PBL 教学模式在生物化学与分子生物学实验课教学中的应用论文

 

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　　摘要：为了提高学生的实践动手能力，培养其科研思维和创新精神，文章在阐述相关背景的基础上，从师生要求、问题设计、具体流程、深度反思四个方面对PBL教学模式在生物化学与分子生物学实验课教学中的应用进行了论述。

　　关键词：生物化学与分子生物学实验课教学；PBL教学模式；问题设计

　　生物化学与分子生物学(以下简称“生化”)作为一门医学基础课程，是培养学生科研思维和综合素养的基石。而实验课是生化课程的重要组成部分，具有实践性和探索性的特点[1]，且在提升学生动手能力和科学实践能力方面，发挥着理论课教学无法替代的作用。生化实验课教学不仅能促进学生对书本知识的理解，还能培养学生的科研思维和综合素养，有利于学生的长足发展。因此，生化实验课在教给学生实验原理和方法之外，还要培养学生的科研思维和综合素养。传统的教学方式注重课堂效率，将基础知识和技能“灌输”给学生，但不能有效激发学生自主学习和思考的热情，因此很多医学院校已将PBL(Problem-BasedLearning)教学模式应用于生化实验课教学中，以激发学生的学习热情，培养其科研思维和创新精神[2]。

　　一、相关背景
　　
　　传统生化实验课采用“教师教、学生学”的教学模式，导致学生被动地接受知识[3]，缺少自主学习与思考。而且由于条件制约，教师在演示实验时，可能有十几个学生同时观摩，导致部分学生难以观察到操作细节，影响了其对实验步骤的理解及自主操作。另外，在一些医学院校的调查中发现，由于课程设计和时间限制，教师的讲授有时不够细致全面，可能造成学生的需求与教师的讲授之间的脱节[4]。显然，传统的实验教学模式已不能满足当前高素质人才的培养要求，因此越来越多的医学院校将PBL教学模式引入生化实验课教学。

　　PBL教学模式由美国神经病学教授巴罗斯于1969年在加拿大麦克马斯特大学首创，目前已成为国际上较流行的一种教学模式[5]。它从根本上打破了以教师和教材为中心的传统教学模式，而是以解决问题为驱动，需要小组成员通力合作完成学习[6]。PBL教学模式的实施主体一般是1位教师和10名学生，以一个案例创设情境，学生通过自主思考、搜集资料等方式解决案例引发的问题。教师的任务不是公布答案，而是适时提供指引、启发思考，引导学生自主解决问题[7]，并客观正确地记录学生的表现，及时进行评价反馈。概言之，PBL教学模式能有效增强学生的学习自主性，培养学生解决问题的科学思维，全面提升学生素养。

　　二、PBL教学模式在生化实验课教学中的应用

　　(一)师生要求

　　在PBL教学模式中，教师的角色不同于传统教学模式中的“知识灌输者”，而是起着引导讨论方向与内容、控制讨论时长与范围、评价反馈课堂表现的作用。鉴于PBL教学模式强调知识综合应用能力的特点，进行PBL教学的教师不仅要具有理论教学经验，了解教学大纲的重点，还要有临床、科研背景，从而有能力结合临床和科研实际，带给学生更有现实意义的引导。PBL教学中，与学生的交流是教师工作的主要内容，且这种交流不同于传统课堂的“单向”沟通，这就要求教师时刻关注课堂，关注学生的个体差异，从而选择最佳的沟通方式，并以平等的姿态与学生进行讨论，而非单纯传授知识，以便营造一种共同学习、共同进步、轻松活跃的课堂氛围。同时，教师要注意给予学生适当的肯定和鼓励。如在研究胰岛素和肾上腺素对家兔血糖浓度的影响这一实验中，部分学生可能因为动手能力不强而产生畏惧心理，不敢对家兔进行心脏取血，或者在操作中畏畏缩缩，反而造成实验失败，甚至导致家兔死亡。此时，教师要通过鼓励和引导让学生恢复自信，从而使其以积极的心态更好地完成实验[8]。在课后评价反馈时，教师也应做到公正客观，力求对学生做出真实的评价。另外，PBL教学还是一个教学相长的过程，教师要有较强的教学反思能力，在教学过程中时刻关注学生的反应，及时解决学生存在的问题，与学生共同成长、共同进步。
 

　　(二)问题设计

　　PBL教学模式以问题为导向，因此问题的设计策略是教师教学时应当考虑的重点。考虑到生化实验课面对的是仍在学习基础医学知识的本科学生，故问题设计要能引起学生兴趣，同时应通俗易懂、由浅入深，以推动学生的思维逐层深入[9]。第一个问题不应太过深入，要能自然切入课程的重要知识点，使学生带着疑问进行探索，并以答案引出课程重点，从而激发学生的探索欲；接下来问题应当聚焦于课程主要内容，与课程安排的实验密切相关；最后要以问题促使学生拓展思维，引导学生了解、思考或自主设计其他实验方案，也可以加入人文问题，使学生树立正确的科研价值观。例如，以三聚氧胺奶粉事件为情境设计案例，问题首先应从案例本身切入，如“添加了三聚氧胺的奶粉，其蛋白质含量不符合国家标准，但是为什么可以通过检测”。学生通过查找资料和思考，可以得出“常用的蛋白质测定法‘凯氏定氮法’通过测定氮含量来推算蛋白质的含量，而三聚氧胺可以提高奶粉的含氮量，从而使奶粉满足检测标准”的答案，这样就自然引出了课程的重点“凯氏定氮法”。接下来的问题则应针对“凯氏定氮法”本身进行设计，如实验原理、实验步骤、实验中的注意事项等。最后还应回归案例创设的情境，提出案例引申的问题：“如何避免三聚氧胺奶粉事件的再次发生？”引导学生查找和思考能准确、严格反映样本蛋白质含量的检测方法，并对其他检测方法进一步学习，这样能促使学生对此事件进行反思，增强科学责任感。

 

　　(三)具体流程

　　PBL教学模式一般是10名学生配备1位教师，但是考虑到实验教室和学生总人数等客观因素，可以每个实验教室安排4~5组学生，每组4~5人[10]，且在有条件的情况下可以安排2~3名研究生辅助教学[11]。下面将以生化实验课中凝胶柱层析法分离血红蛋白与DNP-胰糜蛋白酶实验为例，具体讲解PBL教学模式在生化实验课教学中的应用。

　　授课前一周，教师将具体案例和思考题发布在超星学习通平台上，要求学生阅读案例，并通过自主思考和查阅资料初步完成思考题。案例的发布旨在创设情境，引起学生的共鸣和学习兴趣，如“蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分。人体中蛋白质的种类很多，它们性质各异，在生命活动中担任着不同的角色。研究生小王拿到了一份血样，需要将血红蛋白和DNP-胰糜蛋白酶分离。根据实验室现有设备，他选择了凝胶柱层析法进行分离”。思考题的具体内容包括但不限于实验原理、实验步骤、实验中可能出现的问题与误差及其解决方式，如“首先流出层析柱的是血红蛋白还是DNP-胰糜蛋白酶？”“实验过程中为何要保持胶床面不露出水面？”“为什么样品分离时要控制滴速？”等，也可以添加一些拓展问题，如“你还知道哪些分离蛋白质的方法”，使学生不局限于案例提出的实验方案，从多个角度思考解决问题的方法，以开阔学生的视野和思维。

　　教学环节可分为四个部分：①学生以小组为单位，针对课前思考题进行20~30分钟的汇报与讨论，在此过程中提出的新问题应首先进行思考，不能解决的新问题可进行总结与记录，且教师要对教室内所有小组提出的新问题进行汇总整理；②教师讲解实验方法，在讲解过程中可以对思考题进行深入提问，引发学生进一步的思考，如“首先流出层析柱的是血红蛋白，为什么？”；③学生进行实验操作，在此过程中教师要积极巡视，适时启发学生发现和解决问题[12]，并对学生遇到的困难给予适当的帮助，即注重引导而非直接教授，如有些学生设置的滴速过快，教师不应一味地在实验时提醒其注意，甚至手把手地予以调节，而应在实验后出现分离效果不佳时，引导学生对实验结果进行反思和总结，将控制滴速与分离效果相联系，从而让学生更好地理解实验失败的具体原因；④各组对实验结果进行反思与总结，以本实验为例，学生可以将本组的分离结果与其他组进行比较，这样就能够直观地感受到实验结果的成功与否，再结合本组在实验过程中对每个细节的把握程度，就能对自己的疏漏之处有更深刻的反思。课程结束后，学生要及时对自己及其他组员进行客观且真实的评价，具体可从课堂活跃度、实验参与度、细节完成度等方面进行评价。这种评价不仅是打分，而且要给予相应的理由，指出自己及其他组员的长处和不足，并从中取长补短，以促使自身不断进步。另外，对于各组在实验过程中遇到的问题，教师可以进行统一讲解，但仍要以启发和引导为主；如果遇到一些认为有思考价值的问题，则可以作为课后思考题发布在超星学习通平台上让学生进行讨论。
 

　　此外，为了提高课堂效率，如果有些实验的课前思考题涉及实验方案，组员应当在课前交流各自的方案，每组总结出一种方案，并选取代表在课堂上向其他组汇报，之后组内讨论比较各组方案的优缺点，并根据教师讲解的实验方法进行改进。应用PBL教学模式后，实验课的成绩评定方式也要做出相应改进。针对PBL教学模式的特点，教师应当更注重过程性评价。除了传统的考勤分数和期末成绩，平时实验成绩的分数应占实验课总成绩的50%以上。平时实验成绩主要包括课前预习情况(主要参考学生对课前发布的思考题的完成情况)、课堂讨论表现(主要参考每次课程结束之前自我评价、组员互评和教师评价的结果)、实验操作、实验报告和课后作业五个部分的评价。概言之，注重平时实验的成绩，有助于提高学生的课堂参与度，激励学生积极思考和踊跃发言，激发学生学习热情，使学生能主动思考问题、动手参与实验，并且对课堂气氛和教学效果也有良好的促进作用。

　　(四)深度反思

　　虽然PBL教学模式取得了一定的成效，但是仍存在一些不容忽视的问题。首先，PBL教学中，学生需要充足的时间进行讨论交流，这样对问题的发现和解决才能足够全面且透彻[13]。有研究发现，若每次实验课为4学时可采用PBL进行教学，而2学时的实验课则由于时间受限，很难达到预期的教学目标[14]。例如，在SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分离血清蛋白实验中，其中的电泳步骤在正常情况下需要0.5~1小时，染色步骤需要2~4小时，若要学生严格按照步骤进行实验操作，加之课前课后的讨论、反思和互评也需要一定的时间，可见学生要想在学时受限的条件下完成教学任务往往难上加难。这就需要学生做足课前准备，适当缩短讨论补充环节的时间，且在实验时思路清晰、少犯错误，以提高课堂效率，还需要教师有较好的时间把控能力；在课余时间可开放有条件的实验室，供有较强科研探索欲且通过实验室安全知识考核的学生进一步学习，同时应配备一定数量的教师予以指导。其次，受到实验室及实验器材等客观条件的限制，在应用PBL教学模式提出问题、分析问题、在理论上解决问题之后，具体的实验操作还是要结合传统的教学模式完成[15]，如对家兔进行心脏内取血时，由于家兔数量有限且出于安全考虑，教师仍需演示操作流程并强调注意事项，不能让学生完全独立自主进行操作，这在一定程度上也说明PBL教学模式的应用并不彻底。要解决这一问题，教师可以应用线上虚拟实验平台，这能在节约成本、保证安全的同时，使学生得到更多的实验机会。再次，一些学生可能习惯了传统教学模式，在进行PBL教学时的参与度不高、积极性不强，主要依赖其他组员提出实验方案、解决实验中遇到的问题、进行实验操作，“搭便车”得到实验结果、完成实验报告，如此便觉得大功告成。要解决这一问题需要一定的激励措施(如根据实验参与度进行打分)，即教师需要予以鼓励，使学生获得集体归属感和成就感，还要避免学生产生消极怠工的想法。最后，师资水平也是决定PBL教学效果的重要条件，部分教师虽然有多年理论课教学或传统生化实验课教学的经验，但PBL教学经验不足，这时就需要对教师进行培训，且在教学过程和期末增加师生互评的环节，激励教师进行自我反思与改进，从而提高其教学能力和各项素质。

　　三、结语

　　目前，PBL教学模式仍处于不断发展中，如有学者提出了将基于问题的学习和基于项目的学习结合的“双PBL”教学模式，即对于理论课采用问题导向PBL教学模式，对于实验课采用项目导向PBL教学模式，以此提升学生的创新能力[16]。另外，将PBL教学模式与其他创新的教学模式取长补短综合应用，并以线上教学平台为辅助，充分利用各种先进教学资源，建设教学资源库，进行混合式教学[17]，也将成为未来生化实验课教学的发展趋势。

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