萬田英 張捷 陳秀華 張麗梅

摘要 指出了傳統(tǒng)環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺點(diǎn)，提出了解決這些問題的4種教學(xué)模式（“互聯(lián)網(wǎng)+”、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)、問題導(dǎo)向式教學(xué)、E-Learing）。依托農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，介紹了這4種教學(xué)模式在環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，包括引入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案的探索、實(shí)驗(yàn)課程的考核、問卷反饋等。這些措施優(yōu)化了課程內(nèi)容，拓寬了教學(xué)范圍，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 環(huán)境生物學(xué)；互聯(lián)網(wǎng)+；虛擬仿真；PBL；E-Learing

中圖分類號(hào) S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）31-0230-02

Abstract The paper pointed out the disadvantages of traditional environmental biology experimental teaching and proposed 4 kinds of teaching models for solving these problems：“Internet plus”， virtual simulation experimental teaching， PBL and ELearning. Relying on Key Experimental Teaching Center of Agricultural Resources and Environment in Hubei Province， this paper introduced the application of these four teaching models in environmental biology experiment teaching， including the introduction of experiment items design， experimental scheme exploration， experimental curriculum examination， questionnaire feedback， etc. These measures optimized the course content， broadened the teaching scope， stimulated the students learning interest and improved the effect of experimental teaching.

Key words Environmental biology；Internet plus； Virtual simulation； PBL；ELearning

環(huán)境生物學(xué)是環(huán)境類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，其理論和研究方法對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、學(xué)科深層次研究等方面有著十分重要的作用[1]。該課程知識(shí)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，需要學(xué)生有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著環(huán)境科學(xué)的快速發(fā)展，環(huán)境生物學(xué)及與之相配套的實(shí)驗(yàn)課程在理論知識(shí)、研究方法、技術(shù)手段等方面不斷更新。筆者結(jié)合我國(guó)大陸高校環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程目前存在的問題，分析了解決這些問題的4種教學(xué)模式，根據(jù)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在此次教改中采取的措施與效果，探討了實(shí)驗(yàn)課程的改革與途徑。

1 目前環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

比較英國(guó)、美國(guó)及我國(guó)港臺(tái)地區(qū)主要高校環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)我國(guó)大陸高校該實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)存在以下問題。

1.1 分散式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)的環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是環(huán)境生物學(xué)理論課程的部分內(nèi)容，根據(jù)理論課程的教學(xué)進(jìn)度安排，將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排在理論教學(xué)后。這種模式可以將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合，但由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)分散，單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)有限且各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，難以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)連續(xù)性及系統(tǒng)性掌握與應(yīng)用，從而降低了學(xué)生對(duì)綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)力度[2]。

1.2 實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容更新慢

對(duì)比很多高校環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置，發(fā)現(xiàn)許多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都采用十幾年前確立并一直沿用至今的方案，這與實(shí)際存在的環(huán)境問題嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生不能將所學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與當(dāng)前實(shí)際環(huán)境或面臨的環(huán)境問題有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果較差。

1.3 實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容不全面

由于課時(shí)、實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施等條件所限，導(dǎo)致環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容覆蓋不全面，尤其是環(huán)境污染物的分析通常需要使用大型儀器（如原子吸收光譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、氣相色譜儀、液相色譜儀等），而大型儀器數(shù)量往往只有1～2臺(tái)，容易出現(xiàn)因大型儀器數(shù)量少、學(xué)生數(shù)量多而導(dǎo)致的教學(xué)效果不好、學(xué)生積極性不高的問題。

2 解決這些問題的4種教學(xué)模式

2.1 “互聯(lián)網(wǎng)+” 2015年，李克強(qiáng)總理在第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)第三次會(huì)議上提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，而該計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分就是將“互聯(lián)網(wǎng)+”與傳統(tǒng)教育相結(jié)合，更新原有的教育觀念及教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量[3]。將“互聯(lián)網(wǎng)+”尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)可為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供豐富的信息資源，使學(xué)生探討有關(guān)實(shí)驗(yàn)問題變得方便快捷。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

教育部計(jì)劃于2017—2020年在普通高校開展1 000個(gè)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)工作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，為學(xué)生搭建類似于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的虛擬環(huán)境[4]。對(duì)由于部分因課時(shí)、經(jīng)費(fèi)或?qū)嶒?yàn)室硬件條件等因素所限不能在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為有效補(bǔ)充。在節(jié)省資源的同時(shí)，學(xué)生可以選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。對(duì)大型儀器而言，當(dāng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容確定后，可以通過調(diào)用不同的儀器操作單元，組成不同的實(shí)驗(yàn)，而不必增加造價(jià)昂貴的大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

2.3 問題導(dǎo)向式教學(xué)（problembased learning，PBL） 問題導(dǎo)向式教學(xué)（PBL）作為以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)設(shè)置于相應(yīng)的問題情境中。這種模式首先由教師或?qū)W生提出問題，針對(duì)問題，學(xué)生分小組進(jìn)行下一步工作，包括資料查找、討論并提出實(shí)驗(yàn)方案、教師修改、實(shí)驗(yàn)操作，最終解決實(shí)驗(yàn)問題[5]。這種模式有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)和當(dāng)前熱點(diǎn)問題的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量并鍛煉實(shí)驗(yàn)技能。

2.4 E-Learing

美國(guó)教育部于2000年闡述了E-Learing的意義，包含嵌入性（Embed-Learing）、探索性（Exploration-Learing）、投入性（Engaged-Learing）、體驗(yàn)性（Experience-Learing）、趣味性（Excitement-Learing）、有效性（Effective-Learing）和提升性（Empowerment-Learing）的學(xué)習(xí)[6]。E-Learing通過現(xiàn)代信息技術(shù)的學(xué)習(xí)與教學(xué)，實(shí)現(xiàn)一種全新的溝通機(jī)制和學(xué)習(xí)方式，從而改變傳統(tǒng)教學(xué)中教師的作用、師生之間的關(guān)系及教學(xué)結(jié)構(gòu)。

3 對(duì)策與措施

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)所在實(shí)驗(yàn)室為農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門獨(dú)立課程，在學(xué)校2016年教學(xué)改革中，將“互聯(lián)網(wǎng)+”、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與PBL、E-Learing相結(jié)合的混合教學(xué)模式應(yīng)用于環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，并從以下教學(xué)階段進(jìn)行實(shí)施（圖1）。

3.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

采用PBL教學(xué)模式，根據(jù)當(dāng)前存在的環(huán)境熱點(diǎn)或敏感問題，結(jié)合已學(xué)的環(huán)境生物學(xué)理論知識(shí)，通過課堂講授、師生互動(dòng)、分組討論等方式，準(zhǔn)確掌握學(xué)生的興趣，師生共同確定擬解決的某個(gè)環(huán)境問題；學(xué)生對(duì)此環(huán)境問題進(jìn)行資料研究，利用移動(dòng)APP等“互聯(lián)網(wǎng)+”方式或傳統(tǒng)的圖書館查閱相關(guān)資料，研究如何將其與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，將環(huán)境問題轉(zhuǎn)化為具有可操作性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并通過微信、QQ等互聯(lián)網(wǎng)通訊手段與教師反饋交流，實(shí)現(xiàn)E-Learing；移動(dòng)APP與環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，可以讓學(xué)生適時(shí)關(guān)注APP學(xué)習(xí)教師推送的實(shí)驗(yàn)方案、參考資料、論文等實(shí)驗(yàn)課程相關(guān)信息，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”將最新的教學(xué)資源及時(shí)傳達(dá)給學(xué)生，方便學(xué)生的學(xué)習(xí)[7]。另外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的網(wǎng)址為http：//nyzyhj.hzau.edu.cn/，學(xué)生可登陸該網(wǎng)站查閱相關(guān)資料，并在師生互動(dòng)版塊與教師展開咨詢與交流。對(duì)于因?qū)嶒?yàn)室硬件條件等因素所限而不能順利開展或開展效果較差的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目作為補(bǔ)充，從而進(jìn)一步擴(kuò)大知識(shí)范圍。

3.2 實(shí)驗(yàn)方案的探索

在此階段，學(xué)生分組根據(jù)確定的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2017年，依據(jù)PBL，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、E-Learing的混合教學(xué)模式，經(jīng)過師生共同探討，最終實(shí)施的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括苯酚降解菌的培養(yǎng)與降解率的測(cè)定、空氣中微生物檢測(cè)、植物抗逆性測(cè)定實(shí)驗(yàn)及葉綠素a的測(cè)定等。其中，植物抗逆性實(shí)驗(yàn)涉及到重金屬鎘等元素的濃度測(cè)定，需要使用原子吸收光譜儀，該儀器屬于大型貴重儀器，學(xué)院大型儀器平臺(tái)（湖北省先進(jìn)機(jī)組）只有1臺(tái)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于受儀器臺(tái)套數(shù)的限制，不可能讓每位學(xué)生完成整個(gè)操作過程練習(xí)，不利于學(xué)生對(duì)課程的掌握和儀器的熟練操作。為此，開設(shè)了原子吸收光譜虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)大綱要求提前預(yù)習(xí)，并進(jìn)行大型儀器操作模擬實(shí)驗(yàn)，虛實(shí)結(jié)合，使學(xué)生更好地掌握原子吸收光譜儀的原理、基本結(jié)構(gòu)與操作要點(diǎn)，學(xué)習(xí)分析測(cè)試條件的選擇技術(shù)，提高學(xué)生科學(xué)使用儀器分析樣品的能力。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)較好地解決了大型儀器數(shù)量少的問題。

3.3 實(shí)驗(yàn)課程的考核

環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程考核學(xué)生對(duì)理論知識(shí)、基本操作技能與實(shí)際運(yùn)用能力的掌握，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)項(xiàng)目實(shí)施方案的制定和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并通過再次查閱資料對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出個(gè)人看法；教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及前期的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作步驟等環(huán)節(jié)表現(xiàn)進(jìn)行打分，綜合評(píng)定學(xué)生的考核成績(jī)[8]。例如，原子吸收光譜虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的成績(jī)由實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)和過程考核成績(jī)組成，其中平時(shí)成績(jī)占50%，考試成績(jī)占50%（實(shí)驗(yàn)操作30%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告與結(jié)果20%）。

3.4 問卷反饋

環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后進(jìn)行問卷調(diào)查，綜合問卷調(diào)查結(jié)果，分析與總結(jié)本年度實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)與不足，將學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題反饋到課程教學(xué)模式中，修改并完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和模式，調(diào)整與優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，并應(yīng)用到下一屆的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中。

4 結(jié)論

以“互聯(lián)網(wǎng)+”為主線，結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與PBL、E-Learing教學(xué)模式，并應(yīng)用于環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，縮小學(xué)生與教師之間的距離，有效解決了教學(xué)中存在的問題及傳統(tǒng)的分散式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不可避免的缺陷與不足，突破了實(shí)驗(yàn)室硬件限制，拓寬了教學(xué)范圍，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而促進(jìn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，不斷優(yōu)化環(huán)境生物實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，改革教學(xué)方法，對(duì)于提高環(huán)境類人才培養(yǎng)質(zhì)量具有積極作用。

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