“新工科”背景下植物生物技術(shù)課程教學(xué)方法的探索和實(shí)踐

趙嫚 應(yīng)向賢 闞顯照

[摘 要]工科課程的特點(diǎn)是操作性、實(shí)踐性強(qiáng)，知識(shí)瑣碎、繁雜，教師容易只注重專業(yè)知識(shí)和技能的傳輸，與其他技能素養(yǎng)的培養(yǎng)相隔離，從而使目前培養(yǎng)出來(lái)的工科人才視野相對(duì)狹窄，知識(shí)體系不夠完善，不能滿足當(dāng)前社會(huì)對(duì)工程科技人才的職業(yè)能力和綜合素質(zhì)的需求?；谠擃愓n程的現(xiàn)狀，可以采取以探究性教學(xué)模式進(jìn)行課堂內(nèi)容的設(shè)計(jì)；以社會(huì)活動(dòng)分工協(xié)作，讓學(xué)生體會(huì)社會(huì)責(zé)任感；以形式多樣，生問(wèn)生答多向互動(dòng)的教學(xué)評(píng)價(jià)方式來(lái)對(duì)對(duì)植物生物技術(shù)課程教學(xué)方法進(jìn)行新的探索和實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]植物生物技術(shù)；新工科；探究性教學(xué)；小組合作；多方問(wèn)答

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）10-0062-03

“新工科”是在國(guó)家應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略需求和支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的前提下應(yīng)運(yùn)而生的。其目的是培養(yǎng)迎合未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才[1][2]。工科課程的特點(diǎn)是操作性、實(shí)踐性強(qiáng)，知識(shí)瑣碎、繁雜，因而在每門課的教學(xué)課堂上，容易使教師進(jìn)入自己的“課程胡同”，即只注重專業(yè)知識(shí)和技能的傳輸，與其他技能素養(yǎng)的培養(yǎng)相隔離，從而使培養(yǎng)出來(lái)的工科人才視野相對(duì)狹窄，知識(shí)體系不夠完善，不能滿足當(dāng)前社會(huì)對(duì)工程科技人才的職業(yè)能力和綜合素質(zhì)的需求。在“新工科”背景下，如何在課堂上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和綜合素養(yǎng)是每一位教師的責(zé)任和挑戰(zhàn)[3][4][5]。

基于該類課程的現(xiàn)狀，我們對(duì)植物生物技術(shù)課程教學(xué)方法進(jìn)行新的探索和實(shí)踐。植物生物技術(shù)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，知識(shí)繁多復(fù)雜。以張獻(xiàn)龍編寫的《植物生物技術(shù)》第二版為例，該課程主要包括三大部分，分別為植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)的基本技術(shù)和方法、植物基因工程的原理和技術(shù)、植物分子標(biāo)記及輔助選擇應(yīng)用。在傳統(tǒng)的教學(xué)課堂上，教師更多的是以自己為中心，傳道授業(yè)解惑，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和知識(shí)進(jìn)行講授，忽略了學(xué)生的中心作用。本次教學(xué)方法的探索過(guò)程，筆者以培養(yǎng)學(xué)生的“生惑”“求業(yè)”進(jìn)而“悟道”的能力為基點(diǎn)，著力提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性。具體的方法是整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容和形式。首先，以課題式的探究性教學(xué)為主體，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題進(jìn)而解決問(wèn)題，在學(xué)習(xí)過(guò)程中強(qiáng)化能力培養(yǎng)。其次，小組實(shí)踐，分工協(xié)作，學(xué)以致用，體會(huì)職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感的重要性。再次，多方問(wèn)答，教學(xué)反饋，激發(fā)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性（圖1）。課堂教學(xué)這三個(gè)方面進(jìn)行交叉融合，不斷總結(jié)評(píng)價(jià)，最終通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，取得了一定的教學(xué)效果。

一、以探究性教學(xué)模式進(jìn)行課堂內(nèi)容的設(shè)計(jì)

探究性教學(xué)是把科學(xué)研究過(guò)程引入教學(xué)過(guò)程，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生主動(dòng)地從生活中選取與教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題或項(xiàng)目，用類似于科學(xué)研究的方式去獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)和解決問(wèn)題的方法[6][7][8]。德國(guó)學(xué)者Bell等[9]把探究性教學(xué)的設(shè)計(jì)分為五個(gè)過(guò)程：第一，問(wèn)題的引入；第二，回答該問(wèn)題證據(jù)的獲得；第三，對(duì)收集證據(jù)的解釋；第四，將解釋與從調(diào)查過(guò)程中獲得的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)；第五，為解釋創(chuàng)造一個(gè)爭(zhēng)論并做出正確的判斷。植物生物技術(shù)是一門與生活實(shí)際息息相關(guān)的課程，包含了植物組織培養(yǎng)、植物基因工程、植物細(xì)胞工程和分子輔助育種等內(nèi)容。課程導(dǎo)論即從現(xiàn)象、問(wèn)題入手，大到“糧食危機(jī)，食品安全，環(huán)境污染” 等社會(huì)現(xiàn)象，小到個(gè)人問(wèn)題“學(xué)習(xí)這門課對(duì)以后個(gè)人就業(yè)和發(fā)展的機(jī)會(huì)”，提出學(xué)習(xí)這門課程的重要性。在我們的教學(xué)實(shí)踐中，植物生物技術(shù)課程的探究性主要涉及植物生物技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)問(wèn)題的提出、對(duì)現(xiàn)象的觀察、進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新、數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性、對(duì)科學(xué)問(wèn)題可能的解釋、專業(yè)教師的引導(dǎo)與總結(jié)。對(duì)于具體知識(shí)部分的學(xué)習(xí)，以植物細(xì)胞工程中原生質(zhì)體的制備與融合為例進(jìn)行介紹。

課程內(nèi)容首先是導(dǎo)入部分，提出問(wèn)題情境 “番茄與土豆的愛(ài)情傳說(shuō)”，番茄與土豆想要在一起，如何才能實(shí)現(xiàn)？在教學(xué)過(guò)程中，我們請(qǐng)學(xué)生閱讀課本，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)智能手機(jī)搜集資料，進(jìn)行小組討論，然后分組講解并說(shuō)明原因。教師對(duì)內(nèi)容提出疑問(wèn)并做補(bǔ)充，比如：亞原生質(zhì)體的出現(xiàn)有什么意義？原生質(zhì)體融合的原理是什么？原生質(zhì)體融合意義的延伸。這樣的設(shè)計(jì)能培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)。此外，內(nèi)容的研究歷史和影響因素也是該類課程的關(guān)鍵部分。研究歷史的介紹一方面可以通過(guò)科學(xué)家的故事激勵(lì)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀和人生觀；另一方面，可以把技術(shù)發(fā)現(xiàn)的思路串聯(lián)起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。同樣，在技術(shù)的影響因素方面，可以借助辯證分析的方法分析內(nèi)因外因的共同作用。比如影響原生質(zhì)體制備和細(xì)胞融合的因素具體包括內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，內(nèi)因主要與外植體的基因型以及生長(zhǎng)狀態(tài)相關(guān)，而外因則與其培養(yǎng)條件、融合方法等環(huán)境因素相關(guān)。通過(guò)影響因素這一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行全面的分析，進(jìn)而解決問(wèn)題。

二、實(shí)踐活動(dòng)分工協(xié)作，體會(huì)社會(huì)責(zé)任感

植物基因工程是本課程的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，它是未來(lái)從事植物研究的基礎(chǔ)，同時(shí)社會(huì)上關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品的安全性又存在很大的爭(zhēng)議。本次實(shí)踐活動(dòng)“轉(zhuǎn)基因食品安全性海報(bào)展”，具體的內(nèi)容是圍繞問(wèn)題“你敢吃轉(zhuǎn)基因食品嗎？”展開。設(shè)計(jì)六個(gè)小的主題：轉(zhuǎn)基因的歷史，轉(zhuǎn)基因技術(shù)方法，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用，轉(zhuǎn)基因食品的現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)基因植物存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)和轉(zhuǎn)基因食品的安全性檢測(cè)。具體的過(guò)程是，學(xué)生隨機(jī)分組，確定主題；查找資料，完成海報(bào)設(shè)計(jì)，要保證科普海報(bào)的科學(xué)、客觀、公正和美觀；公共場(chǎng)合展出海報(bào)并答疑解惑，公眾選出自己最喜愛(ài)的海報(bào)作品。接著小組進(jìn)行活動(dòng)總結(jié)匯報(bào)，具體包括海報(bào)設(shè)計(jì)原理，展出效果（得票數(shù)和關(guān)注度），小組成員的參與度，以及活動(dòng)的收獲與感想等；最后是對(duì)本次實(shí)踐活動(dòng)的考核，分為自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)三個(gè)部分，總結(jié)本次活動(dòng)的效果和存在的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的建議和意見，使實(shí)踐活動(dòng)不斷改進(jìn)（圖2）。通過(guò)這次小組實(shí)踐，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生查找、篩選和分析資料的能力；另一方面，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中也能學(xué)會(huì)如何用專業(yè)知識(shí)去解決或解釋生活中存在的問(wèn)題，達(dá)到學(xué)以致用。此外，學(xué)生在實(shí)踐中的協(xié)同合作，溝通交流能力都能得到鍛煉。最后，每組學(xué)生對(duì)實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行總結(jié)，學(xué)生提到活動(dòng)中遇到的各種問(wèn)題，以及他們是如何溝通、解決的，相互之間的合作會(huì)加深他們之間的信任感和友誼。同時(shí)在展示的過(guò)程中，由于本次實(shí)踐活動(dòng)轉(zhuǎn)基因食品的安全性在社會(huì)上有較大爭(zhēng)議，公眾對(duì)這一現(xiàn)象的理解和認(rèn)識(shí)也讓他們對(duì)將來(lái)要從事的行業(yè)所應(yīng)有的職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感有了深刻的認(rèn)識(shí)。這些都充分肯定了這次活動(dòng)的必要性。

三、教學(xué)評(píng)價(jià)形式多樣，生問(wèn)生答多向互動(dòng)

教學(xué)評(píng)價(jià)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是提高教育教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教師成長(zhǎng)和學(xué)生發(fā)展的重要手段?，F(xiàn)今的教學(xué)評(píng)價(jià)仍以傳統(tǒng)的紙筆測(cè)驗(yàn)為主，紙筆測(cè)驗(yàn)雖然能在認(rèn)知領(lǐng)域呈現(xiàn)量化的評(píng)價(jià)結(jié)果，但在情感和技能領(lǐng)域的評(píng)價(jià)結(jié)果呈現(xiàn)則非常有限[10]。因此，本課程除了常規(guī)的紙筆測(cè)驗(yàn)外，我們還采用了師生、生生多向問(wèn)答的評(píng)價(jià)方式。在每個(gè)知識(shí)模塊完成后，進(jìn)行課前20分鐘的多向問(wèn)答環(huán)節(jié)。同時(shí)對(duì)于提問(wèn)或回答精彩（經(jīng)過(guò)深度思考，具有創(chuàng)新性的問(wèn)題或答案）的學(xué)生給予獎(jiǎng)勵(lì)，鼓勵(lì)學(xué)生多提問(wèn)多參與。在整個(gè)過(guò)程中我們還鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)智能手機(jī)搜索和查閱問(wèn)題及答案，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面和認(rèn)知領(lǐng)域[11][12]。此外，對(duì)于在課堂上沒(méi)有解決的問(wèn)題或現(xiàn)象，我們還建立了專門的微信群，鼓勵(lì)學(xué)生多發(fā)言、多質(zhì)疑、多表達(dá)。這種評(píng)價(jià)方式與以往的教師問(wèn)學(xué)生答明顯不同，學(xué)生之間比師生之間的氣氛更顯平等，以學(xué)生帶動(dòng)學(xué)生，教師也是學(xué)生討論中的一員，教師積極引導(dǎo)，學(xué)生提問(wèn)的積極性明顯越來(lái)越高，問(wèn)題的質(zhì)量也越來(lái)越高。通過(guò)這一環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠更好地把知識(shí)模塊融合起來(lái)，對(duì)知識(shí)的理解也更加深入。

這種評(píng)價(jià)方法的直接效果是學(xué)生的問(wèn)題顯著增多，很多學(xué)生開始深入思考。比如，植物的愈傷組織相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生提問(wèn)“是不是所有的植物都可以形成愈傷組織”，討論過(guò)程分成兩派，雙方各有說(shuō)辭。這一方面鍛煉了學(xué)生的辯論能力，另一方面也反映了有些學(xué)生的知識(shí)整合能力不足。通過(guò)討論，大家開始對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通。還有學(xué)生會(huì)把動(dòng)物和植物進(jìn)行對(duì)比，提出動(dòng)物的iPS（induced pluripotent stem cells，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞）是不是和植物細(xì)胞的全能性類似等。通過(guò)提問(wèn)和啟發(fā)思考的環(huán)節(jié)，學(xué)生提出問(wèn)題的積極性和能力都明顯提高。學(xué)期中間，筆者針對(duì)教學(xué)方法和內(nèi)容組織學(xué)生提出意見和建議，其中三分之二以上的學(xué)生主動(dòng)提到多向互動(dòng)、頭腦風(fēng)暴的方法非常好。學(xué)生積極參與提問(wèn)，并提出自己的不同見解，這在大學(xué)課堂中是特別值得鼓勵(lì)和發(fā)揚(yáng)的，因?yàn)樘岢霎愖h也就是創(chuàng)新的開始。

四、結(jié)語(yǔ)

融合探究性教學(xué)主體，小組實(shí)踐和多向互動(dòng)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系的教學(xué)模式，在實(shí)現(xiàn)“新工科”下培養(yǎng)具備綜合素質(zhì)、創(chuàng)新性強(qiáng)和高專業(yè)技能人才方面有重要的作用，該模式對(duì)于其他實(shí)踐性課程具有一定的示范意義和推廣作用。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 陸國(guó)棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[2] 林健. 面向未來(lái)的中國(guó)新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017（2）： 26-35.

[3] 趙露，李延軍，包京珊，等.《生物技術(shù)》課程體系重構(gòu)與教學(xué)改革實(shí)踐[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2013（1）：158-160.

[4] 魏福倫，李鳳華.實(shí)踐性較強(qiáng)課程的教學(xué)新方法探索[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2014（24）：122-123.

[5] 段艷紅.高等院校生物技術(shù)專業(yè)教改與實(shí)踐探索[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（8）：357-359.

[6] 郝志軍.探究性教學(xué)的實(shí)質(zhì)：一種復(fù)雜性思維視角[J].教育研究，2015（11）： 66-70.

[7] Bryce C M， Baliga V B， De Nesnera K L， et al.2016.Exploring models in the biology classroom[J].The American Biology Teacher.78（1）： 35-42.

[8] Chen H L S， Tytler R.2017.Inquiry Teaching and Learning： Forms， Approaches， and Embedded Views Within and Across Cultures[M]//Quality Teaching in Primary Science Education.Springer International Publishing.93-122.

[9] Bell T， Urhahne D， Schanze S， et al.2010.Collaborative inquiry learning： Models， tools， and challenges[J].International journal of science education.32（3）： 349-377.

[10] 王淑慧.多元化教學(xué)評(píng)價(jià)的研究[D].武漢：華中師范大學(xué)博士學(xué)位論文，2011.

[11] Snashall E， Hindocha S.2016.The use of smartphone applications in medical education[J]. Open Medicine Journal. 3（M6）： 322-327.

[12] Jeno LM， Grytnes JA， Vandvik V.2017.The effect of a mobile-application tool on biology students' motivation and achievement in species identification： A Self-Determination Theory perspective[J].Computers & Education 107： 1-12.

[責(zé)任編輯：陳 明]