基于雨課堂的植物生理生化實驗課PBL教學探索

張惠瑩 劉建 連玲麗 楊燕凌

摘 要：植物生理生化實驗課是培養學生創新能力的重要課程。將雨課堂與翻轉課堂PBL教學模式進行有機的融合，對課前、課中和課后3個環節進行設計與實施，以學生為主體，使雨課堂成為師生互動的有效橋梁，將課程內容擴展到實際生產應用中的熱點問題和科學前沿問題。結果表明：學生的學習熱情、學習主動性和學習成績得到了顯著的提高，學生發現問題、分析問題、解決問題和創新意識等科研素養也得到了明顯提高。

關鍵詞：雨課堂;翻轉課堂;植物生理生化實驗;科研素養

中圖分類號 G642.0文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）17-0129-04

Exploration of Rain Classroom-Based PBL Model in Plant Physiology and Biochemistry Experiment Teaching

Zhang Huiying et al.

（Fujian Key Laboratory of Plant Functional Biology and Green Agriculture，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China）

Abstract：Plant physiology and biochemistry experimental class is one of the important course to culture students′ innovation capacity. In this study，we integrated the two instructional mode，rain classroom and flipped classroom，designed and implemented the course of pre-class，in-class and after-class. The new designed course should take students as main body，making rain classroom as the medium of interaction between teachers and students. Meanwhile，the content of class was also extended to the hotspot or frontiers of practical production. The results was shown that academic record，learning enthusiasm and initiative of students were significantly increased. Moreover，the scientific literacy of students was also increased，such as identification the problem，analyze the problem，solving problem and creative thinking.

Key words：Rain classroom;Flipped classroom;Experimental class;Scientific literacy

習近平總書記[1]指出：“青年一代有理想、有本領、有擔當，科技就有前途，創新就有希望”。實驗教學是高校培養青年一代創新能力的必要手段與關鍵環節[2]。21世紀是生命科學的時代，是各學科相互滲透與相互交融的“大生物學”新時代[3]。植物生理學作為一門基礎學科，研究植物生命活動規律及其與環境相互關系，現代農業的發展、食品的安全以及環境的優化息息相關，處于生命科學的樞紐地位[4]。而“植物生理生化實驗課”不僅是培養學生應用植物生理學的理論與技術探索和解決實際問題的基礎實驗課程，也是培養學生創新精神的重要課程。雖然近些年來我國植物生理生化實驗課的教學模式在傳統授課模式的基礎上有所改進，但仍遠遠跟不上當今時代對青年科研能力的需求[5-7]。

近年來，隨著信息化時代的快速發展，各種新型教育教學模式不斷涌現，其中，雨課堂（Rain Classroom）[8-9]智慧教學手段是將復雜的信息技術手段融入到PowerPoint和微信中，使課堂內外師生互動永不下線。“翻轉課堂”（Flipped classroom）[10]又稱“反轉課堂”，是將教學任務中知識的傳遞轉移到課堂外讓學生自學，課堂變成師生之間、學生之間進行積極的社會化互動場所，實現學生的深度學習，提高學生解決問題、創造性思維、高水平推理和嚴謹性科研的能力。與翻轉課堂相對應的是以問題為基礎的PBL（Problem-based learning，PBL）教學模式[11-12]，教師把實際生活中遇到的問題作為教學材料，通過設置問題情景，不斷激發學生自主思考、探究與合作來解決問題，從而學習隱含于問題背后的科學知識，提升學生綜合思考及解決實際問題的能力。各種教學模式不能生搬硬套，改革必須結合學校、教師、學生的現狀進行合理的設計與實施。鑒于此，筆者試圖將這2種教學模式進行有機的結合，以植物生理生化實驗課為研究對象，針對課前、課中和課后3階段提出了具體的改進措施。

1 融合雨課堂與翻轉課堂PBL教學模式的設計與實施

我們結合植物生理生化實驗課的特點與重要使命，同時考慮到學校、教師、學生的現狀[11-14]，構建基于雨課堂與翻轉課堂PBL教學框架（如圖1）。

1.1 課前準備階段

1.1.1 教學資源的準備、實施及反饋 教學團隊根據制定的教學計劃，通過雨課堂微信端向學生推送既符合課程要求又與當代研究熱點相關的科學問題，讓學生設計出簡略的研究方案或者思維導圖，問題既要深入淺出，又能激發學生的學習興趣。學生主動通過圖書館或者網絡查閱相關資料，學習相關知識，認真設計，在規定時間內通過雨課堂微信端向教師端推送實驗方案或者思維導圖。

教師根據學生反饋的實驗方案，及時推送相關高水平文章、PPT和教學視頻，讓學生反思和深入學習。其中有關教學視頻：（1）以學生感興趣的實際生活問題導入，以吸引學生的科研興趣。（2）實驗原理要詳細講解，在講知識點的時候，可以多用反問或者設置懸疑的方式，亦或開一些小玩笑，比如“在講葉綠素溶于有機溶劑的時候：假如葉綠素溶于水的話，下一場大雨，世界豈不全變成白色的了？”在歡聲笑語中增加學生的參與度與學習熱情。（3）通過展示實驗臺上的儀器設備和試劑藥品，引導學生思考：“如果實驗室的條件就是這些，你該怎樣設計實驗來完成這些指標的檢測呢”。視頻之后學生要在規定時間內完成教師推送的限時問題，通過的同學才可以進行接下來視頻的學習，避免學生沒有真正觀看視頻。（4）教師介紹教學團隊設計的實驗步驟。在講實驗步驟的時候，一定要講清楚儀器設備的操作規范與注意事項，比如要慢動作和全方位展示分光光度計和移液槍等儀器設備的使用規范，還要講清楚每個試劑在實驗中的作用。（5）以文章圖表的形式介紹相關文章的實驗結果與分析討論，并幫助學生分析文獻。（6）歸納總結并給出學生相應的思考題，視頻總時長控制在20min左右。

學生觀看完視頻之后，隨時通過雨課堂微信端和教師互動，并及時上傳修改后的實驗方案和思考題;教師要及時回答學生提出的問題，并認真審閱，同時及時反饋給學生審閱情況。學生根據教師的反饋結果繼續完善實驗方案。

1.1.2 實驗材料和實驗試劑的準備 在上課的前7d，學生分組負責配實驗所需試劑，教師要全程指導和監督學生的操作，確保試劑準確無誤。實驗材料以小組為單位進行準備。這樣不僅可以提高學生的科研嚴謹性，而且可以提高并鍛煉每位同學動手操作的能力以及實踐能力。此階段，教師要根據學生上傳作業和動手能力的情況，對學生們進行課前評價。

1.2 課中實施階段

1.2.1 教師現場講解與課堂交流 （1）針對學生在雨課堂微信端提出的問題和設計實驗方案中出現的錯誤，以及學生準備實驗試劑和實驗材料時遇到的問題，教師給予詳細的講解和耐心的解說，并及時表揚和肯定學生做的對的地方;對于學生做的不好的地方，教師以科學需嚴謹的態度告知學生，讓學生認識到科研的嚴格性，千萬不要打擊學生的積極性。（2）教師再次利用雨課堂推送本次實驗課相關的啟發性問題，比如，“測定葉綠素含量的意義何在？或者測葉綠素可以反應植物的哪些指標？至少列舉3個實例”，教師開啟雨課堂彈屏模式，學生之間相互討論5min，5min后教師要結合高水平文章的圖片，給大家介紹葉綠素和植物的光合作用的關系、葉綠素和植物旗葉的衰老關系以及葉綠素和植物抵抗逆境的關系等。（3）教師結合板書和PPT詳細講解本次實驗的重點和難點，并利用雨課堂推送限時答題，可以推送一些難度相當的選擇題，也可以推送一些難度稍微大一點的簡答題。比如，“葉綠素在藍光區有最大吸收，能否通過測定該波長下的吸光度對葉綠素a、b進行定量分析并分析其原因？”。根據學生答題的情況精準調整授課的方法和進度。（4）現場演示儀器設備的操作規范，并著重強調注意事項。（5）通過雨課堂推送若干選擇題或者填空題，以考察學生的掌握情況，比如，多選題：“提取植物干燥組織，是用_？A.100%乙醇;B.95%乙醇;C.80%丙酮;D.100%丙酮”。（6）在進入生生之間和師生之間面對面交流環節時，由學生先提出問題，然后教師現場答疑，或者教師口頭提出問題，學生之間再進行探討，時間不少于15min。

1.2.2 教師巡視指導與學生合作完成 （1）學生小組成員分工明確，每位成員嚴謹認真去負責好自己的任務，并相互合作，遇到問題一起小聲分析討論，若解決不了，則可以舉手示意教師過來進行指導。此舉可以培養學生發現問題和分析問題的能力，同時也能加強學生的團隊協作精神。（2）教師巡視監督指導，同時根據學生的操作與進程隨時提出問題，引導學生自己拿出解決方案，增加學生的創新思維。教師也會根據大家的表現及時關注個別同學，鼓勵和幫助個別同學積極參與，而不能讓任何同學在小組中濫竽充數，這樣可以培育大家互相合作的精神。教師要強調學生對實驗現象進行仔細觀察并及時記錄，有利于培養學生養成良好的科研習慣。（3）以小組為單位對問題進行剖析和總結，并提出下次實驗課改進的方案;教師根據實驗課出現的問題做出分析總結，并給予學生建設性的指導意見，同時提出新的問題，引導學生進行創新思維。此階段，教師要根據學生的合作精神、實驗操作嚴謹性和解決問題能力等情況對學生進行課中評價。

1.3 課后反饋評價階段 教師利用雨課堂微信端及時推送課堂延伸問題，學生運用所學知識進行鞏固總結，及時查閱國內外最新進展，試想出本次實驗可以做出哪些改進，比如還有沒有其他實驗方法進行檢測，真正的理解通過這次試驗可以解決哪些實際問題以及實驗意義何在，并及時提交實驗報告。教師審閱學生提交的作業和實驗報告冊，并利用雨課堂微信端發布課堂延伸問題的答案，指導學生應用所學知識解決新的科學問題，提高學生解決問題的能力，同時培養學生的創新精神。另外，教師對學生學習狀態和效果進行評價和反思，為下一階段課程的開展進行準備。此階段，教師要根據學生參與度及作業完成情況對學生進行課后評價。

1.4 課程考核階段 在上第1次實驗課的時候，教師開啟雨課堂教學，給大家介紹本學期的課程執行計劃，包括本學期的實驗安排、實驗目的和實驗課的教學模式等，另外還要明確告訴學生這門實驗課的考核計劃，比如：線上測驗及討論占最終總成績的20%;線下測驗占最終總成績的10%;課堂表現占最終總成績的10%;實驗報告冊成績占最終總成績的20%;期末考試占最終總成績的40%。講完之后教師開啟彈屏模式，看看大家對實驗課程計劃和考核計劃的態度及建議，教師根據學生的彈屏給大家進行及時反饋。

期末考試不是之前傳統的筆試，而是實驗課結束后的一次實驗考核加現場筆試，其中實驗考核不是簡單的重復之前做的實驗，教學團隊提前考察實驗田玉米苗的長勢，選取長勢一致的玉米苗，對玉米苗進行不同方式的處理，比如：60株正常生長，60株干旱處理;60株重金屬脅迫;60株鹽脅迫;60株高氮處理。教師提前14d提出實際科學問題并帶領學生參觀玉米實驗田，告知學生實驗田的處理情況，將學生分組，利用抽簽的方式選擇脅迫處理。學生的實驗考核包括：觀察玉米長勢并分析外界脅迫（干旱、重金屬脅迫、鹽脅迫和高氮脅迫）對玉米的生長有何影響？有哪些指標可以檢測這些影響？又如何來利用這些影響去幫助農民育種？建議學生通過百度、圖書館、文獻查閱等方式設計實驗方案。21d后開始考核，即要在規定的時間內完成實驗考核和筆試試卷，教師根據學生完成的情況進行評價，該實驗考核加現場筆試成績占最終總成績的40%。

1.5 實施后的成效 對比實施前后學生的學習熱情，我們發現，學生的學習熱情明顯提高，具體表現為：（1）學生由平時的踏點來上課，變為現在的盼著上實驗課，約90%的同學能夠提前5～10min來到實驗教室并進行預習和檢查實驗藥品和器材。（2）學生由原來的不愛聽課，變為現在的認真聽課，并積極參與隨堂的限時小測。即使個別學生想偷懶，也會被教師及時發現，并被教師帶動起來變成認真聽課。（3）平時一些不愛發言的學生由原來的沉默寡言變為喜歡課堂的彈屏模式發言，并能夠積極的把自己的想法表達出來，課堂上師生互動，1h內，彈屏有效問題達到6～8條。（4）學生由原來課下的死記硬背變為現在的課堂理解記憶，下課不再擔憂考試。（5）學生由原來的上課手機愛不釋手，變為現在的上課工具，不再依戀于玩游戲。（2）對比實施前后學生的學習主動性，我們發現，學生的學習主動性也增加很多，具體表現為：①學生積極主動通過網絡或圖書館去查閱相關資料去完成作業，因為考核方式的變化，懶惰的學生為了不掛科不得不好好復習。②學生很喜歡課堂互動環節，學生會主動去問一些感興趣的話題，雖然有時候會發生爭執，但教師能夠通過一些名人小事來化解。教師還會和學生聊如何分解壓力，幫助學生排憂解難。③課堂內外學生分析問題和解決問題的時間和空間增加了，學生可以創新性的做出一些事情，學生的滿意度增加，相應的主動性就增加了。（3）對比實施前后學生的學習成績發現，學生的學習主動性和學習熱情與學生的最終考試成績成正相關，學生的整體成績顯著提高（見表1），具體表現為：優秀考生人數明顯增加，所占比例上升到10%～20%;良好人數明顯增加，所占比例上升到40%～50%;中等考生人數所占比例有所減少，減少至15%～25%;及格人數所占比例顯著減少至5%;不及格情況不再存在。（4）對比實施前后學生的科研素養，我們發現：（1）學生發現問題、分析問題和解決問題的能力顯著提高。課前學生主動查閱文獻，發現問題的機會增多;課中師生多交流，教師啟發性引導學生思考，學生逐步學會分析問題;課后教師在實驗課的基礎上增加拓展思考題，引導學生利用所學知識解決實際生活問題。（2）學生的創新意識顯著增強，比如，實驗方法上的創新，提取葉綠素，實驗課上是研磨后過濾定容，有的學生能聯想到直接離心更省時間。比如實驗思路的創新，比如缺素培養的玉米苗，為什么有的SOD值比完全培養液的大，有的為什么比完全培養液的小？學生通過閱讀文獻，能夠發現植物嚴重缺素會造成活性氧的積累，活性氧誘發植物體內抗氧化酶的活性提高，而不是固執的認為缺素就應該比完全SOD小。

2 對策建議

2.1 學校資源 先進的儀器設備和良好的教學資源是教學改革的前提和必備條件[14]。（1）學校在一定程度要支援實驗室儀器設備和網絡資源的建設，沒有這些保證，幾乎很難做到真正意義上的改革。（2）學校給予教師充分的時間與信任，將課前課后的工作量也算做教學工作量，讓教師更多的時間和空間去設計和完善教學資源。（3）學校在一定程度上給學生更多的自由時間和空間去適應教師的改革，并和教師一起不斷的引領學生有遠大志向，學校課程安排不要太緊密。

2.2 教師自身素質 一個好的問題情景設置，是教學方法的基本內容，是激發學生學習動力所在[15]，也是關系到開展這門課成敗的關鍵。（1）教師對當代大學生的知識結構有詳細的認知;（2）教師密切關注當代研究的熱點問題。（3）教師將當代熱點與實際生活問題緊密聯系起來，并要深入淺出講明白。（4）教師要有改革的情懷、決心和信心。

2.3 學生自身素養 大學生端正學習態度和合理規劃自己的大學生活是改革的保障[16]。（1）大學生要嚴格要求自己，團結友愛、共同進步。（2）大學生要熱愛生活，有足夠的熱情去發現實際生活問題。（3）大學生要努力培養自己的興趣，配合教師的規劃，勇于接受批評指正。（4）大學生要熱愛科研，不斷創新，有為科研事業奮斗的決心和信念。

3 結語

將雨課堂和翻轉課堂PBL教學模式貫穿于課前準備階段、課中實施階段和課后反饋階段，課前讓學生更多的思考與動手;課中讓師生、生生之間有更多的交流與合作;課后讓學生更多的鞏固與延伸，同時師生交流不再受時間和空間的限制。著力于增強學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，著眼于培養學生的動手能力與思考能力，著重于增強學生的合作精神與創新精神，這種教學模式順應了時代發展的要求，兩者的結合更有利于培養當代大學的科研能力和科研素質。改革實驗教學，是探索培養學生創新能力的新路徑[2]，雖然道路很艱難，但“不忘初心方得始終”，力爭通過植物生理生化實驗課的提升，進一步提高和培養當代大學生的科研能力。

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（責編：張宏民）