作者简介:季高华(1977～):男,主要从事水生生物方面的教学与科研工作。
摘 要:水生生物学实验在水生生物课程体系中占有重要的位置。为提高教学质量,加强素质教育,我们对水生生物学实验进行了一系列的教学改革,包括增强实验教学的互动性、加强标本库建设、更新实验指导书、优化实验结构、改进考核方式等,有效地提高了水生生物学实验课的教学效果。
关键词:水生生物学实验教学改革
中图分类号:G642;G423文献标识码:A文章编号:1673-9795(2011)08(a)-0075-02
水生生物学作为生物学的一门分支学科,主要讲授浮游植物、浮游动物、底栖动物、底栖植物的形态、分类和生态意义,其课程体系由理论课堂授课、实验教学、野外实习实践三部分组成。水生生物学实验对于理解基础理论、培养学生发现和分析解决问题的能力,提高学生学习兴趣有极其重要的作用。水生生物学是一门形态与分类为主的学科,小到藻类的观察,大到甲壳动物的分类,都是形态观察为主。鉴于其重要性,本校对其采取了一系列教学改革措施,并从2009年开始将水生生物学实验与理论教学分离,开始作为一门独立的课程开设。目前的水生生物实验共有9次,其中浮游植物、浮游动物、底栖生物各3次实验。在水生生物学实验教学改革与实践中,主要有以下几方面的经验和体会。
1 改善实验设备,增强实验教学的互动性
1.1 传统实验教学方式效率低下
传统实验教学方法采用教师逐个辅导学生的方法,由于早期学生人数少,其教学效果也较好。近些年由于扩招学生人数剧增,采用传统的实验教学方法,由于师生比不足,教师无法顾及到所有学生的学习情况,通常一个还没辅导完,又有几个学生同时举手,教师在实验室东奔西走仍然不能满足学生需求。很多学生因为不能获得对观察结构的正确认识,或者等待时间过长而失去对实验的兴趣,或者只顾写实验报告连标本也不愿看。此外,每位学生只能在自己的显微镜下进行孤立的操作与观察,好的现象和结果不能及时共享。以上这些因素都便利传统的水生生物学实验教学效率低下,而且教师与学生的互动受限。
1.2 引入先进教学设备,改善传统教学模式
显微数码互动系统作为综合性信息技术融进高等教育的课堂,为教育现代化提供了全方位的优质技术支持,使实验教学方式产生了深刻的变革。本实验室2004年购置建立首套水生生物数码显微互动实验室。数码互动系统拥有丰富的交互模式,每个学生显微镜都配备有摄像头,通过数据线传送到教师控制电脑。教师端电脑通过软件可看到每位同学显微镜下的标本,并可放大至投影屏供全班同学观看。另外,显微镜上还配有绿色鼠标,学生可以通过手柄移动到所要指示的结构上。控制端软件上有示范模式、对讲模式、响应呼叫模式等多种互动模式可供选择,教师端电脑亦可拍照或摄像记录下学生看到的标本,极大的方便了师生之间的交流和指导。在做实验的同时,可以放一些轻音乐,创造一种舒适的学习氛围。曾有学生说:“水生生物学实验是我最喜欢的实验,每个星期都盼着到来”。数码显微互动系统有效地解决了师生比不足的矛盾,增强了学生与教师在显微结构水平上的广泛交流。由于使用效果好,实验室又建立了一套互动系统,每个学生端都配备了一套电脑,图像处理软件也具有形态学分析,测量与统计分析等多种功能,进一步提高了教学效果。目前显微互动系统在生物类实验室得到了较多的应用。
2 加强标本库建设,更好地为教学服务
标本作为理论联系实际的桥梁,对于知识的学习和掌握起着重要的作用。水生生物标本室的建设是课程建设的一个重点,标本的完备充足与否在实验教学中有着举足轻重的作用。通过标本室收藏的标本情况,可以反映一个部门科研工作的历史沿革与科学水平。
(1)标本的补充。我校虽然拥有同类高校中水生生物种类最多门类较全的标本,但是由于时间较长,标本质量得不到保障,而且经过多年的实验教学,有些标本消耗殆尽。为了更好的为实验教学服务,实验室加强了标本的整理、补充工作。近年来利用我校从事水生生物方面的研究课题较多的优势,我们加强了标本库建设,对科研课题采集的标本加以分类保存,并专门采集补充了近百种标本。
(2)加强现代化标本建设。目前的标本绝大多数是传统的浸泡标本或腊叶标本,有时也采用一些新鲜标本。浸泡标本时间一长会出现变色甚至分散的现象。而腊叶标本在保存时易氧化变色,使用时易折断、脱落。新鲜标本受时间、地域以及人力物力等因素影响较大,很难获得。现代化的标本能克服以上缺点,是下一步标本建设的方向,主要包括树脂教学标本、生物或切片的照片库、数字切片标本和电子标本建设。树脂标本是用树脂粘土制作的仿真生物标本,可按比例放大或缩小制作生物标本。对常见水生生物的整体或制作的切片拍照保存并上传至教学网站,学生可随时通过网络学习。数字切片是通过对传统切片全自动聚焦扫描、逐幅采集显微图像、无缝拼接成的数字图像,用图像浏览软件观察,可对任意位置进行放大或缩小,模拟显微镜观察,且不受时空限制。由于水生生物学中涉及到大量形态结构,仅靠语言很难描述,采用图片的方式进行讲解具有形象、直观的优势,但缺乏三维立体感和交互性,如硅藻的形态构造,壳面观和带面观的形态差异很大。在水生生物学教学中可以利用VRML构建一种既形象、直观又具有交互性的三维生物电子模型标本,可用浏览器对模型生物和组织从任意角度进行浏览。
3 更新实验指导书,满足教学需要
现在使用的水生生物学实验指导书多是数年甚至数十年前,由各学校老师自己编写的,其内容一般较陈旧,而且缺少标本图谱,难以满足现代实验教学的需要。一本好的实验指导书,所起的作用不低于一本教科书。因此,我们借鉴国内外水生生物方面一些好的实验指导书,增加一些本学科研究的最新进展,不断更新实验指导书的内容,特别是增加与实验指导书配套的水生生物学实验图谱,包括实物标本和切片照片,提高了实验指导书的质量。
4 优化实验内容结构,培养学生实验技能
水生生物学实验可分成验证性实验、综合性实验、设计性实验。以前的水生生物学实验大部分是验证性形态观察和解剖实验,是为了验证教材上已有的知识,对于学生巩固和加深理解所学内容起到了重要作用,但不利于培养学生的探索能力和创新能力。
为加强学生实验技能的培养,我们优化了实验结构,增加了综合性、设计性实验的开出率。综合性实验是一种系列实验,将形态解剖与生命活动等动态实验相结合, 观察活体代表生物的生活习性,结合解剖观察和显微镜观察,掌握代表生物的外部形态、内部构造及生理特征,对学生多种实验技能进行综合训练。设计性实验主要培养学生的独立完成实验的能力,可以由学生自主设计实验方案完成,或者参与教师的科研课题,也可在教师的指导下开展创新实验。开设设计性实验,教师需要花费大量时间对学生进行指导,学校应制定相关的制度来激发教师开设设计性实验的积极性。此外,现在的学生课程太多,如何调整培养方案从时间上加以保障也是一个难题。
5 改进考核方式,调动学生积极性
传统的实验考核方式很难全面地反映学生学习态度、对学习内容掌握的程度以及综合实验能力,因为传统的考核依据主要是实验报告,而实验报告的核心就是绘制所观察水生生物的形态结构图。在此模式下,学生在把大部分精力都放在了绘图上,而忽视了标本观察,甚至还有抄袭实验报告、实验前就已完成实验报告等不良现象发生。虽然培养生物绘图和表达能力是使学生初步具备科学研究素质的重要手段,但只强调生物绘图的考核方式是本末倒置的一种做法,实验报告不能真实反映学生的实验情况,也不利于调动学生学习的积极性。
针对传统考核方式的不足,我们对考核方式进行了改进,加强对实验能力的考核。实验中要求学生必须要及时记录实验现象及出现的问题;并充分利用数码显微互动系统的优势,对学生实验过程实时动态浏览和监控,并对制作观察的标本摄影摄像,记录的实验过程例如观察鉴定出的藻类种类数量也作为考核的依据之一。同时为巩固每次实验学到的知识,对实验过程中观察过的装片或切片在实验课结束时随机抽取,让学生观察回答问题,也作为实验成绩的依据。通过对考核方法的改革,使学生从思想上更加重视实验过程,提高了水生生物学实验课的教学效果。
通过以上几方面的改革措施,明显的改善了水生生物学实验的教学效果,提高了学生对水生生物学实验学习的积极性,但仍有许多有待完善和改进的方面,如实验指导书的进一步完善,进一步优化实验结构,加强师资队伍建设等。
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基金项目:上海市重点学科建设项目(S30701)。