關(guān)于生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系中PBL教學(xué)模式的探索與實(shí)踐的論文
[摘 要] PBL教學(xué)是一種以問題為中心、學(xué)生為主體的教學(xué)模式。本文在介紹PBL教學(xué)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了在生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系中運(yùn)用PBL教學(xué)模式。本文介紹了PBL教學(xué)模式在生物工程實(shí)驗(yàn)課程體系中的組織實(shí)施方法，闡述了PBL教學(xué)模式對(duì)生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的意義，指出了生物工程實(shí)驗(yàn)PBL教學(xué)中存在的問題，并提出了解決方法。
[關(guān)鍵詞] PBL；教學(xué)模式；生物工程；實(shí)驗(yàn)課程
[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 1008-2549（2017） 04-0110-03
生物工程是以微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工、機(jī)械和信息等工程技術(shù)對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行操縱，改變生物的性狀，使生物產(chǎn)生對(duì)人類有益的代謝產(chǎn)物的一門技術(shù)，主要包括基因工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程以及細(xì)胞工程，是一門應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科。本校生物工程專業(yè)要求學(xué)生通過(guò)大學(xué)四年培養(yǎng)后，具有扎實(shí)的生物學(xué)與工程學(xué)方面的理論基礎(chǔ)、具備從事生物工程產(chǎn)品生產(chǎn)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、新技術(shù)研究和新產(chǎn)品開發(fā)等方面工作，具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才。依據(jù)生物工程學(xué)科的特點(diǎn)及其本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力是各高等院校的核心競(jìng)爭(zhēng)力和立足之本。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為本科教學(xué)的重要組成部分，不僅是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力的重要途徑。一直以來(lái)，生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，一般由教師事先準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的試劑和材料，然后學(xué)生依據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置大都屬于驗(yàn)證性、演示性或綜合性實(shí)驗(yàn)，這阻礙了學(xué)生分析問題、解決問題以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，對(duì)生物工程的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段等進(jìn)行改革勢(shì)在必行。本文針對(duì)目前生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，將PBL（problem-based learning）教學(xué)模式引入到生物工程實(shí)驗(yàn)課程體系的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，以江蘇科技大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院為例，探索了PBL教學(xué)模式在生物工程專業(yè)部分實(shí)驗(yàn)課程（包括普通生物學(xué)、生物化學(xué)、生物反應(yīng)工程和生物分離工程）教學(xué)實(shí)踐中的組織方式、效果評(píng)價(jià)和教學(xué)意義，并指出了亟待解決的問題。
一 PBL教學(xué)模式簡(jiǎn)介
PBL教學(xué)是由神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows提出的教學(xué)方法，最初在加拿大麥克瑪斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)院首先試行，取得了良好的教學(xué)效果。PBL教學(xué)提倡教師主導(dǎo)，學(xué)生積極參與，共同完成課程教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)實(shí)踐中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，將學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)置到有意義的問題情境中，學(xué)生圍繞問題展開主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)查資料、討論、歸納、論證等學(xué)習(xí)過(guò)程解決問題，從而實(shí)現(xiàn)理解和掌握課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容。PBL教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠最大限度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析問題能力以及解決問題能力。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，PBL教學(xué)具有問題基礎(chǔ)性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作性、時(shí)空開放性、知識(shí)探索性、師生互動(dòng)性等特征。
按照PBL教學(xué)實(shí)踐，通常PBL教學(xué)環(huán)節(jié)大致可以包括：劃分學(xué)習(xí)小組；教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容提出問題；學(xué)生歸納所需解決的問題；學(xué)生收集資料；教師與學(xué)生討論；提供反饋信息；解決問題；產(chǎn)生新的問題；重復(fù)上述教學(xué)過(guò)程，直到完全掌握教學(xué)內(nèi)容，其教學(xué)流程如圖所示。
二 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系中PBL教學(xué)的組織實(shí)施
（一）立足本課程內(nèi)容，設(shè)立綜合性問題情景
針對(duì)教學(xué)內(nèi)容設(shè)立綜合性問題情景是PBL教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定著教學(xué)效果。因此，在設(shè)立問題情景時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
1 問題的層次性
問題設(shè)計(jì)一定要有層次，難易結(jié)合，要有一定的梯度性，使學(xué)生在解決問題過(guò)程中既能感受到成就感，也能感受到挑戰(zhàn)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和探索欲。
2 問題的真實(shí)性
問題設(shè)計(jì)應(yīng)遵循實(shí)事求是原則，不能虛擬，應(yīng)與生活實(shí)際相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生利用專業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力。
3 問題答案的多樣性
問題的解決方法應(yīng)具有多種形式，無(wú)固定的解決方法和過(guò)程，這既能提高學(xué)生思維的靈活性，又能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力；同時(shí)，問題答案的多樣性也決定了學(xué)生在解決問題時(shí)會(huì)涉及到諸多知識(shí)內(nèi)容，促使學(xué)生牢固掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)。
例如，在“分離純化一種蛋白酶”的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，教師對(duì)幾種常用蛋白酶進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇一種蛋白酶為目標(biāo)物質(zhì)并以此進(jìn)行相應(yīng)分組，然后教師針對(duì)每組分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)引導(dǎo)。以木瓜蛋白酶為例，提出系列問題：“木瓜蛋白酶有何用途？”，“木瓜蛋白酶有何特征？”，“蛋白酶粗提的方法有那些？”，“為什么要在分離過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)定比活力？”，“蛋白酶純化有哪些方法？”。學(xué)生通過(guò)解決上述系列問題，可以順利制定出適宜木瓜蛋白酶的分離與純化方法，最后組織學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整。這些問題中，內(nèi)容涉及生物化學(xué)、生物分離工程、酶工程和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)。學(xué)生需要掌握蛋白酶的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，還能分辨出各分離純化技術(shù)存在的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理方法。在教師的引導(dǎo)下，制定出適宜的木瓜蛋白酶的分離純化方法。通過(guò)此問題式教學(xué)，提高了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
�。ǘ⿲W(xué)生分組及收集資料
學(xué)生自愿分組，每組5至6人，然后依據(jù)教師給出的問題查閱相關(guān)資料，學(xué)生通過(guò)理解和掌握教材上的相關(guān)章節(jié)內(nèi)容，并利用網(wǎng)絡(luò)信息資源查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料，尋找涉及到問題的相關(guān)信息，并將其提取出來(lái)，用于解決問題。通過(guò)這一階段訓(xùn)練，提高了學(xué)生運(yùn)用信息工具獲取信息、處理信息以及表達(dá)信息的能力。
�。ㄈ﹩栴}的推理與討論
問題的推理與討論是PBL教學(xué)法的重要環(huán)節(jié)，由教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題將所收集的各種資料進(jìn)行交流和討論，在交流討論中產(chǎn)生的新問題經(jīng)進(jìn)一步查找資料、交流與討論，歸納出解決問題的辦法，為下一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和調(diào)整作準(zhǔn)備。
以上述“木瓜蛋白酶的分離與純化實(shí)驗(yàn)”為例，通過(guò)討論問題“木瓜蛋白酶有何用途？”，可以使學(xué)生了解木瓜蛋白酶在食品、醫(yī)藥、飼料、日化、皮革及紡織等行業(yè)中具有重要作用的知識(shí)背景，可激發(fā)學(xué)生對(duì)木瓜蛋白酶的興趣，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力；問題“木瓜蛋白酶有何特征？”的信息量非常大，如：木瓜蛋白酶的適宜pH決定了緩沖液的種類，木瓜蛋白酶的適宜溫度決定了提取過(guò)程中環(huán)境溫度，木瓜蛋白酶的分子量決定了純化時(shí)采用的分子篩類型；問題“蛋白酶粗提的方法有那些？”可以給出木瓜蛋白酶提取的'基本流程；問題“為什么要在分離過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)定比活力？”可以給出評(píng)價(jià)木瓜蛋白酶分離純化時(shí)所用方法的優(yōu)劣；問題“蛋白酶純化有哪些方法？”可以給出適宜木瓜蛋白酶分離純化的方法�？傊�，通過(guò)上述問題的推理與討論，基本上可以制定出木瓜蛋白酶的分離與純化的實(shí)驗(yàn)方案。
�。ㄋ模⿲�(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)
根據(jù)各學(xué)習(xí)小組在教師引導(dǎo)下設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問題，各小組間可以相互幫助，共同解決問題。對(duì)不能解決的問題由教師引導(dǎo)解決。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小組成員將自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問題以及討論結(jié)果匯總整理，并填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)教學(xué)實(shí)施情況進(jìn)行總結(jié)，若實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在偏差時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析其原因。并對(duì)采用不同分離純化手段分離同一種酶的不同組間進(jìn)行分析、比較，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。
（五）教學(xué)評(píng)價(jià)
與傳統(tǒng)教學(xué)不同，PBL教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、分析問題和解決問題能力。因此，PBL教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)有自身獨(dú)特的評(píng)價(jià)體系，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮 PBL 學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)。在生物工程實(shí)驗(yàn)PBL教學(xué)的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系中，采用學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的形式，其中權(quán)重比例分配為15%、25%和60%。根據(jù)劉銀萍等報(bào)道的學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，本課題組建立了我校生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程PBL教學(xué)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，如下表所示。
三 生物工程實(shí)驗(yàn)課程PBL教學(xué)的意義
生物工程是一門強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性的學(xué)科，要求培養(yǎng)的學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，同時(shí)具有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和實(shí)際應(yīng)用能力。因此，實(shí)施PBL教學(xué)對(duì)生物工程人才培養(yǎng)顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，生物工程實(shí)驗(yàn)課程中采用PBL教學(xué)取得了良好的實(shí)踐效果。
�。ㄒ唬� 有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力
學(xué)生可以自主選題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不僅增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，而且通過(guò)圍繞問題收集資料，可以提高學(xué)生檢索文獻(xiàn)和歸納資料的能力，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。同時(shí)大大提高了學(xué)生分析問題能力、口頭表達(dá)能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。
（二） 有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力
以學(xué)習(xí)小組為單位進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，共同完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生依據(jù)自己的分工，在收集資料的基礎(chǔ)上提出自己對(duì)解決問題的看法，然后小組成員間相互討論、質(zhì)詢和辯證，最終小組內(nèi)部在教師的引導(dǎo)下提出解決問題的方案。通過(guò)上述教學(xué)互動(dòng)過(guò)程，潛移默化培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力。
�。ㄈ� 有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力
PBL教學(xué)將學(xué)習(xí)內(nèi)容置于一個(gè)問題場(chǎng)景中，通過(guò)解決這些問題，培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維和橫向思維能力，加強(qiáng)了學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生利用各類知識(shí)資源分析問題和解決問題的能力。
四 生物工程實(shí)驗(yàn)課程PBL教學(xué)面臨的問題
第一，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，PBL教學(xué)需要教師和學(xué)生付出更多的時(shí)間。PBL教學(xué)通過(guò)提出問題、收集資料、討論與歸納、論證等學(xué)習(xí)過(guò)程來(lái)解決問題，整個(gè)教學(xué)時(shí)間的預(yù)設(shè)應(yīng)具有彈性，而傳統(tǒng)的學(xué)時(shí)制授課過(guò)于僵化，無(wú)法滿足PBL教學(xué)需要。因此，需要實(shí)施靈活的學(xué)時(shí)教學(xué)，為生物工程實(shí)驗(yàn)PBL教學(xué)順利進(jìn)行提供時(shí)間保障。
第二，PBL教學(xué)對(duì)教師的綜合素質(zhì)要求高，不僅要具有豐富的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也要有良好的指導(dǎo)技能。當(dāng)前大部分高校中，一門生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程通常僅由1至2位教師指導(dǎo)，若實(shí)施PBL教學(xué)時(shí)，往往增加了教師的教學(xué)壓力，同時(shí)也降低了PBL教學(xué)效果。因此，建立實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)很有必要，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員依據(jù)教學(xué)大綱共同制定，共同授課，課程內(nèi)容的分工可由教師依據(jù)自身優(yōu)勢(shì)選定，通過(guò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能夠發(fā)揮各教師自身的優(yōu)勢(shì)，互相補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短，以提高PBL教學(xué)效果。
將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于生物工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有傳統(tǒng)教學(xué)模式不可比擬的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生經(jīng)歷了情景問題的引入、資料的收集、討論與歸納、論證等學(xué)習(xí)過(guò)程，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，而且增強(qiáng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力�？傊�，PBL教學(xué)能夠有效提高生物工程專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為生物學(xué)科的應(yīng)用型和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)提供了新的思路和方法。
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