PBL教学法在生物数码显微形态实验教学中的应用探索
陈莎 李少斌 李利
摘? 要 显微形态观察是高校微生物学、动物学和植物学等实验教学中的重要内容。基于数码显微互动系统，在生物显微形态实验教学中引入基于问题式学习教学法，利用所创建的包括课件、视频录像、图片等在内的共享教学资源包，精心设计教学问题，让学生独立思考，自主学习教学资源包，并通过制片、镜下观察等操作实践，拍摄镜下的典型视野，以小组合作的方式进行集体讨论后，提交基于上述问题的实验报告，教师据此进行考核和点评。该教学法不仅加深了学生对专业知识的理解，提高了学生解决问题的技能，同时培养了学生的自主学习能力和综合思维能力。
关键词 数码显微互动系统;基于问题式学习;显微形态;实验教学
中图分类号：G642? ? 文献标识码：B
文章编号：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
在微生物学、动物学、植物学等高校生物学系列课程的实验教学中，微观形态与结构的显微观察是必不可少的实验内容[1-3]。在传统的微观形态实验教学中，镜下标本在观察时具有绝对的独占性，存在很多弊端，如教学示范性差、教学内容局限、教学资源难以共享、互动性差、教学效率低下、实验表现难以考核等[4-5]。为了改善实验教学条件，提高教学质量，近年来国内很多高校引入数码显微互动系统。该系统由数码显微镜、计算机及局域网组成，是针对显微实验教学开发的开放性平台，具有图像捕捉、镜下实时监控、多画面自由投影、双向数据传输、双向语音对话等强大功能，能够弥补传统显微实验教学的缺陷[6]。
尽管显微互动系统的普及和使用改善了实验教学的教学条件，但是传统的灌输式教学方法仍然将学生限制在获取知识的层面，学生缺乏动手和动脑的习惯，传统的教学法在提升学生思维能力和解决问题能力上存在瓶颈。基于问题式学习（Problem-based learning，PBL）教学法是倡导让学生通过提前自学、独立思考、合作解决问题和集体讨论来培养自主学习能力和综合思维能力的新型教学方法和理念[7]。PBL教学是以问題为基础、学生为主体、教师为引导，将学习放置到有现实意义的问题情境中，通过小组讨论式教学揭示问题背后的科学知识，旨在加深学生对专业知识的理解，提高学生解决问题的技能，增强自主学习的能力[8]。
生物学微观形态实验涉及植物学、动物学和微生物学等课程方面的内容，要求学生熟练掌握显微镜的使用方法、显微观察样本的制作和样本微观形态与典型结构的认知[1-3]。
这类实验是以学生为主体，教师围绕学生开展的实践认识过程，区别了传统以教师为中心、以课堂讲授为主的教学模式，适合PBL教学法的应用和推广。目前，虽然数码显微互动系统在医学、植物学、动物学、微生物学等课程的实验教学中取得良好效果[9-12]，但是如何基于数码显微互动系统将PBL教学法科学合理地应用于生物学显微形态实验教学中，充分发挥PBL的特点，以更好地提升教育质量，还有待进一步探索。
2 目前生物学显微互动实验教学中存在的问题
尽管教学效率得到提升，但传统的培训模式并未改变? 数码显微互动系统中教师通过高清网络摄像可以多通道、实时观看学生镜下成像。系统自带LED指针可以方便地指向视野中任意位置，便于开展讨论。双向语音传输能够实现全班通话、师生对讲、学生示范和分组讨论，解决了传统的实验教学中显微镜下样本镜像独占性问题，教学模式从“点对点”拓展到“点到面”，教学效率大大提升。数码显微互动系统的应用解开了教学手段和硬件的束缚，极大地解放了教师，但实验教学方式仍然未跳出“灌输式的培训”框架。
被动学习，学生缺乏学习主动性和探索性? 高等教育的目的是教育而不是培训，实验教学是通过实践过程引导强化思考，提升认知，实现过程教育。传统的实验教学一般是“教师讲、学生听”，教师是知识的输出方，学生是接受方，学生处于被动地位。学生的学习只能跟随教师的思路，为了解知识而学习，不需要进行深层次的思考，造成多数学生存在应付差事的心态，学生的主动性和探索精神被抑制。
重结果、轻过程的考核方式，难以反映学生实践效果? 实验考核是检测教学质量和反映学生能力的必要手段，但不是唯一的手段。数码显微互动实验教学虽然实现了现场鉴定、电子考场等考核技术，创新了考核方式，但本质上仍然是重结果、轻过程的考核方式。学生在显微观察中的表现包括镜下成像的正确与否、成像标本的结构认知，还应包括实验中知识的拓展、深度的思考以及积极的讨论等课堂表现。目前，生物显微观察实验的考核方式很难真实反映学生的能力水平，无法科学评价教学效果。
3 PBL教学法在生物学数码显微形态观察实验中的创新举措
创建共享教学资源包，方便学生自主查阅和学习? 在以往的实验教学过程中，教师和学生都能够观察到很多典型的动植物或微生物微观形态和结构，但是没有办法保存下来。借助数码显微互动系统，教师可以方便地创建教学资源包，包括教学课件、教学录像、演示录像、显微图片集、问题帮助、学生手册等内容，在每台学生端电脑中进行共享。在PBL教学中，教学问题一旦布置后，各小组可以根据各自的实际需要和学习愿望，通过共享教学资源包自主查阅与学习，而不一定非要直接向教师寻求帮助。另外，共享教学资源包也可以帮助学生在PBL课前准备中发挥作用，提高准备效率，扩展教学信息量，丰富教学内容。
充分利用数码显微互动平台，精心设计问题激发学生的主动学习兴趣? 在生物学显微形态实验教学中，充分利用数码显微互动平台的互动功能，设计有一定难度、需要分析判断后才能得出结论的标本观察，精心设计问题，引导学生积极思考、主动探索，以小组合作的方式解决问题。每个PBL小组要对各标本制片、观察、拍照，运用图像处理软件在照片上对形态、结构等相关问题进行标注和说明，并汇总成一份基于上述问题的实验报告，通过作业提交系统向教师端电脑提交作业。教师在点评各小组的实验报告前，每个PBL小组选派一名代表进行发言汇报，阐述本组的实验结果及判断依据，同组内的成员可以适当补充，不同组的成员有异议可以电子举手提问。这种全面的互動教学模式可以打破传统显微实验课堂沉闷和枯燥无聊的现象，学生任务明确，主动探究，有利于发挥学生在学习过程中的主体地位，充分调动学生学习的积极性，激发学习兴趣，培养学生互助合作的团队意识，开发学生的创造性思维，培养学生自主学习和解决问题的能力。
过程考核和结果考核相结合，创新考核方式? PBL教学是以问题为导向，激发学生主动探究的一种教学组织方式。这种组织方式并不能对教学结果进行评价，需要设计相应的考核方式。PBL教学涉及PBL小组讨论研究、递交实验报告、PBL小组选派代表汇报发言及集中讨论等环节，各PBL小组在各环节有不同的表现，因此，重点关注实验过程中各小组的表现，如关注各PBL小组研究的思路、小组代表发言的广度和深度、集中讨论中学生的表现等。
另外，教学过程中还可利用数码显微互动平台的实时监控、拍照录像、电子考场等功能，组织现场鉴定和电子考场，对教学结果进行评价。现场鉴定是指在教学现场，学生根据题目要求，现场制片、观察、拍照或录像，对照片或录像进行标注说明后提交结果。在学生现场操作过程中，教师可在主机电脑端实时监控，从而实现过程考核，将过程考核的结果作为课程成绩记录在案。
整个课程结束后，可以通过电子考场来测试学生对实验技能的掌握情况，作为数码显微互动和PBL教学效果的反馈。电子考场的考卷要求图文并茂以区别于理论知识考试，教师需事先收集实验教学中典型的生物形态组织图片，构建图文并茂的实验考核电子题库，由考试系统随机抽取生成不雷同的电子考卷分发给每个考生，让他们现场独立完成。以上考核方式将弥补传统显微实验教学考核的不足，可以实现对学生实验技能的客观评价，能真实反映学生能力和教学效果。
4 实施中容易出现的问题及解决对策
问题设计的不合理或超出学生的自主研究能力，容易阻碍PBL教学的开展? PBL教学是以问题为导向的一种教学模式，教师以实验内容为单位，根据实验教学内容合理设计适合学生开展自主研究的问题体系尤为重要[13]。问题之间紧密联系和环环相扣，既要符合实验内容，又要符合实际，不能难度太大，超出学生的自主研究能力;也不能太过简单，无法激发学生的探究兴趣。设计时可以设计多个由浅到深的问题，实施时应遵循由简单到复杂的原则，逐步向各PBL小组提出。比如组织撕剥制片法是植物表皮组织观察中常用的实验方法，在植物表皮结构观察实验中可以首先提出：为什么双子叶蔬菜的表皮很容易撕剥，而禾本科如水稻的表皮很难撕好？继而引导出怎样观察水稻表皮细胞结构？怎样消除叶绿素对显微观察的影响？最后归纳总结不同的染料在显微结构观察中的作用。通过以问题为导向，在解决问题过程中获取知识，培养学生的逻辑思维和提升学生的动手能力。
讨论中学生积极性不高，PBL教学质量难以控制? PBL教学是以小组为单位进行实验操作和自主讨论，由于学生是讨论的主体，其知识广度和深度限制了讨论内容的选择和深入，往往出现很多本应讨论的议题被忽略或者讨论的重点问题无法长时间维持。另外，高校长时间开展灌输式教学后，学生更习惯于接受知识的传承，而非独立研究、发现、思考和总结。在PBL教学最重要的讨论环节，容易出现学生参与讨论的积极性不高等问题。因此，在数码显微互动平台中推广PBL教学，学生对数码显微系统有着浓厚的兴趣，但在讨论环节极易出现冷场现象。这种情况需要教师的介入，可以选用生物学文献中发表的显微形态案例进行引导式的阅读分析来作为讨论的补充内容[14]，也可采用点名表扬、加分奖励等形式促进学生积极参与讨论环节。
PBL教学对师生要求更高，课程耗时较长? PBL教学实施过程通常是由布置问题—分组研究—集体讨论—归纳总结组成，与传统的实验教学相比，PBL教学额外增加了集体讨论和归纳总结两个环节，无形中压缩了学生开展实验的时间[15]。在保证学生使用数码显微互动系统开展实验的前提下，PBL教学耗时相应增加，教学节奏更加紧凑，对教师和学生的要求更高。因此，教师和学生提前做好实验准备是PBL教学实验顺利开展的前提。教师可以在每次实验课结束前，布置下次实验课的任务，将课程设计交给PBL小组学生，让学生通过查文献、上网等多种渠道提前做好准备。
5 结语
创新和实践能力的培养是高等教育永恒的使命，以提高学生实践能力和创新意识为目的的探索是值得鼓励的，但是任何方法的实践一开始都不会完美无缺，需要逐步探索和完善。本文基于显微互动系统，在生物显微形态实验教学中运用PBL教学法，在教学质量和效率方面取得良好的效果，培养了学生独立思考及合作研讨的习惯。但是显微互动联合PBL教学法在生物微观形态实验教学实践中仍然存在一些值得商榷的地方。比如：显微互动和PBL教学同时应用于实验教学中，二者平衡如何把握？突然从传统教学模式转变成独立探索的PBL教学模式，学生的可接受程度和由此产生的焦虑或反感情绪如何化解？教师的教学思路是否清晰？由于学生自身能力不足或者提前准备不够，导致各小组研究解决问题快慢程度不同，在此状况下，课堂教学内容如何推进？如何解决小组合作模式和个人滥竽充数的问题，确保小组中每个人都有明确的定位和充分发挥各自的作用？定性和定量的评价体系如何构建？等等。只有把这些问题解决好，PBL教学才能真正成熟地应用于数码显微互动的实验教学中，取得理想的教学效果。■
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