環境生物學實驗教學模式改革探索

朱 丹，廖紹華，田春梅，楊 琳

（大理大學農學與生物科學學院，云南大理 671003）

環境生物學作為環境科學與環境工程專業中一門重要的基礎課程，主要研究生物與人類干擾下環境的相互作用規律及機理，涵蓋了環境化學、環境毒理學、環境生物技術、污染生態學及普通生物學等學科，具有研究內容廣，交叉性強，知識面寬，知識更新快等突出的特點。由于環境生物學既承接了化學、生態學等基礎課程，又是后期專業課程的基礎，從而使得該門課程成為環境科學專業本科生培訓的重要一環〔1〕。環境生物學從教學內容上看，是一門理論與實踐并重的課程。但由于課程綜合了多學科的知識，在實驗內容上也涉及了環境科學、化學、生物學、毒理學等學科的理論知識與操作技能。如果不能優選實驗教學內容或單純地以基礎驗證性實驗為主，將導致實驗內容系統性差，操作步驟機械化，不利于學生創新及實踐能力的提高〔2-3〕。因此，為了在環境生物學實驗教學中提高學生運用相關實驗技術解決問題的能力，加深學生知識點印象，增強學生創新實踐能力，需要對現有實驗教學模式進行探索。本文根據本校人才培養目標與環境科學專業學生調查問卷結果，對環境生物學課程實驗教學模式進行了積極探索。

1 環境生物學實驗教學中的主要問題

環境類課程自身的特點決定了環境生物學實驗教學內容上的特殊性。在環境生物學實驗教學內容中應偏重于污染物對生物各水平影響上的觀察，利用生物對環境質量進行觀測以及生物在環境污染中的治理技術。由于環境生物學實驗教學上與生物學所存在的天然聯系性，使得學生在實驗中的基本操作技能，對實驗材料的專業理解上均有較高的要求。例如利用植物監測大氣污染物的實驗中，學生需要具備基本的植物分類學知識；微核檢測實驗中，顯微鏡的使用，切片的制作均需要相應的生物學實驗技能。但由于學生在前期基礎課程中，相關的實驗學時少，基本操作不熟練，容易影響實驗效果。因此，需要在實際教學中優選實驗教學內容，調整實驗流程，簡化操作，同時增加理論講授課時，加深學生對知識點的理解，并利用現代多媒體手段，以圖片或視頻的形式提前展示實驗內容，讓學生對實驗內容具備感官認識，從而達到更好的教學效果。

2 調整實驗內容，重視實驗環境，改革教學方法，創新考核方式

2.1 優選實驗內容實驗教學作為環境生物學教學過程中的重要組成部分，實驗內容涉及了環境微生物學、環境生物監測、生態學、生理生化毒理、環境生物技術等5個方面〔4〕。常規的實驗教學內容多以驗證性實驗為主，讓學生根據實驗指導上的步驟開展實驗，不能很好地調動學生的學習積極性，更加無法培養學生的創新精神。在117份有效調查問卷中發現，64.96%的學生認為實驗課的開設能夠提升教學效果，并且69.23%的同學對設計性、綜合性實驗更感興趣。106名受調查學生認為實驗課可以提升專業技能，92名受調查學生認為通過實驗課可以提高自己的創新能力，分別占受調查學生總人數的90.60%與78.63%。對于不同類型的實驗來說，僅有26.50%的學生認為驗證性與演示性實驗能夠提高自己的專業技能與創新能力，而有73.50%的學生認為設計性、綜合性實驗對提高專業技能與創新能力的幫助更大。因此，在實驗教學中應以設計性、綜合性實驗為主，在實驗指導的基礎上讓學生自我擴展，自主設計，從而提高學生對知識的運用能力，激發學生對問題的探索興趣，從而更好地讓學生分析和解決問題，同時也在有限的課堂教學學時中，讓學生的創新實踐能力得以更好地培養。如“二氧化硫對植物葉片的影響”及“蠶豆根尖微核實驗”的實驗開設能讓實驗內容與理論內容相結合，將驗證性實驗轉變為綜合性實驗，也培養了學生綜合運用知識，分析和解決問題的能力。在“二氧化硫對植物葉片的影響”實驗中，除了任課教師提供實驗材料外，也讓同學自主尋找受試植物；“蠶豆根尖微核實驗”除實驗指導外，教師還提供給學生相應的最新科研文獻，讓學生自主設計污染物，一方面激發了學生學習及應用知識的主動性，另一方面也有利于培養學生的創新能力。

2.2 重視實驗環節傳統實驗教學中，主要以實驗指導為主，教師講解實驗原理及方法，學生機械地根據實驗步驟完成規定實驗內容，最終完成實驗報告。這種教學模式雖然能夠讓學生掌握實驗原理及相關技能，但不利于學生分析、解決問題及創新能力的提高〔5〕。所以在實驗教學各環節中，可以根據實際情況，適當放開統一性、標準性的要求，讓學生真正參與到實驗教學中，變被動地依據實驗指導進行實驗為主動地參與到實驗設計及實驗教學中，由傳統的“教師為主，學生為輔”轉變為“學生為主，教師為導”。通過實驗小組、實驗團隊的設立，讓每一位學生參與到實驗的各環節之中，增強學生對實驗的理解與實際操作的能力，進一步提高學生的學習積極性。如“二氧化硫對植物葉片的影響”，可以讓同學在教師的指導下，通過自主查閱資料并且根據校園中實際生長的植物選取實驗材料，既激發了學生的學習興趣，又鍛煉了學生的思考能力，也提高了學生分析、解決問題的能力。

對于教師而言，在實驗過程中必須具備高度的責任感，從實驗方案的設計開始全程參與，對學生提出來的問題及時指導，鼓勵學生大膽嘗試，正視學生的“異想天開”。對學生提出的想法和問題“寬”，對學生的實驗操作與數據分析“嚴”。在學生實驗過程中強調實驗操作的規范性，及時糾正學生的不規范操作，引導學生設計合理的實驗觀察記錄表，培養學生良好的實驗操作與實驗記錄習慣，鍛煉學生嚴謹求實的作風。對于實驗結果出現的異常現象，教師應該同學生探討，分析實驗失敗原因，培養學生發現與解決問題的能力。對學生的實驗報告在規范性和完整性上，教師應該嚴格要求，要求實驗報告能夠客觀反映學生對實驗內容的理解及思考、對數據的正確處理和對結論的嚴謹分析。相較于實驗結果的正確性，教師需要更加注重考察學生對實驗過程及實驗結果的分析思考能力。這樣既能夠讓學生提高實驗興趣，使學生深入理解一個實驗從設計思路到最終實驗結果的分析，每一個過程均是關鍵，從而提高實驗教學效果，培養學生的自主學習與實際動手能力，體現實驗教學中教師的主導作用與學生的主體地位。

2.3 開放的教學環境與問題解決的教學模式開放的教學環境主要指實驗環境的開放上，讓實驗教學不再拘泥于實驗室之內，在打破教學的空間壁壘基礎上提高學生的學習興趣，讓學生切實體會到實驗教學與現實問題間的密切聯系。分析117份學生調查問卷發現，96名受調查學生認為實驗課程的開設場所對學習效果會有一定的促進作用，占總調查人數的82.05%；當實驗課程既可以在實驗室內開設又能在室外開設時，有74.36%的受調查學生更傾向于在實驗室外進行實驗。因此，在“二氧化硫對植物葉片的影響”實驗中，教師把整個實驗搬至室外進行，讓學生除教師提供的植物材料外，還可自主選取校園內生長的植物作為實驗對象，更加真實地模擬實際自然環境；“沉降法檢測空氣中的微生物”讓學生根據實際情況，在校園內自主選取受試環境，一方面讓學生對于整個實驗過程產生更加濃厚的興趣，同時也對實驗材料進行了極大的豐富和擴展，從而提高學生的學習積極性，培養學生的創新能力，對學生綜合素質的提高也有促進作用。

“問題解決”是以學生為中心，針對教學中不同情景提出問題，通過對問題的分析解決，使學生理解和掌握知識，提高學生發現問題與解決問題的能力〔6-7〕。在環境生物學實驗教學中，“問題解決”的教學模式可以：一是讓學生認真預習，教師對關鍵問題進行提問，學生對問題進行解答，最后由教師進行歸納總結；二是學生在實驗過程中觀察實驗現象，隨著實驗的進行，教師針對性地就實驗過程中與理論知識點相聯系的部分進行提問，讓學生互相討論，最終分析及解決問題。例如“二氧化硫對植物葉片的影響”實驗，課前學生圍繞“植物葉片選取應注意什么問題”“二氧化硫應該選擇多少濃度”；在實驗操作中，提出“陽光是否會成為影響因素”；實驗結果觀察時，提出“葉片受二氧化硫影響的變化過程是怎么樣的”。通過問題激發學生的自主思考，加強學生對相關理論知識點的掌握。

2.4 創新實驗考核方式由于傳統實驗考核過多地依賴于最終的實驗報告，導致學生忽視了實驗過程，甚至為了追求實驗結果的準確性與正確性而偽造或是抄襲他人實驗數據。實驗教學的主要目標是提高學生的動手能力，加深理論知識點的理解，從而培養學生的創新意識與能力。因此，在實驗教學考核上應主要從學生的實驗出勤、實驗態度、對實驗結果的分析與討論、實驗報告的撰寫多維度地進行全方位的考核。實驗教學考核中，本課程注重實驗過程中學生的表現，改變了以往“結果導向”的衡量標準，讓學生積極參與到實驗過程中。同時，本課程實驗考核注重學生在實驗過程解決問題，以及實驗后分析問題的能力，重點考查學生獨立思考與對相關知識點的運用能力。通過全面的考核方式，培養學生良好的實驗及操作習慣，讓學生意識到實驗過程的重要性，同時也提高學生的主觀能動性。

3 教學效果

通過學生對課程教學質量評價發現，環境生物學實驗教學改革后，學生對課程評分由改革前的88.82分上升為92.64分，提高了3.82分。實驗教學作為課堂理論教學的重要組成部分，也對學生的課程成績有一定的促進作用。分析學生成績發現，進行實驗教學改革后，學生成績平均分由改革前的70.88提高到73.13。雖然平均分提高幅度較小，但分析分數段后發現，80至100分數段學生所占比例由改革前的23.1%提升為26.1%，60至80分數段學生所占比例由57.7%提高到60.8%，不及格率由改革前19.3%降為13.1%，下降了6.2個百分點。說明環境生物學實驗教學改革后，一方面提升了學生對課程的學習興趣，另一方面也通過實驗教學將理論與實際有效聯系，進一步加深了學生對知識點的理解和掌握。此外，環境生物學教學團隊也先后有6人次在省、校、院級各類講課比賽中獲獎。

4 結語

實驗課程是課堂教學的延續，是理論課程的重要組成部分，也是培養高素質應用型人才的重要環節〔8〕。本文通過對環境生物學實驗教學在內容、環節、模式與考核方式進行了積極的探索與實踐，增強了環境生物學課程的教學效果，也提高了學生的專業技能與創新精神。同時上述經驗也為其他環境類實驗課程的教學提供了參考。

〔1〕王雯，李愛愛，馮雅健，等.環境生物學實驗課程教學改革探索〔J〕.中國輕工教育，2016（5）：67-70．

〔2〕李雪，常國華，陳宏彬，等.環境生物學實驗教學模式的探索〔J〕.實驗室科學，2015，18（4）：122-124．

〔3〕陳明利，陳傳勝.環境生物學創新型教學體系探討〔J〕.科教文匯，2015（11）：42-43．

〔4〕孔志明，楊柳燕，尹大強，等.現代環境生物學實驗技術與方法〔M〕.北京：中國環境科學出版社，2005．

〔5〕李雪，常國華，米璇，等.環境生物學設計性實驗的教學實踐：“以蠶豆根尖微核檢測技術為例”〔J〕.甘肅高師學報，2015，20（2）：101-103．

〔6〕劉歡歡，王偉.問題解決教學的四種模式〔J〕.教育與教學研究，2012，26（1）：49-51．

〔7〕連蓮.國外問題式學習教學模式述評〔J〕.福建師范大學學報（哲學社會科學版），2013（4）：126-133．

〔8〕付曉萍，黃愛祥，李凌飛，等．“食品化學”實驗課程的改革與探索實踐〔J〕.大理學院學報，2015，14（12）：56-58.