PBL教學(xué)模式在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

楊桂蘭，陳雙慧，劉 瑞，程木華

（哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150025）

21世紀(jì)是一個(gè)創(chuàng)新的世紀(jì)。兩彈一星元?jiǎng)族X(qián)學(xué)森曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“現(xiàn)在中國(guó)沒(méi)有完全發(fā)展起來(lái)，一個(gè)重要原因是沒(méi)有一所大學(xué)能夠按照培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造人才的模式去辦學(xué)，沒(méi)有自己獨(dú)特的、創(chuàng)新的東西，老是冒不出杰出的人才。這是一個(gè)很大的問(wèn)題?！保?］創(chuàng)新世紀(jì)需要?jiǎng)?chuàng)新教育，創(chuàng)新教育重在創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，而高校是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要基地。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校創(chuàng)新體系中占有十分重要的地位，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要途徑之一。當(dāng)前，生物實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式經(jīng)歷了以教師為中心的教學(xué)模式、以學(xué)生為中心的教學(xué)模式以及時(shí)下廣為應(yīng)用的教師為主導(dǎo)－學(xué)生為主體教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變［2］。長(zhǎng)期以來(lái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于重理論，輕實(shí)踐，重知識(shí)，輕能力，培養(yǎng)出來(lái)的大多數(shù)學(xué)生缺乏創(chuàng)造性和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)際能力，創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新理念的培養(yǎng)更是無(wú)從談起［3］。筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期教學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)環(huán)節(jié)中以問(wèn)題為中心展開(kāi)討論，師生間互動(dòng)交流，能夠激發(fā)學(xué)生自主能動(dòng)性和創(chuàng)新能力，而這就是國(guó)際上較為流行的一種教學(xué)模式——PBL（Problem－Based Learning）教學(xué)模式［4］。PBL 是增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)的一種有效教學(xué)手段，是現(xiàn)代教育中頗具潛力的一種教學(xué)模式。將PBL 教學(xué)模式應(yīng)用于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，將會(huì)是生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

1 PBL教學(xué)模式簡(jiǎn)介

PBL（Problem－Based Learning）被稱(chēng)為“以問(wèn)題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)”，是由美國(guó)南依利諾斯大學(xué)的霍華德·白瑞斯（Howard Barrows）于1969 年在加拿大的麥克瑪斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)院首先試行的一種新型的教學(xué)模式，其注重創(chuàng)新思維、合作學(xué)習(xí)等能力的培養(yǎng)，充分體現(xiàn)了以人為本的新課程理念。他和安·凱爾森（Ann Kelson）博士給PBL 下了定義：“PBL 既是一種課程也是一種學(xué)習(xí)方式?！保?］PBL 的最大優(yōu)點(diǎn)是克服了授受式教學(xué)中以教師為中心、以教材為依據(jù)、以教室為依托的“你聽(tīng)我講”的灌輸知識(shí)的弊端和發(fā)現(xiàn)式教學(xué)中學(xué)生掌握知識(shí)的盲目性和缺乏系統(tǒng)性的弊端。PBL 整合了授受式教學(xué)和發(fā)現(xiàn)式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，在教學(xué)過(guò)程中形成師生“學(xué)習(xí)共同體”，充分體現(xiàn)了教師和學(xué)生的共同協(xié)作、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，師生雙方都在圍繞“解決問(wèn)題”而展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)，教師不再一味地灌輸知識(shí)，而是從講臺(tái)前走向了課桌旁，學(xué)生也不再是單純地被動(dòng)接受知識(shí)，相反，每個(gè)人都成了問(wèn)題的解決者，成為自己學(xué)習(xí)的第一責(zé)任人。PBL 教學(xué)模式以“問(wèn)題”為核心，所有的學(xué)習(xí)活動(dòng)都是圍繞問(wèn)題的解決而展開(kāi)的。PBL 教學(xué)理念認(rèn)為“問(wèn)題是學(xué)習(xí)的起點(diǎn)也是選擇知識(shí)的依據(jù)”，學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生是主體，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的推動(dòng)者或輔導(dǎo)者［6］。

2 PBL教學(xué)模式在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

PBL 教學(xué)模式具有問(wèn)題基礎(chǔ)性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作性、知識(shí)系統(tǒng)性、研究探索性、師生交互性等特點(diǎn)，不僅重視知識(shí)的有效傳遞，而且有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［7］。PBL教學(xué)組織過(guò)程大致包括：提出問(wèn)題（教師或?qū)W生）→劃分小組（學(xué)生）→歸納假設(shè)（學(xué)生）→收集資料（學(xué)生）→論證研究（教師、學(xué)生）→解決問(wèn)題（教師、學(xué)生）→進(jìn)行驗(yàn)證（教師、學(xué)生）→提出新問(wèn)題（教師）［8］。本文中以“利用質(zhì)壁分離法測(cè)定植物組織滲透勢(shì)”實(shí)驗(yàn)為例，介紹采用PBL 教學(xué)模式，并通過(guò)如何設(shè)定“問(wèn)題”、解決“問(wèn)題”來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.1 問(wèn)題的設(shè)計(jì)思路

在教學(xué)過(guò)程中，教師需要根據(jù)現(xiàn)有條件及學(xué)生的知識(shí)背景精心設(shè)計(jì)問(wèn)題并提出可行性問(wèn)題。本著前蘇聯(lián)心理學(xué)家維果茨基提出的“最近發(fā)展區(qū)”原則，PBL中的問(wèn)題應(yīng)該難度適中，并且在學(xué)生已有舊知識(shí)與即將自主學(xué)習(xí)的新知識(shí)之間搭建起一座橋梁，從而使學(xué)習(xí)變得有意義［9］。本實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題設(shè)計(jì)思路如下：首先讓學(xué)生了解滲透作用具備的條件，然后利用滲透作用原理測(cè)定植物組織滲透勢(shì)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讓學(xué)生利用已有的實(shí)驗(yàn)材料鑒定哪種植物更適合做質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，自己也可以提出不同的觀點(diǎn)，如使用其他的植物做實(shí)驗(yàn)材料效果會(huì)不會(huì)更好？

2.2 實(shí)驗(yàn)的組織

作為植物抗旱和抗鹽的一種機(jī)制，滲透調(diào)節(jié)越來(lái)越引起人們的重視［10］。植物通過(guò)滲透作用來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢(shì)，進(jìn)而使自己在逆境環(huán)境中得以生存。那么，滲透作用的產(chǎn)生具備哪些條件呢？這是實(shí)驗(yàn)中提出的第1個(gè)問(wèn)題。

教師給出實(shí)驗(yàn)用具和材料讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證：在一個(gè)長(zhǎng)頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙（一種半透膜，水分子可以透過(guò)它，而蔗糖分子則不能），往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等。過(guò)一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)如圖1所示的現(xiàn)象［11］。

圖1 滲透現(xiàn)象示意圖

由此可以得出結(jié)論，滲透作用的產(chǎn)生必須具備2個(gè)條件：一是具有一層半透膜，二是半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差［12］。成熟的植物細(xì)胞具有中央大液泡，內(nèi)有一定濃度的細(xì)胞液，其細(xì)胞膜、液泡膜及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)即為原生質(zhì)層，原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，只要原生質(zhì)層的兩側(cè)有濃度差就會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離或復(fù)原。

在觀察“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，傳統(tǒng)教材中的方法是以紫色洋蔥鱗片為材料進(jìn)行的。有的研究者也用水綿和鮮艷大花植物的花瓣（如大麗花、月季花、碧桃花）做實(shí)驗(yàn)材料［13］。

教師提供3種植物作為實(shí)驗(yàn)材料，哪種材料實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更好呢？這是實(shí)驗(yàn)中提出的第2個(gè)問(wèn)題。

學(xué)生將選取的材料按要求制成臨時(shí)裝片，分別滴加預(yù)先配置好的0.20g／ml、0.30g／ml和0.40g／ml的蔗糖溶液，放在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行連續(xù)觀察。從滴入制備液開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到植物細(xì)胞有了明顯的質(zhì)壁分離為止。最后再觀察質(zhì)壁分離后的細(xì)胞能否再?gòu)?fù)原，做好記錄。時(shí)間用秒表測(cè)定，要重復(fù)做3次求取平均值，并將結(jié)果與表1對(duì)照。

表1 不同濃度的蔗糖溶液對(duì)大麗花、洋蔥、水綿的質(zhì)壁分離和復(fù)原情況

表1表明：雖然3種植物細(xì)胞在同種溶液的適宜濃度下均可發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象，但從有利于教學(xué)實(shí)驗(yàn)需要時(shí)間較短，能清楚地觀察到細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的現(xiàn)象上看，用大麗花（新鮮花瓣）做實(shí)驗(yàn)材料，質(zhì)壁分離及復(fù)原所需時(shí)間相對(duì)較少，并且分離現(xiàn)象較明顯，動(dòng)態(tài)感很強(qiáng)。

滲透調(diào)節(jié)能力的大小可以用逆境條件下細(xì)胞滲透勢(shì)的降低值來(lái)表示，在水分生理與抗性生理研究中經(jīng)常需要測(cè)定。

如何測(cè)定植物組織的滲透勢(shì)呢？此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生采用質(zhì)壁分離法，用一系列梯度濃度蔗糖溶液測(cè)定植物組織細(xì)胞的滲透勢(shì)。首先，配制0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 mol／L 的蔗糖溶液各50mL。其次，制備臨時(shí)裝片：取新鮮花瓣于食指和拇指間，用食指和拇指稍用力一搓，除去非表皮組織，即可獲得薄而略透明的花瓣表皮［12］。最后，細(xì)胞的等滲濃度將介于剛剛引起初始質(zhì)壁分離的濃度和尚不能引起質(zhì)壁分離的濃度之間的溶液濃度。代入公式即可計(jì)算出其滲透勢(shì)。滲透勢(shì)－ψs＝RTiC1。

2.3 結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，大部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合理論值。說(shuō)明學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作基本達(dá)到要求，實(shí)驗(yàn)過(guò)程也比較認(rèn)真。有一小部分的學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果有偏差，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析其原因，如在做質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象不明顯，可能是選取的實(shí)驗(yàn)材料不新鮮；沒(méi)有按照要求制作臨時(shí)裝片，導(dǎo)致觀察不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；沒(méi)有連續(xù)地觀察實(shí)驗(yàn)，計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確等。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要及時(shí)做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)并反饋給學(xué)生。

3 實(shí)驗(yàn)的深度拓展及對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的啟發(fā)和培養(yǎng)

生物科學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的自然科學(xué)，生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行生物學(xué)科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)、技能鍛煉、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)形式，同時(shí)，也是教學(xué)方式較為靈活的一門(mén)科學(xué)。在生物實(shí)驗(yàn)中引入PBL教學(xué)模式，讓學(xué)生在不斷討論、質(zhì)疑的過(guò)程中，學(xué)習(xí)內(nèi)容的寬度、深度和廣度也將逐漸得到擴(kuò)展［14］。同時(shí)，學(xué)生有可能提出與課本不同的看法并提出質(zhì)疑：用一層紗布代替玻璃紙，漏斗管內(nèi)的液面還會(huì)升高嗎？如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，結(jié)果會(huì)怎樣？除上述3種材料外還有沒(méi)有更好的植物適合做質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)?zāi)兀窟€有沒(méi)有其他方法測(cè)定植物組織的滲透勢(shì)？

這樣，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師鼓勵(lì)學(xué)生打破思維定勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，就可以讓學(xué)生體驗(yàn)到不同的實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：既可以做基礎(chǔ)層面的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，又可以進(jìn)行提高層面的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，更可以拓展到綜合層面的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)［15］。這種模式不但可以強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)，還有助于培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

PBL教學(xué)模式是一個(gè)自學(xué)、討論、再自學(xué)、再討論的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生成為學(xué)習(xí)和教學(xué)的主體［13］。古語(yǔ)云：“授人以魚(yú)，不如授人以漁?！币虼耍囵B(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法極其重要。學(xué)生只有不斷地思考、綜合和概括，才能真正掌握所學(xué)的知識(shí)，并將其應(yīng)用到實(shí)際生活中，成為一個(gè)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。將PBL 教學(xué)模式應(yīng)用于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將是生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

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