PBL教學法在生物數碼顯微形態實驗教學中的應用探索

陳莎 李少斌 李利

摘? 要 顯微形態觀察是高校微生物學、動物學和植物學等實驗教學中的重要內容。基于數碼顯微互動系統，在生物顯微形態實驗教學中引入基于問題式學習教學法，利用所創建的包括課件、視頻錄像、圖片等在內的共享教學資源包，精心設計教學問題，讓學生獨立思考，自主學習教學資源包，并通過制片、鏡下觀察等操作實踐，拍攝鏡下的典型視野，以小組合作的方式進行集體討論后，提交基于上述問題的實驗報告，教師據此進行考核和點評。該教學法不僅加深了學生對專業知識的理解，提高了學生解決問題的技能，同時培養了學生的自主學習能力和綜合思維能力。

關鍵詞 數碼顯微互動系統;基于問題式學習;顯微形態;實驗教學

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）14-0119-03

Exploration of PBL Teaching Method in Biological Digital Micro-

scopic Morphology Experiment Lesson//CHEN Suo， LI Shaobin， LI Li

Abstract Microscopic morphological observation is an important part of experimental lessons in microbiology， zoology and botany. Based on the digital microscopic interactive system， this paper intro-

duces the problem-based learning （PBL） teaching method in biologi-

cal microscopic morphology laboratory course. Using the teaching

resources share package including coursewares， video recordings， pictures， etc.， carefully design teaching questions， so that students can think and learning independently by resource packages. Through

the operation practice of making sample tablets， observing samples

structure by microscopes， learning the capture skills of the typical

field of samples under the microscopes. After carrying out team dis-cussions using group cooperative approach， submitting experimental reports based on the above questions， and then teachers will evaluate

and make a comment accordingly. The teaching method not only deepens understanding of professional knowledge on students and improves their problem-solving skills， but also cultivates their inde-pendent learning abilities and comprehensive thinking abilities.

Key words digital microscopic interactive system; PBL; microscopic

morphology; experiment teaching

1 前言

在微生物學、動物學、植物學等高校生物學系列課程的實驗教學中，微觀形態與結構的顯微觀察是必不可少的實驗內容[1-3]。在傳統的微觀形態實驗教學中，鏡下標本在觀察時具有絕對的獨占性，存在很多弊端，如教學示范性差、教學內容局限、教學資源難以共享、互動性差、教學效率低下、實驗表現難以考核等[4-5]。為了改善實驗教學條件，提高教學質量，近年來國內很多高校引入數碼顯微互動系統。該系統由數碼顯微鏡、計算機及局域網組成，是針對顯微實驗教學開發的開放性平臺，具有圖像捕捉、鏡下實時監控、多畫面自由投影、雙向數據傳輸、雙向語音對話等強大功能，能夠彌補傳統顯微實驗教學的缺陷[6]。

盡管顯微互動系統的普及和使用改善了實驗教學的教學條件，但是傳統的灌輸式教學方法仍然將學生限制在獲取知識的層面，學生缺乏動手和動腦的習慣，傳統的教學法在提升學生思維能力和解決問題能力上存在瓶頸。基于問題式學習（Problem-based learning，PBL）教學法是倡導讓學生通過提前自學、獨立思考、合作解決問題和集體討論來培養自主學習能力和綜合思維能力的新型教學方法和理念[7]。PBL教學是以問題為基礎、學生為主體、教師為引導，將學習放置到有現實意義的問題情境中，通過小組討論式教學揭示問題背后的科學知識，旨在加深學生對專業知識的理解，提高學生解決問題的技能，增強自主學習的能力[8]。

生物學微觀形態實驗涉及植物學、動物學和微生物學等課程方面的內容，要求學生熟練掌握顯微鏡的使用方法、顯微觀察樣本的制作和樣本微觀形態與典型結構的認知[1-3]。

這類實驗是以學生為主體，教師圍繞學生開展的實踐認識過程，區別了傳統以教師為中心、以課堂講授為主的教學模式，適合PBL教學法的應用和推廣。目前，雖然數碼顯微互動系統在醫學、植物學、動物學、微生物學等課程的實驗教學中取得良好效果[9-12]，但是如何基于數碼顯微互動系統將PBL教學法科學合理地應用于生物學顯微形態實驗教學中，充分發揮PBL的特點，以更好地提升教育質量，還有待進一步探索。

2 目前生物學顯微互動實驗教學中存在的問題

盡管教學效率得到提升，但傳統的培訓模式并未改變? 數碼顯微互動系統中教師通過高清網絡攝像可以多通道、實時觀看學生鏡下成像。系統自帶LED指針可以方便地指向視野中任意位置，便于開展討論。雙向語音傳輸能夠實現全班通話、師生對講、學生示范和分組討論，解決了傳統的實驗教學中顯微鏡下樣本鏡像獨占性問題，教學模式從“點對點”拓展到“點到面”，教學效率大大提升。數碼顯微互動系統的應用解開了教學手段和硬件的束縛，極大地解放了教師，但實驗教學方式仍然未跳出“灌輸式的培訓”框架。

被動學習，學生缺乏學習主動性和探索性? 高等教育的目的是教育而不是培訓，實驗教學是通過實踐過程引導強化思考，提升認知，實現過程教育。傳統的實驗教學一般是“教師講、學生聽”，教師是知識的輸出方，學生是接受方，學生處于被動地位。學生的學習只能跟隨教師的思路，為了解知識而學習，不需要進行深層次的思考，造成多數學生存在應付差事的心態，學生的主動性和探索精神被抑制。

重結果、輕過程的考核方式，難以反映學生實踐效果? 實驗考核是檢測教學質量和反映學生能力的必要手段，但不是唯一的手段。數碼顯微互動實驗教學雖然實現了現場鑒定、電子考場等考核技術，創新了考核方式，但本質上仍然是重結果、輕過程的考核方式。學生在顯微觀察中的表現包括鏡下成像的正確與否、成像標本的結構認知，還應包括實驗中知識的拓展、深度的思考以及積極的討論等課堂表現。目前，生物顯微觀察實驗的考核方式很難真實反映學生的能力水平，無法科學評價教學效果。

3 PBL教學法在生物學數碼顯微形態觀察實驗中的創新舉措

創建共享教學資源包，方便學生自主查閱和學習? 在以往的實驗教學過程中，教師和學生都能夠觀察到很多典型的動植物或微生物微觀形態和結構，但是沒有辦法保存下來。借助數碼顯微互動系統，教師可以方便地創建教學資源包，包括教學課件、教學錄像、演示錄像、顯微圖片集、問題幫助、學生手冊等內容，在每臺學生端電腦中進行共享。在PBL教學中，教學問題一旦布置后，各小組可以根據各自的實際需要和學習愿望，通過共享教學資源包自主查閱與學習，而不一定非要直接向教師尋求幫助。另外，共享教學資源包也可以幫助學生在PBL課前準備中發揮作用，提高準備效率，擴展教學信息量，豐富教學內容。

充分利用數碼顯微互動平臺，精心設計問題激發學生的主動學習興趣? 在生物學顯微形態實驗教學中，充分利用數碼顯微互動平臺的互動功能，設計有一定難度、需要分析判斷后才能得出結論的標本觀察，精心設計問題，引導學生積極思考、主動探索，以小組合作的方式解決問題。每個PBL小組要對各標本制片、觀察、拍照，運用圖像處理軟件在照片上對形態、結構等相關問題進行標注和說明，并匯總成一份基于上述問題的實驗報告，通過作業提交系統向教師端電腦提交作業。教師在點評各小組的實驗報告前，每個PBL小組選派一名代表進行發言匯報，闡述本組的實驗結果及判斷依據，同組內的成員可以適當補充，不同組的成員有異議可以電子舉手提問。這種全面的互動教學模式可以打破傳統顯微實驗課堂沉悶和枯燥無聊的現象，學生任務明確，主動探究，有利于發揮學生在學習過程中的主體地位，充分調動學生學習的積極性，激發學習興趣，培養學生互助合作的團隊意識，開發學生的創造性思維，培養學生自主學習和解決問題的能力。

過程考核和結果考核相結合，創新考核方式? PBL教學是以問題為導向，激發學生主動探究的一種教學組織方式。這種組織方式并不能對教學結果進行評價，需要設計相應的考核方式。PBL教學涉及PBL小組討論研究、遞交實驗報告、PBL小組選派代表匯報發言及集中討論等環節，各PBL小組在各環節有不同的表現，因此，重點關注實驗過程中各小組的表現，如關注各PBL小組研究的思路、小組代表發言的廣度和深度、集中討論中學生的表現等。

另外，教學過程中還可利用數碼顯微互動平臺的實時監控、拍照錄像、電子考場等功能，組織現場鑒定和電子考場，對教學結果進行評價。現場鑒定是指在教學現場，學生根據題目要求，現場制片、觀察、拍照或錄像，對照片或錄像進行標注說明后提交結果。在學生現場操作過程中，教師可在主機電腦端實時監控，從而實現過程考核，將過程考核的結果作為課程成績記錄在案。

整個課程結束后，可以通過電子考場來測試學生對實驗技能的掌握情況，作為數碼顯微互動和PBL教學效果的反饋。電子考場的考卷要求圖文并茂以區別于理論知識考試，教師需事先收集實驗教學中典型的生物形態組織圖片，構建圖文并茂的實驗考核電子題庫，由考試系統隨機抽取生成不雷同的電子考卷分發給每個考生，讓他們現場獨立完成。以上考核方式將彌補傳統顯微實驗教學考核的不足，可以實現對學生實驗技能的客觀評價，能真實反映學生能力和教學效果。

4 實施中容易出現的問題及解決對策

問題設計的不合理或超出學生的自主研究能力，容易阻礙PBL教學的開展? PBL教學是以問題為導向的一種教學模式，教師以實驗內容為單位，根據實驗教學內容合理設計適合學生開展自主研究的問題體系尤為重要[13]。問題之間緊密聯系和環環相扣，既要符合實驗內容，又要符合實際，不能難度太大，超出學生的自主研究能力;也不能太過簡單，無法激發學生的探究興趣。設計時可以設計多個由淺到深的問題，實施時應遵循由簡單到復雜的原則，逐步向各PBL小組提出。比如組織撕剝制片法是植物表皮組織觀察中常用的實驗方法，在植物表皮結構觀察實驗中可以首先提出：為什么雙子葉蔬菜的表皮很容易撕剝，而禾本科如水稻的表皮很難撕好？繼而引導出怎樣觀察水稻表皮細胞結構？怎樣消除葉綠素對顯微觀察的影響？最后歸納總結不同的染料在顯微結構觀察中的作用。通過以問題為導向，在解決問題過程中獲取知識，培養學生的邏輯思維和提升學生的動手能力。

討論中學生積極性不高，PBL教學質量難以控制? PBL教學是以小組為單位進行實驗操作和自主討論，由于學生是討論的主體，其知識廣度和深度限制了討論內容的選擇和深入，往往出現很多本應討論的議題被忽略或者討論的重點問題無法長時間維持。另外，高校長時間開展灌輸式教學后，學生更習慣于接受知識的傳承，而非獨立研究、發現、思考和總結。在PBL教學最重要的討論環節，容易出現學生參與討論的積極性不高等問題。因此，在數碼顯微互動平臺中推廣PBL教學，學生對數碼顯微系統有著濃厚的興趣，但在討論環節極易出現冷場現象。這種情況需要教師的介入，可以選用生物學文獻中發表的顯微形態案例進行引導式的閱讀分析來作為討論的補充內容[14]，也可采用點名表揚、加分獎勵等形式促進學生積極參與討論環節。

PBL教學對師生要求更高，課程耗時較長? PBL教學實施過程通常是由布置問題—分組研究—集體討論—歸納總結組成，與傳統的實驗教學相比，PBL教學額外增加了集體討論和歸納總結兩個環節，無形中壓縮了學生開展實驗的時間[15]。在保證學生使用數碼顯微互動系統開展實驗的前提下，PBL教學耗時相應增加，教學節奏更加緊湊，對教師和學生的要求更高。因此，教師和學生提前做好實驗準備是PBL教學實驗順利開展的前提。教師可以在每次實驗課結束前，布置下次實驗課的任務，將課程設計交給PBL小組學生，讓學生通過查文獻、上網等多種渠道提前做好準備。

5 結語

創新和實踐能力的培養是高等教育永恒的使命，以提高學生實踐能力和創新意識為目的的探索是值得鼓勵的，但是任何方法的實踐一開始都不會完美無缺，需要逐步探索和完善。本文基于顯微互動系統，在生物顯微形態實驗教學中運用PBL教學法，在教學質量和效率方面取得良好的效果，培養了學生獨立思考及合作研討的習慣。但是顯微互動聯合PBL教學法在生物微觀形態實驗教學實踐中仍然存在一些值得商榷的地方。比如：顯微互動和PBL教學同時應用于實驗教學中，二者平衡如何把握？突然從傳統教學模式轉變成獨立探索的PBL教學模式，學生的可接受程度和由此產生的焦慮或反感情緒如何化解？教師的教學思路是否清晰？由于學生自身能力不足或者提前準備不夠，導致各小組研究解決問題快慢程度不同，在此狀況下，課堂教學內容如何推進？如何解決小組合作模式和個人濫竽充數的問題，確保小組中每個人都有明確的定位和充分發揮各自的作用？定性和定量的評價體系如何構建？等等。只有把這些問題解決好，PBL教學才能真正成熟地應用于數碼顯微互動的實驗教學中，取得理想的教學效果。■

參考文獻

[1]姜在民，易華.植物學實驗[M].陜西：西北農林科技大學出版社，2016：1-10.

[2]姜乃澄，盧建平.動物學實驗[M].杭州：浙江大學出版社，2010：1-9.

[3]沈萍，陳向東.微生物學實驗[M].北京：高等教育出版社，2007：69-81.

[4]李寧寧，石科，李曉英，等.顯微數碼互動系統在組織學實驗教學和考核中的應用與效果評價[J].中國醫藥導報，2015（31）：135-138.

[5]陳俊華，王艷，王仕元.基于Motic數碼顯微互動系統的微生物學實驗教學方法[J].實驗室科學，2019（1）：89-91，95.

[6]劉麗萍，孫曉丹，楊峰山.Motic數碼互動系統與中俄聯合辦學開放式教學模式的構建[J].實驗室研究與探索，

2014（06）：148-152.

[7]崔炳權，何震宇，王慶華，等.PBL教學法的研究綜述和評價[J].中國高等醫學教育，2009（7）：105，118.

[8]馬慧娟，袁芳，武宇明.PBL教學的開展條件和模式探索[J].才智，2009（7）：93-94.

[9]劉霞，隋鵬諾，隋竹欣，等.數碼顯微多媒體互動系統在病理學和組織學實驗教學中的應用與評價[J].教育現代化，2018（32）：349-350，359.

[10]孫一銘.顯微互動教學系統在植物學實驗教學中的全新應用與設計[J].當代教育實踐與教學研究，2020（5）：17-18.

[11]楊占清，成軍，付守鵬，等.數碼顯微互動系統在動物組織學與胚胎學實驗教學中的應用[J].現代農業科技，

2018（9）：285-286.

[12]陳俊華，王艷，王仕元.基于Motic數碼顯微互動系統的微生物學實驗教學方法[J].實驗室科學，2019（1）：89-91，95.

[13]殷祎隆，聶蕾，趙晉.病原生物學PBL教學的體會與思考[J].基礎醫學教育，2016（8）：606-608.

[14]Shanley P，汪青.拋開設計拙劣的PBL方法，探索臨床前醫學教育中案例學習的新模式[J].復旦教育論壇，

2008（1）：87-91.

[15]于波，王雅潔，李陽，等.PBL教學法在我國醫學教育應用中存在的問題[J].醫學教育探索，2009（1）：61-63.