教育生態學視域下分子生物學實驗課程教學研究

牛熙

摘要：以教育生態學理論為基礎，從教育生態學視域審視分子生物學實驗課程教學活動，對實驗課程教學效果的全面提升、提高學生自主學習的能力具有重要的意義。以貴州大學為例，分析目前分子生物學實驗課教學中存在的問題，結合教育生態學理論，在討論研究現有教學問題的同時，提出改革教育理念、構建生態化的師生關系、營造舒適有效的生態教育環境、建立生態化教學評價等措施，進一步推進分子生物學實驗課程教學改革的方向，全面提升教學效果，提高學生自主學習的能力。

關鍵詞：教育生態學;分子生物學;實驗課程;教學改革

分子生物學作為從分子水平解釋和探究生命現象、功能和規律的學科，在生命科學研究領域發揮著極其重要的作用。分子生物學作為實驗性很強的學科，實驗課程的開展能讓學生更好地理解和掌握分子生物學的基本理論，同時，對培養學生的動手能力有著積極的作用。教育生態學作為新興的交叉學科，將生態學原理運用到分子生物學實驗課程教學中，在深化師生教育生態理念的同時，可以促進實驗課程教學效果的全面提升，提高學生自主學習的能力。

一、教育生態學基本理論及對分子生物學實驗課程教學的作用

（一）教育生態學基本理論

首次將生態學引入教育學是1932年美國著名教育學家沃勒，他提出的“課堂生態學”將課堂視為一個生態系統，從生態學的角度分析研究課堂現象，使其能夠更好地促進學生的學習和教師的教學，獲得較好的教學效果。而“教育生態學”這一理論是由美國著名教育家勞倫斯·克雷明正式提出。該理論從生態學的視角分析和指導教育的發展。教育生態學理論認為課堂作為一個包含人群、課程和教室環境等多個生態因子的生態系統，構建合理的課堂內外生態環境，平衡各生態關系之間的發展，能有效提高教學效率。

（二）對分子生物學實驗課程教學的作用

隨著高校教學體制改革的需要，提高各學科課程的教學質量，在實際教學中增加教育生態學的理論已成為常態，但在分子生物學課程中開展教學生態學的研究卻很少。分子生物學作為生命科學各個領域中教學和科研不可或缺的課程，其實驗課程是生物類、農學類、醫學類等學生必修的一門實驗技術課程。為了實驗課程有序高效地進行，常需要教師與學生、學生與學生、學生與環境之間的配合，將教育生態學理論引入分子生物學實驗課程，將有利于提高分子生物學實驗課程教學效率和質量的提高。因此，基于教育生態學理論，構建分子生物學實驗課程教學生態系統，對其課程教學有著積極作用，主要表現在以下幾個方面。一是將教育生態學理論引入分子生物學實驗課程，能夠從多個視覺幫助學生理解分子生物學理論知識，并熟練掌握實驗技能;二是在教學生態中，教師與學生之間是相互依存和互動的，因此，能促進任課教師針對性地調整自身教學模式，根據學生的行為變化，引導學生主動參與實驗課程，將課程主體由老師轉換成學生，在保證學生能有效理解和吸收所授知識的同時，提高學生自主動手能力;三是創建與課堂生態高度契合的教學環境，促進學生積極參與實驗操作過程，提高學生自主學習能力及知識探究能力，最終實現教學目標和教學效果的順利完成。

二、分子生物學實驗課程教學生態構建原則

（一）實驗教學應以學生為本

在教育生態學視域下，分子生物學實驗課程教學需要采用以學生為本的教學模式，讓學生在實驗教學中的主體地位得到體現，培養他們自覺學習和自覺思考的習慣，從而提高自身實驗技能和綜合能力，最終在學生層面上體現實驗課程教學的全部價值。

（二）實驗教學應保證較高效率

實驗課程教學的效率能夠充分體現出教育生態學視域下分子生物學實驗課程教學的效果，對于學生掌握理論知識和實驗技能有著重要的作用。分子生物學的實驗課堂屬于一個復雜的生態系統，含有教師、學生、實驗環境、實驗器材等多種生態因素，不同生態因素之間既有聯系又有獨自的發展規律。各生態因素若不能在生態系統中發揮有效的作用，就會降低分子生物學課程的教學效果。因此，為了保證分子生物學實驗課程取得較高的教學效率，就得明確符合教育生態學的教學目標和教學實驗方案，創新分子生物學實驗教學課堂的教學形式，保證課程的教學效率。

三、教育生態視域下分子生物學實驗課程教學生態現狀

（一）教學生態理念失衡

在教育生態學視域下，分子生物學實驗課程教學存在教育生態理論失衡的問題，其主要問題表現在：受傳統教育模式的影響，貴州大學分子生物學實驗課程教學仍以教師為中心的講課模式，學生按照老師提前準備好實驗方案，按部就班地進行操作。學生學習分子生物學實驗課程不是源于自身對科學研究的興趣，而是按照教學大綱完成自身專業課學分的需求。目前，貴州大學雖然開展了本科生SRT項目設計、大學生創業創新項目和實驗室開放項目等來彌補本科生實驗設計、實驗操作等方面的需求，但大部分學生仍然只能通過傳統的實驗課程教學獲得實驗操作的機會。

（二）教育生態主體失衡

以貴州大學為例，在教育生態學視域下，分子生物學實驗課程教學存在教育主體理論失衡的問題，其主要問題表現在：受傳統教育模式的影響，分子生物學實驗課程中教學生態主體間關系與地位存在失衡問題。在分子生物學實驗課程課堂這個生態系統中，主要包含教師和學生兩類人群，而在傳統教學模式中，教師與學生的生態因子地位仍然是相對穩定的，教師依然為主體，實驗相關理論知識及操作仍靠教師傳授，學生學習的主動性和參與性難以發揮。

（三）教育生態環境失衡

教育生態環境作為分子生物學實驗課程教學的重要教學生態因子，在實驗課程開展過程中起著重要的作用。在分子生物學實驗課程教學生態中，生態環境通常是指班級規模、實驗座椅擺放、教室分布、實驗設備等物理環境。以貴州大學為例，教育生態環境主要存在以下問題。第一，由于實驗經費和實驗場地的限制，教學通常采取大班分組模式進行，由于人數過多，造成實驗大多數都由一小部分學生完成，學生參與積極性低。第二，很多實驗室臺桌通常是根據房間大小進行設計的中央實驗臺，實驗課程小組的同組成員通常只能分布在實驗臺桌的一側。實驗開展時，受場地限制，通常只能由1-2個學生完成，其余學生只可圍觀，導致學生的參與度降低。第三，受到實驗室場地及分布的限制，分子生物學實驗課程開展所需的基本實驗儀器通常都放置在其他實驗室，實驗課開展時，學生通常需要在不同實驗室來回跑動，降低了學生的學習效率及課程的教學效果。第四，由于缺乏實驗的有效預習，學生對于整個實驗操作過程及所用的實驗設備儀器比較陌生，使得學生在實驗課程結束后，仍不能很好地理解相關知識，導致實驗教學的效果不佳。

四、教育生態視域下分子生物學實驗課程教學生態構建

（一）改革教育理念

在教育生態視域下，構建分子生物學實驗課程的生態教學，需要改變教師的教育理念，才能使課程教育生態理論失衡的問題得到根本解決。要想革新教師的教育理念，首先，應為相關教師提供教育生態學的相關培訓及學習，幫助教師在教學過程中樹立生態教育理念，使教師認識到分子生物學實驗課程生態構建的重要性。其次，在實驗教學的過程中，教師需要培養學生獨立實驗的能力，遵循以學生為本的生態教育原則，將教育生態化作為分子生物學實驗課設計的前提，設計、研究實驗內容，讓學生能更好地完成實驗任務。根據教學目標及教學內容要求，教師應遵循學生的自身設計想法，幫助學生自行設計分子生物學的相關實驗內容，實現個性化教育，幫助學生對分子生物學實驗產生認識及興趣，使學生能夠在生態學教育理念下，提高動手操作能力、邏輯思維能力和創新思維能力，從而促進分子生物學實驗課程教育生態的構建。

（二）構建生態化的師生關系

在分子生物學實驗課堂生態系統中，教師只屬于重要的生態因子，但真的生態主體是學生。面對教育生態主體失衡的問題，教師需要構建正確的生態關系，實現分子生物學實驗課程的教學生態化。教師在設計實驗教學內容時，應將分子生物學實驗課設為驗證性實驗、綜合性實驗和創新性實驗。驗證性實驗包括學生應該掌握的實驗技能，如瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA、大腸桿菌的制備等實驗以及移液器、離心機、超凈工作臺等儀器的操作。綜合性實驗包括根據實驗材料或實驗方法的不同，自行運用多種實驗方法解決實際問題的實驗，如用CTAB法、SDS法或試劑盒法提取DNA等。而創新性實驗是學生在了解或掌握驗證性實驗和綜合性實驗的基礎上，根據自己感興趣的方向，查找相關文獻資料，自行設計實驗方案，自行操作、完成實驗報告。其中，驗證性實驗由教師進行傳統式教學，讓學生掌握最基礎的實驗和儀器操作;綜合性實驗可利用先觀看實驗錄像、然后運用虛擬實驗軟件進行模擬訓練，使學生提前感知相關實驗原理和流程，加深對實驗技術的記憶。綜合性實驗是整個實驗課程的重心，學生根據教學內容和教學目標獨立設計好實驗，任課教師審核實驗方案的可行性，實驗過程中，盡量讓學生獨立完成，任課老師幫助答疑。

（三）營造舒適有效的生態教育環境

教育生態學視域下分子生物學實驗課程教學生態的構建，需要通過營造舒適有效的生態教育環境，從而保證教學主體與環境因子實現平衡。例如，可以對分子生物學實驗課程的人數及分組進行控制，一般課程人數不超過30人，每組人數控制在3～5人;實驗課堂教學可以使用較小的實驗臺，讓每組成員可以均勻分布在實驗臺的周圍，讓學生從實驗設計到實驗操作全程參與;除特殊要求的儀器外，實驗課堂的基本儀器應盡量放置在實驗課開設的房間內，學生可以在較近距離找到儀器;教師可以充分利用虛擬教學系統，將分子生物學實驗的操作步驟輸入電腦，制作相應的模擬場景，在實驗開始前，學生可以通過觀看實驗錄像以及運用虛擬教學系統進行模擬實驗，讓學生熟悉實驗的操作過程，便于后續實驗設計和實驗操作的順利完成。

（四）建立生態化教學評價

以往，學生實驗課程主要以實驗報告完成情況及實驗結果為指標進行考核，考核結果存在一定偏差。教育生態學視域下分子生物學實驗課程教學應建立更加合理的考核方法，主要包括六個項目。一是理論測試。根據虛擬教學系統中涉及的相關實驗，建立實驗原理等理論題題庫，考核時隨機抽取10～20題進行理論知識考核。二是技能考核。根據實驗設計，考核使用儀器設備的操作，考察其對相關儀器設備的使用及維護情況。三是實驗設計方案。根據學生實驗方案設計的可行性考核學生運用所學知識解決實際問題的能力。四是平時表現。該部分主要考核學生實驗準備情況、實驗操作能力、出勤率等。五是實驗結果。根據學生設計的實驗方案考核實驗結果是否符合預期。六是實驗報告。考核實驗報告的完整性和科學性以及學生對實驗結果的分析能力。

五、結束

隨著分子生物學理論和技術的不斷創新，分子生物學實驗課程教學的內容及方法也需要不斷更新，面對目前實驗課程教學存在的眾多問題，需結合教育生態學理論，在分析研究現有教學問題的同時，采取改革教育理念、構建生態化的師生關系、營造舒適有效的生態教育環境、建立生態化教學評價等措施，促進高校分子生物學實驗課程教學生態平衡，積極進行分子生物學實驗課程教學改革，全面提升教學效果，提高學生分析問題、解決問題的能力，使學生成為具有創業創新能力的技術人才。