比在逐年下降,說明學生整體上對案例教學的認知度在提高,對案例教學的效果得到認可,在案例教學過程中,通過問題設計、師生交流,加深理論的理解與課堂教學的指導,促進教師專業(yè)化水平、學生分析問題、解決問題能力的提高,從而提高學生理論與實踐相結合的歸納應用能力。

四、能源植物培育與利用課程案例教學的反思

案例教學是以學生為核心,教師為輔助,學生在系統(tǒng)理論的指導下,通過分析能源植物栽培及育種過程、生物質轉化過程中出現(xiàn)的實際問題,利用已有的理論知識去分析和解決實際問題,加深對理論的理解和認識,達到理論聯(lián)系實際、探索規(guī)律的目的。同時,案例教學需要一定的理論知識來支撐,因此在“能源植物培育與利用”課程教學過程中,教師將傳統(tǒng)的講授教學法與案例教學法有機結合、理論教學與實踐教學相結合,完善教學體系、豐富教學內容,改變教學模式,搭建以學生為主體的自主學習平臺,學生在獲取大量理論知識的同時,又培養(yǎng)學生進行批判分析能力、創(chuàng)新能力的提高和發(fā)展,更有利于學生對理論知識的掌握和應用。

另外,在全員、全程、全課程的“課程思政”綜合教育理念下[9],充分挖掘“能源植物培育與利用”教材中的“課程思政”元素,將思政元素融入案例教學過程,將課程教學與思政教學有機融合,多途徑、多角度引導學生,發(fā)揮課堂育人的主渠道作用,落實好高等學校課程思政建設指導綱要精神,解決思政課和專業(yè)課在“立德樹人”方面“兩張皮”問題,實現(xiàn)“立德樹人”的根本任務。因此需進一步改進教學手段,完善教學體系,積極運用案例教學及其他教學形式,發(fā)揮學生的主體地位,培養(yǎng)學生的認知能力、分析能力和解決問題的能力以及提高教師自身的綜合能力。

五、結語

“能源植物培育與利用”課程結合植物育種學、植物栽培學、生物質能轉化等學科的理論與實踐,將“能源植物培育與利用”課程教學內容模塊化(糖類作物、淀粉作物、油料類植物和木質纖維素類),教學過程按照植物學和農(nóng)藝學特征、育種原理、栽培技術及轉化方式分步驟教學,在教學過程中,堅持以學生為主體,以案例教學為主要教學方式,利用現(xiàn)代化教學設施,采用PPT、網(wǎng)絡音頻視頻資源與板書相結合的方式,全程分組討論交流,采用“教學全程考核法”的考核方式(平時成績與學期考試成績相結合,知識記憶與知識應用相結合,閉卷與開卷考核相結合,按比例總評成績),使學生分析問題及解決問題的能力、溝通交流能力、團隊合作及實踐能力得到提高。