人體及動物生理學實驗教學改革探究

張 成

(首都師范大學生命科學學院，北京 100048)

人體及動物生理學是從整體、器官、組織、細胞和分子水平上系統(tǒng)研究動物機體生命活動及其規(guī)律的學科，是生物學、心理學、體育學和醫(yī)學的重要基礎課，也是生命科學中的主干基礎[1-2].生理實驗教學的主要目的是通過相關理論的學習、實驗儀器的使用以及實驗技能的基本訓練，以提高學生實驗操作的動手能力和主動探索自然世界、獲取知識的能力；生理學實驗也是培訓學生觀察問題、分析問題以及解決問題最重要、最有效的途徑.實驗能有效地加深對相關理論知識的理解，同時也能夠培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度和作風[3-5],因此,生理實驗教學對整個生物學教育來說至關重要.

1 生理學的課程特點

1.1 理論知識繁雜

生理學是研究人體或動物各組成部分正常功能活動規(guī)律的一門科學.由于機體結構復雜,且各系統(tǒng)、器官功能各異,并受神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，即相對獨立，又相互協(xié)調(diào)、配合和制約，這些特點決定了生理學的內(nèi)容抽象和復雜.

1.2 理論和實驗密不可分

生理學也是一門功能學科,其理論可以很好說明生活中的一些現(xiàn)象,例如呼吸時氣體是怎樣進出肺的?高熱病人為何擦酒精?為何高血壓病人有的是收縮壓高,有的是舒張壓高？另外,生理學開設的實驗課,一方面提高了學生的動手能力，另一方面也可以驗證所學的理論知識,從而加深對知識的理解，有條件的可以通過設計實驗培養(yǎng)學生的分析能力和創(chuàng)造能力.因此,理論教學與實驗教學相輔相成、密不可分.

1.3 與多學科相互滲透和聯(lián)系

生理學源自于人體解剖生理學，它是將人體解剖學、生理學、組織胚胎學等科學進行有機融合、重組而形成的一門綜合性學科.該學科的前沿發(fā)展很快,如何在新的條件下，在創(chuàng)建跨學科、多層次人體解剖生理學教學和實驗課的研究與實踐中進行教學改革, 就成為當下亟待解決的問題了.另外，在生理學的教學中,既要結合結構來學習功能(與組織胚胎學、解剖學的關系),還要進行正常生理功能和病理現(xiàn)象之間的多層次聯(lián)系(與病理生理學、藥理學、臨床醫(yī)學等之間的關聯(lián)),這也是生理學課程學習中的重要問題.基于上述原因，本課程存在教與學之間各自所具有不同程度的難點.

2 生理學的教學現(xiàn)狀

2.1 學生重視程度不夠

由于生理學理論知識博大精深、各生理系統(tǒng)又有復雜的聯(lián)系，從而使學生們普遍感到生理學難學.很多學生學起來感到有一定的難度,甚至產(chǎn)生畏難心理,極大降低了學習的積極性. 部分學生沒有認識到該課程對生物從業(yè)者的重要性，認為跟專業(yè)課沒有太大聯(lián)系，有的學生甚至抱著及格即可的心理，不能深入學習該課程，從而影響了學習效果.這些都嚴重影響了生理學的教學質(zhì)量.

2.2 教學內(nèi)容過多、課時相對少

由于生理學內(nèi)容廣泛、知識點多、復雜抽象；而且與其他兄弟院校的課時相比,生理學理論課時明顯較少,僅有32 學時.課時數(shù)少、課程內(nèi)容多、理論知識體系復雜等這些原因，容易使學生產(chǎn)生畏難、厭學情緒，而且還由于教師受課時所限無法將各章內(nèi)容進行全面詳細地講授.那在教學學時無法增加的情況下, 如何利用有限的課堂時間講授, 使學生更好、更多地掌握解剖生理學知識，就是擺在我們授課教師面前的突出問題.

2.3 教學模式和教學方法老套，學生積極性不高

生理實驗課設置的一般都是驗證性實驗,學生動手完成這樣的一些實驗，興趣仍然很高.但由于缺乏操作技能方面的培訓,僅有老師在實驗前講授一些操作要領,許多學生不能很好領會和操作，時常導致實驗失敗，從而使學生學習生理學的積極性下降.另外，還會出現(xiàn)兩極分化的現(xiàn)象，即操作技能好的同學經(jīng)常操作，而操作技能不好的同學始終不動手，從而導致學生實驗技能發(fā)展極為不平衡，并出現(xiàn)抄襲實驗報告的現(xiàn)象.

2.4 與中學生物的聯(lián)系不夠緊密

在本科教學中，生理學的教學目的是研究正常人體的形態(tài)、結構及功能,幾乎很少涉及預防和保健知識的內(nèi)容,理論教學始終存在與實踐脫節(jié)的弊端.但在九年義務教育教學內(nèi)容體系中，小學、中學的有些課程中已涉及人體知識的內(nèi)容，而小學、中學人體生理學教師是由高等師范院校生命科學系人進行培養(yǎng)的.通過近幾年來，我院舉辦的北京中學生物教師培訓的課程來看，大多數(shù)中學老師對機體的解剖結構及生理功能基本停留在理論知識層面，而實體解剖認知、手術器械規(guī)范化操作以及功能性生理實驗等方面存在很多的問題.表1是當前北京市中學與人體解剖生理學實驗有關的生物實驗內(nèi)容.

表1 中學開設的生理實驗

人體解剖生理學就是把人體形態(tài)結構和功能活動規(guī)律有機結合在一起的學科, 形態(tài)結構是生理功能的基礎, 而生理功能是形態(tài)結構的運動功能表現(xiàn)形式.二者緊密聯(lián)系、相輔相成.人體解剖生理學理論知識相對抽象、枯燥、不易理解記憶,大部分學生對此難以提起興趣,在教與學中普遍存在難教與難學的學科現(xiàn)象.如何在較少的學時里讓這門課程變得通俗易懂, 充分調(diào)動起學生學習專業(yè)課的興趣，就是人體及動物生理學教學過程中需要不斷探索, 也是教學改革的問題所在.

由于我校是培養(yǎng)北京市中小學生物教師的主要高等學府，為了培養(yǎng)高水平的生物教師，同時也為兄弟院校輸送優(yōu)質(zhì)的后備大學生，那么推動人體及動物生理學實驗的教學改革已經(jīng)迫在眉睫了.

3 生理學教學改革實踐和初探

為了滿足目前我校本科教學對學生能力培養(yǎng)的需要，我們利用實景仿真實驗的優(yōu)勢，搭建不受時間、地點、動物等條件約束的教學輔助平臺；以學生知識需求為導向，增設學生學習興趣的教學內(nèi)容；以提升學生學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力為主線來探索構建基于實景仿真實驗的多功能教學模式，如圖1所示.所謂多功能教學模式指的是：①關注課程知識點體系的動態(tài)實時更新(知識動態(tài)更新)；②關注課堂教學活動中教師和學生的參與度(師生互動)；③關注課程對學生實踐延展性支持度(媒介傳播)；④關注學生在“非正式學習”活動中的能力提升(動態(tài)考核).

圖1 多功能教學模式

3.1 建立實景仿真實驗教學體系

在現(xiàn)代電子技術和計算機技術快速發(fā)展的今天，實驗儀器的微機化、數(shù)字化、智能化，給我們實驗教學帶來了新的氣息，同時為我們改變原有的實驗教學模式開辟了一條新途徑.所以，我們在生理學實驗教學中，引進了生物信號采集處理系統(tǒng)，并安裝了相應的配套軟件，可取代傳統(tǒng)的記錄儀、示波器和刺激器等實驗儀器，使實驗數(shù)據(jù)智能處理.實景仿真實驗能夠直觀的了解實驗現(xiàn)場，其中包括實驗對象、實驗裝置和儀器等.另外，通過了解實驗方法、技術及手術過程，可以更加全面的了解整個實驗流程.實景仿真實驗的應用大大提高了實驗成功率，節(jié)省了實驗成本，增強了學生學習興趣和動手能力.

另外，對于學生們在實驗中出現(xiàn)實驗失敗、而又無法重新實驗的情況,可在計算機模擬生理實驗中進行操作,重復觀察實驗結果,彌補實驗失敗造成無法觀察實驗現(xiàn)象的不足.另外,對于一些由于課時限制而不能開設的生理學實驗,比如影響家兔動脈血壓因素的實驗,就可以讓學生在模擬實驗中體會各種因素對心臟收縮活動的影響,進一步拓寬學生們的學習范圍.

3.2 實驗信息化和“互聯(lián)網(wǎng)+”

移動互聯(lián)網(wǎng)集成了“移動技術”的隨時、隨地、隨身的特點及“互聯(lián)網(wǎng)”的分享、開放、互動的技術優(yōu)勢.而移動互聯(lián)網(wǎng)學習作為一種未來的學習模式在數(shù)字化學習的基礎上通過有效結合移動計算技術帶給學習者隨時、隨地、隨身學習的全新感受.目前我們生理實驗室已經(jīng)建成了網(wǎng)絡化教學模式，通過校園局域網(wǎng)，以圖片及模擬為基礎，可以學習每個章節(jié)的實驗.另外，通過“互聯(lián)網(wǎng)+實景仿真實驗”可以有效地將實驗內(nèi)容推送給學生，然而這種模式仍有地域(學生離開學校后就不能打開網(wǎng)頁)及操作的局限性.因此，我們將在現(xiàn)有的基礎上，進一步開發(fā)生理教學App，同時注冊微信公眾號，隨時發(fā)布生理與生活相關的內(nèi)容，逐漸形成移動教學模式.這樣不僅可以讓學生隨時隨地了解、掌握生理知識，而且通過理論與生活的密切連接激發(fā)學生學習生理的興趣及熱情，達到寓教于樂、終身學習的目的.

3.3 打破傳統(tǒng)思維，建立課上、課下互補模式

在傳統(tǒng)的實驗教學模式下,有實驗課安排時,實驗室才對學生開放.往往實驗人數(shù)多,設備相對有限,高峰時設備不夠用,并且安排的課時有限,實驗教學效果較差.在沒有實驗課的大量空余時間里,實驗室儀器設備、人力資源大量閑置,得不到充分利用.同時,學生在課余又找不到實踐的場所,很大程度上遏制了學生的特長、興趣和愛好等方面的發(fā)展,也不利于學生實際動手能力和科研能力的培養(yǎng)和提高.所以我們將利用課余時間對學生開放生理實驗室,盡量為學生提供實驗材料和條件,使學生可以自由選擇實驗內(nèi)容,例如, 完成實驗課未完成的項目、重復實驗加深印象、進行探索性實驗等.并鼓勵學生參與教師的科研活動,讓學生及時地了解到本學科的新進展和研究動態(tài),學生在教師的引導下,參加實驗的設計、實驗結果的分析和討論,讓學生在科研中學到新知識,并養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,為將來的科學研究奠定扎實的基礎.使學生從原來的“要我學”變?yōu)椤拔乙獙W”,充分調(diào)動了學生的積極性和主動性.

另外，隨著生命科學的迅速發(fā)展,各學科間相互滲透、高度綜合,客觀上要求學生必須具備較強的知識綜合運用能力和良好的基本技能以適應社會的需求.目前我院生理學的32學時大綱教學安排，使得生理學變成了“章章是重點”，“節(jié)節(jié)是難點”的課程.因此，我們將采用課上不夠課下補，必修不夠選修補的方式增加知識傳授.在某些實驗操作完成之后,鼓勵學生利用現(xiàn)有條件,在時間允許的情況下,進行實驗選修內(nèi)容的操作與訓練.如在呼吸運動調(diào)節(jié)實驗完成之后,學生可以練習兔耳緣靜脈注射；在泌尿實驗完成之后學生可以練習家兔心臟采血等等.通過必修與選修內(nèi)容間的有機結合,可以大大提高實驗動物的利用率以及學生的動手操作能力.這樣既充分利用了資源，又解決了知識點多、課時少的供需矛盾.

4 展 望

1)實景仿真實驗作為真實實驗的補充，“虛前實后”可以提高學生課前預習熱情、提升實驗課的成功率.同時極大地減少動物及實驗材料的成本.

2)隨著課程的MOOC化，仿真實驗將會是實驗教學中不可或缺的一部分.用仿真實驗替代動物實驗將成為一種必然趨勢.

3)實景仿真實驗以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，可以更加便利的將多媒體信息引入教學活動，實現(xiàn)多元化的溝通，例如：語音傳送，圖片傳送甚至視頻對話，這種高效直觀便利的溝通方式能夠大大的提升教師和學生對于課程教學活動的全程參與度.同時該教學方法不受場地、時間等多方面的限制，使得參與者以更靈活的方式融入到教學活動中.

4)通過實景仿真實驗的應用可以有效的解決課時少、內(nèi)容多的矛盾.通過實驗的虛實結合，擺脫了課時限制，從而增加知識的輸出.同時通過“第二課堂(在線教育)”，培養(yǎng)學生的動手動腦、知識應用和自主創(chuàng)新能力.

5)引入“實景仿真實驗+互聯(lián)網(wǎng)”教學模式，可使學生的學習行為由被動變成主動，由“灌輸式學習”為主的教學模式變成“按需學習”及“自由式學習”為主的以全面提升學生實踐能力的全新教學模式.