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新工科背景下植物生物技术课程教学方法和实践

赵嫚1应向贤1阚显照2

（1.浙江工业大学生物工程学院, 浙江杭州 310014；2.安徽师范大学生命科学学院生物信息研究所, 安徽芜湖 241000）

［摘要］工科课程的特点是操作性、实践性强, 知识琐碎、繁杂, 教师容易只注重专业知识和技能的传输, 与其他技能素养的培养相隔离, 从而使目前培养出来的工科人才视野相对狭窄, 知识体系不够完善, 不能满足当前社会对工程科技人才的职业能力和综合素质的需求.基于该类课程的现状, 可以采取以探究性教学模式进行课堂内容的设计；以社会活动分工协作, 让学生体会社会责任感；以形式多样, 生问生答多向互动的教学评价方式来对对植物生物技术课程教学方法进行新的探索和实践.

［关键词］植物生物技术；新工科；探究性教学；小组合作；多方问答

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437 （2018） 10-0062-03

“新工科” 是在国家应对战略需求和支撑产业转型的前提下应运而生的.其目的是培养迎合未来新兴产业和新经济需要的工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型 “新工科” 人才［1］［2］ .工科课程的特点是操作性、实践性强, 知识琐碎、繁杂, 因而在每门课的教学课堂上, 容易使教师进入自己的 “课程胡同” , 即只注重专业知识和技能的传输, 与其他技能素养的培养相隔离, 从而使培养出来的工科人才视野相对狭窄, 知识体系不够完善, 不能满足当前社会对工程科技人才的职业能力和综合素质的需求.在 “新工科” 背景下, 如何在课堂上激发学生学习的主动性, 培养学生的创新性和综合素养是每一位教师的责任和挑战［3］［4］［5］ .

基于该类课程的现状, 我们对植物生物技术课程教学方法进行新的探索和实践.植物生物技术课程具有很强的实践性, 知识繁多复杂.以张献龙编写的《植物生物技术》第二版为例, 该课程主要包括三大部分, 分别为植物组织和细胞培养的基本技术和方法、植物基因工程的原理和技术、植物分子标记及辅助选择应用.在传统的教学课堂上, 教师更多的是以自己为中心, 传道授业解惑, 对实验原理和知识进行讲授, 忽略了学生的中心作用.本次教学方法的探索过程, 笔者以培养学生的“生惑” “求业” 进而 “悟道” 的能力为基点, 着力提高学生学习的积极性和创新性.具体的方法是整体规划和设计课堂教学内容和形式.首先, 以课题式的探究性教学为主体, 提出问题、分析问题进而解决问题, 在学习过程中强化能力培养.其次, 小组实践, 分工协作, 学以致用, 体会职业道德和社会责任感的重要性.再次, 多方问答, 教学反馈, 激发学生问题意识, 培养学生的创新性（图1） .课堂教学这三个方面进行交叉融合, 不断总结评价, 最终通过多年的教学实践, 取得了一定的教学效果.

一、以探究性教学模式进行课堂内容的设计

探究性教学是把科学研究过程引入教学过程, 在教师的指导下, 学生主动地从生活中选取与教学目的和教学内容相关联的问题或项目, 用类似于科学研究的方式去获取知识、应用知识和解决问题的方法［6］［7］［8］ .德国学者Bell 等［9］把探究性教学的设计分为五个过程：第一, 问题的引入；第二, 回答该问题证据的获得；第三, 对收集证据的解释；第四, 将解释与从调查过程中获得的知识联系起来；第五, 为解释创造一个争论并做出正确的判断.植物生物技术是一门与生活实际息息相关的课程, 包含了植物组织培养、植物基因工程、植物细胞工程和分子辅助育种等内容.课程导论即从现象、问题入手, 大到 “粮食危机, 食品安全, 环境污染” 等社会现象,小到个人问题 “学习这门课对以后个人就业和发展的机会” , 提出学习这门课程的重要性.在我们的教学实践中, 植物生物技术课程的探究性主要涉及植物生物技术领域科学问题的提出、对现象的观察、进行科学实验、实验方法的创新、数据处理的科学性、对科学问题可能的解释、专业教师的引导与总结.对于具体知识部分的学习, 以植物细胞工程中原生质体的制备与融合为例进行介绍.

课程内容首先是导入部分, 提出问题情境 “番茄与土豆的爱情传说” , 番茄与土豆想要在一起, 如何才能实现？在教学过程中, 我们请学生阅读课本, 鼓励学生通过智能手机搜集资料, 进行小组讨论, 然后分组讲解并说明原因.教师对内容提出疑问并做补充, 比如：亚原生质体的出现有什么意义？原生质体融合的原理是什么？原生质体融合意义的延伸.这样的设计能培养学生的自学能力, 让学生学会透过现象看本质.此外, 内容的研究历史和影响因素也是该类课程的关键部分.研究历史的介绍一方面可以通过科学家的故事激励学生, 培养学生正确的价值观和人生观；另一方面, 可以把技术发现的思路串联起来, 培养学生的科学思维能力.同样, 在技术的影响因素方面, 可以借助辩证分析的方法分析内因外因的共同作用.比如影响原生质体制备和细胞融合的因素具体包括内因和外因两个方面, 内因主要与外植体的基因型以及生长状态相关, 而外因则与其培养条件、融合方法等环境因素相关.通过影响因素这一部分内容的学习, 学生在实验过程中遇到问题时可以对问题进行全面的分析, 进而解决问题.

二、实践活动分工协作, 体会社会责任感

植物基因工程是本课程的一个重点内容, 它是未来从事植物研究的基础, 同时社会上关于转基因食品的安全性又存在很大的争议.本次实践活动 “转基因食品安全性海报展” , 具体的内容是围绕问题 “你敢吃转基因食品吗？ ” 展开.设计六个小的主题：转基因的历史, 转基因技术方法, 转基因技术的应用, 转基因食品的现状, 转基因植物存在的潜在风险和转基因食品的安全性检测.具体的过程是, 学生随机分组, 确定主题；查找资料, 完成海报设计, 要保证科普海报的科学、客观、公正和美观；公共场合展出海报并答疑解惑, 公众选出自己最喜爱的海报作品.接着小组进行活动总结汇报, 具体包括海报设计原理, 展出效果（得票数和关注度） , 小组成员的参与度, 以及活动的收获与感想等；最后是对本次实践活动的考核, 分为自评、互评和教师评价三个部分, 总结本次活动的效果和存在的问题, 并提出相应的建议和意见, 使实践活动不断改进（图2） .通过这次小组实践,一方面可以培养学生查找、筛选和分析资料的能力；另一方面, 学生在实践过程中也能学会如何用专业知识去解决或解释生活中存在的问题, 达到学以致用.此外,学生在实践中的协同合作, 沟通交流能力都能得到锻炼.最后, 每组学生对实践活动进行总结, 学生提到活动中遇到的各种问题, 以及他们是如何沟通、解决的, 相互之间的合作会加深他们之间的信任感和友谊.同时在展示的过程中, 由于本次实践活动转基因食品的安全性在社会上有较大争议, 公众对这一现象的理解和认识也让他们对将来要从事的行业所应有的职业道德和社会责任感有了深刻的认识.这些都充分肯定了这次活动的必要性.

三、教学评价形式多样, 生问生答多向互动

教学评价是整个教学过程不可或缺的一个重要环节, 是提高教育教学质量、促进教师成长和学生发展的重要手段.现今的教学评价仍以传统的纸笔测验为主,纸笔测验虽然能在认知领域呈现量化的评价结果, 但在情感和技能领域的评价结果呈现则非常有限［10］ .因此,本课程除了常规的纸笔测验外, 我们还采用了师生、生生多向问答的评价方式.在每个知识模块完成后, 进行课前20分钟的多向问答环节.同时对于提问或回答精彩（经过深度思考, 具有创新性的问题或答案）的学生给予奖励, 鼓励学生多提问多参与.在整个过程中我们还鼓励学生通过智能手机搜索和查阅问题及答案, 扩大学生的知识面和认知领域［11］［12］ .此外, 对于在课堂上没有解决的问题或现象, 我们还建立了专门的微信群, 鼓励学生多发言、多质疑、多表达.这种评价方式与以往的教师问学生答明显不同, 学生之间比师生之间的气氛更显平等, 以学生带动学生, 教师也是学生讨论中的一员, 教师积极引导, 学生提问的积极性明显越来越高, 问题的质量也越来越高.通过这一环节, 学生能够更好地把知识模块融合起来, 对知识的理解也更加深入.

这种评价方法的直接效果是学生的问题显著增多,很多学生开始深入思考.比如, 植物的愈伤组织相关内容, 学生提问 “是不是所有的植物都可以形成愈伤组织” , 讨论过程分成两派, 双方各有说辞.这一方面锻炼了学生的辩论能力, 另一方面也反映了有些学生的知识整合能力不足.通过讨论, 大家开始对知识融会贯通.还有学生会把动物和植物进行对比, 提出动物的iPS （in?duced pluripotent stem cells, 诱导性多能干细胞）是不是和植物细胞的全能性类似等.通过提问和启发思考的环节, 学生提出问题的积极性和能力都明显提高.学期中间, 笔者针对教学方法和内容组织学生提出意见和建议, 其中三分之二以上的学生主动提到多向互动、头脑风暴的方法非常好.学生积极参与提问, 并提出自己的不同见解, 这在大学课堂中是特别值得鼓励和发扬的,因为提出异议也就是创新的开始.

四、结语

融合探究性教学主体, 小组实践和多向互动的教学评价体系的教学模式, 在实现 “新工科” 下培养具备综合素质、创新性强和高专业技能人才方面有重要的作用,该模式对于其他实践性课程具有一定的示范意义和推广作用.

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