情景設置法教學在環境生物學蓄積毒性教學中的應用與效果評價

邱振魯,高曉娟,劉鳳紅,袁雪嬌

(齊魯理工學院化學與生物工程學院，山東 濟南 250200)

1 蓄積毒性的概念及我校環境生物學課程設置特點

蓄積毒性是指低于中毒閾劑量的外來化合物，反復多次與機體持續接觸，經過一定時間后使機體表現出明顯的中毒現象[1]。出現蓄積作用的原理在于這些化合物難以被機體排出，在體內會出現物質上的蓄積和功能上的蓄積，一定時間以后便會超過中毒閾劑量而使機體中毒。該內容在孔繁翔主編的《環境生物學》教材中屬于"環境污染對生物系統的影響及機理"部分。該部分介紹環境污染物從分子、細胞到生態系統的各個層次上對生物系統的影響，而這些影響要通過生物檢測的方法來測定，也就是毒性試驗。

齊魯理工學院環境科學專業的環境生物學開設于第四學期，要早于環境毒理學，所以蓄積毒性的原理和蓄積系數的計算是教學中的重難點，對學生進一步學習專業課環境毒理學以及運用相關的知識進行畢業論文和設計都會起到重要的作用。由于該專業的學生并沒有學習過較為深入的生化、生理方面的知識，單純從生理生化機制上進行分析蓄積毒性作用機理，只會讓學生感到理解上的抽象與困難。針對該專業學生的特點和已有的知識基礎，對該部分內容教學進行改革，以找出更加適應我校環境科學專業學生理解該知識點的教學方法就顯得尤為重要。

2 環境生物學教學中運用改革的必要性

教學改革是高等教育教學發展的需要。好教師要研究教和學，善于引導學生學，教會學生學習和自主學習[2]，而情景設置和課堂討論法教學的適應性十分廣泛，這種教學模式對于高校教學過程是必然的要求。環境生物學的課程特點決定了在教學中要貫徹教學改革。已有相關教學研究表明，使用互動式教學可以促進師生間交流，取得更好的教學效果。如明鳳[3]等在現代生命科學導論課程中使用了小組討論的互動式教學，取得了良好的教學效果。李德紅[4]在生物化學教學中大膽進行改革，使用了小組教學法，改善了教學效果，文章還指出了小組合作教學法實施過程中出現的問題。環境生物學是環境科學專業的核心課程，研究生物與人為逆境間的相互關系，是后續環境毒理學及各種污染治理課程中生物治理方法以及生物修復的理論基礎所在，在環境生物學教學中貫徹教學改革，一改以往的講授式教學模式，必將有助于學生深入理解環境生物學基本原理，并將這些原理應用于實際。

多年來，我校環境生物學采用傳統的多媒體結合板書教學，雖然運用了現代化的教學手段，但是方式上仍然是灌輸式教學。為了充分發揮學生學習的主動性，讓學生更加理解教學內容在實踐中的應用[5]，在“毒性蓄積”一節教學中，采用情景設置法和課堂討論法教學，取得了良好的教學效果。

3 對蓄積毒性機理和蓄積系數計算的教學方法的具體實施

3.1 課程的引入

使用設問法引入教學，前面我們學習了一般毒性試驗中的急性、亞慢性和慢性毒性試驗，雖然它們的致病機理和特點各有不同，但是都要求達到或超過中毒閾劑量，那達不到閾劑量的毒物就不會引起機體的中毒么？答案是否定的，通過本蓄積毒性試驗的學習和對蓄積原理的討論、分析以及相關計算，我們便能解釋這一問題。

3.2 蓄積毒性情景的設計及課堂討論

蓄積毒性現象與物質在體內的代謝特點密切相關，這類化合物往往不容易被機體解毒排出，在機體內存留時間較長。所以該部分內容與之前生物濃縮、生物積累知識點關系密切，在此基礎上進一步學習蓄積毒性相關知識，將更有助于學生們對生物濃縮、生物積累概念的理解，并且進一步理解原來那些抽象概念的實際應用意義。

在學習中，學生能夠身臨其境，親身參與要比單純的傳授式教學更能激發他們的積極性，往往效果也更好[6]。然而在實際的課堂中，很難做到將實驗室搬進課堂。即便教學可以再實驗室進行，對毒性試驗的操作和數據分析也會讓學生感到復雜和無趣。在本節課的教學中，作者將全班設置成一個虛擬的環保局，讓學生們扮演毒性監測技術人員的角色，設置了關于食品中重金屬鉛蓄積毒性檢測的情境。情境設置如下：

雙山省食品衛生局局長“石武靜”來電：****虛擬環保局，你們好，我局有一重要事情請你們幫忙，請你們通過我們提供的重金屬鉛對小鼠的毒性實驗結果，推斷其在人體內的蓄積性，以便于建立食品衛生標準。虛擬環保局接線員：好的，很樂意承擔任務，請描述你們的實驗過程和結果。石武靜：選取100只小鼠，測定鉛對其24h的LC50為：4.37mg/L又選取100只同樣健康的小鼠，每次給予鉛含量為0.2mg/L食物，每日監測死亡數量，從第一天開始分別為0，0，0，1，2，4，5，5，8，10，15，18,(以上數字為每日凈死亡數字，不包括前日死亡數目)虛擬環保局接線員：好的，我馬上安排局內相關人員通過資料計算提供鉛的蓄積性。各處任務：(1) 計算上述實驗蓄積系數K并進行評價；(2)請按劑量定期遞增染毒法和20天蓄積試驗法設計實驗，并簡要說明評價 將上述情境放置在ppt中，由教師扮演衛生局局長，任選一位同學扮演虛擬環保局接線員。這樣的情境會使學生們身臨其境的感到自己接下來的計算真的會為衛生局相關標準的制定做出自己的一份貢獻。他們自發按小組認真討論蓄積的原理和蓄積系數K的計算方法。同時，教師下發課堂討論記錄表，要求記錄每個小組三個人的發言以及小組討論結果匯總。教師總結歸納該部分內容后，學生們還要在討論報告上寫出本次討論的收獲。

3.3 學生在課堂討論中的行為

按照教學的安排，學生討論時間為5分鐘，期間教師走到某一小組，傾聽他們的討論過程，討論主要圍繞蓄積的機理和蓄積系數K的計算，在談論到蓄積機理的時候，某些小組的同學談到了生物濃縮、生物積累的概念，還有些同學想到了此類化合物的特點：難代謝，難排出。但是在對于機理的討論過程中，教師也聽到了以下錯誤的觀點：(1)認為是先有了蓄積作用，才發生生物濃縮和生物積累，搞混了兩者的因果辯證關系。(2)認為蓄積毒性發生的原因在于多次給予機體，而沒有強調濃縮、積累這樣的關鍵詞。在談到蓄積系數K的計算時，小組成員仔細研究討論公式中分子、分母的含義。但也聽到了錯誤的觀點，例如認為只有當K<1的時候才有蓄積作用發生。

4 教學效果的評價與分析

4.1 課堂討論記錄結果統計

回收的8個小組的討論記錄中，記錄了24位同學的討論發言。其中記錄蓄積公式和蓄積系數計算的有18位同學，記錄蓄積機理的有10位同學，有4位同學在記錄中對公式、系數計算和蓄積機理均有記錄。在所有的發言記錄中，描述正確的有13位，占54.17%；其中分析有道理的有14位，占58.33%；兩者發言記錄都正確的有5人，占33.33%。有2位同學上交的討論發言內容不相符合，也計入到上述各項分母中。如圖1、圖2所示。

圖1 學生課堂記錄內容統計柱狀圖

圖2 學生課堂記錄情況統計柱狀圖

4.2 對教學結果的分析

課堂討論發言記錄統計結果表明，對于蓄積機理和蓄積系數的計算，每個問題都能有超過50%的學生通過小組討論得到明確的答案，從記錄中描述的語言進行分析，這些學生通過討論真正理解了蓄積的原因和蓄積系數的計算方法。這也可以從選出的幾位同學對設置的情景問題進行計算的匯報分析中看出。對于兩者均進行發言的小組記錄較少以及發言記錄均正確的概率比較低，可能是由于討論和記錄時間只有5分鐘，多數組沒有討論到第二個問題或者是沒有時間形成記錄。

5 對蓄積毒性教學提出的進一步建議與展望

蓄積毒性試驗是生物測試的重要組成部分，這種試驗能夠檢測那些難以被機體代謝排出的化學物質，在少量多次接觸的情況下對機體產生的危害。在理論課上讓學生充分理解蓄積的機理及蓄積系數的計算，有助于對環境生物學相關實驗方案的設計，甚至對今后學生們從事污染物的毒理效應檢測工作都會奠定良好的理論基礎。作者根據多年環境生物學理論和實驗教學的經驗，對該部分內容教學提出以下建議：第一，理論課與實驗課相結合，理論課中學習到的蓄積系數的計算方法，應用到毒理學實驗中，讓學生進一步體會其應用價值。第二，課堂教學中使用情景設置法教學，進一步加強分組討論的作用，延長分組討論的時間，讓學生們通過討論理解更多的知識點，也可以發現更多的問題。第三，重視討論報告的批閱和反饋，學生的討論報告務必當堂記錄，不能夠課后再修改，目的是更多的發現他們在討論中所出現的對概念、機理、公式的理解有偏差或者錯誤的地方。第四，對評價方式進行改革，分組討論以后，可以進行分組匯報，評價方式包括組內評價、組間評價、教師評價，通過同學之間的互相評價，發現、解決問題。第五，課下針對課堂理論在實際中的應用案例寫成匯報，進一步深入理解課堂所學知識。