马文生， 栗孟飞， 孙 萍， 马绍英， 李 胜， 李 唯， 杨德龙

(甘肃农业大学 生命科学技术学院， 兰州 730070)

PBL结合开放性实验教学模式在植物组织培养教学中的应用

马文生， 栗孟飞， 孙 萍， 马绍英， 李 胜， 李 唯， 杨德龙

(甘肃农业大学 生命科学技术学院， 兰州 730070)

基于问题的学习(problem-based learning, PBL)是一种以设置问题为基础，以学生为中心的新型教学模式。开放性实验教学也以学生为中心，教师为引导，变传统的被动学习为主动学习，全面提高学生综合素质的一种教学体系。为了提高植物组织培养课程的教学质量，我们将PBL结合开放性实验教学模式引入教学中，通过期末考试成绩和问卷调查两种方式分析教学效果。结果表明：PBL结合开放性实验教学模式激发了学生的学习兴趣，有利于学生对理论知识的掌握，增强了沟通和交流的能力，培养了自学和独立思考的能力，提高了实验操作以及科技论文撰写等方面的综合能力，取得了较好的效果，值得在植物组织培养及类似课程教学中推广应用。

植物组织培养；PBL教学；开放性实验教学；教学效果

植物组织培养是以植物生理学为基础发展起来的一门实用性较强的学科，目前已渗透到生物学科的各个领域，成为研究生物学的重要技术与手段，并广泛应用于农业、林业和医药业的产业化生产，产生了巨大的经济和社会效益[1-2]。由于其广泛应用和快速发展，目前在中国综合性院校、以及大多数农林院校均开设了植物组织培养课程，已成为生物科学、生物技术、园艺、中草药等专业的专业必修课或选修课[3]。为了解决传统教学中存在的弊端，很多学者已经对植物组织培养教学方法、内容与手段等进行了一系列的改革与探索，并取得了一定的成效[4-6]。随着中国经济的逐步发展，以及对教育经费的投入比例增加，高等院校教学设施和环境也相应地得到较大改善(比如，实验室面积增加、仪器设备的更新、经费的投入加大等)，这就为培养现代化、复合型人才提供了有利的条件。然而，这也为植物组织培养教学方法和效果提出了更高的要求。

基于问题的学习(problem-based learning, PBL)是由美国神经病学教授Howard Barrows于1969年创立的一种自主学习模式，该方法以学生为中心，以问题为导向，强调把学习设置于复杂的有意义的问题情境中，让学生通过合作交流探索解决问题，培养学生自学能力、创新能力和团队合作精神，提高学生综合思考和解决问题的能力[7-8]。目前，中国已有多所院校在不同课程中开始尝试 PBL教学法，并已取得良好的教学效果，比如，微生物学[8-9]、细胞生物学[10]、遗传学[11]等。苏颖等[12]报道，PBL教学法实施过程中主要涉及4个关键环节，即培训教师掌握PBL教学方法、基于问题的合理设计、周密的教学安排以及建立科学合理的评价标准。张文玲等[13]则认为，影响PBL教学效果的因素主要有4个方面：问题设计、教师素质、学生因素和学习资源。二者的共同点除了教师和问题设计2个因素外，还有教学的安排，即最大化地发挥学生的学习资源。随着高校改革的深入发展，人才培养模式由精英式人才培养转变为应用型人才培养，强调对学生实践动手能力和综合应用知识能力的培养[14]。开放性实验教学要求以学生为本，学生在实验教学中占主体地位，教师起引导作用，变传统的被动学习为主动学习，学生有独立活动的空间和时间来反复修正实验方案，研究实验现象，分析实验结果，从而全面提高学生的综合素质[15-16]。

基于PBL教学法和开放性实验教学法的优点，本教研室在植物组织培养课程教学中，针对2011级(127人)和2012级(114人)生物技术专业本科生(共计241人)，引入了PBL结合开放性实验教学的教学模式，旨在激发学生学习植物组织培养课程的兴趣、培养学生的综合素质，加强学生的创新思维和实践操作能力，全面提高理论教学和实验教学质量。现将教学经验总结如下。

1 教师对PBL教学方法的理解与掌握

PBL教学法与问题式教学法、讨论式教学法有所不同。所以，教师掌握PBL教学法是重要的环节[12]。首先，教师要转变教学观念，认识到学生是积极主动的学习者，教师起指导作用与决定性的作用，教学开始之前，教师要做大量的教学准备工作，以便取得较好的教学效果；其次，要深刻了解PBL教学是一整套规范的教学模式，教师不仅要制定培养目标、设计教学活动、编写教案，而且要把握教学过程、提供教学资源、正确引导和促进教学实施，最后还要对教学进行评价及总结。

比如，在讲授无菌操作章节过程中，教师可首先提出为什么要进行无菌操作的问题，学生根据自己了解的知识进行相互之间的交流与讨论，教师再根据学生讨论的结果以及提出的问题进行理论讲解，然后将学生带入无菌操作实验室进行现场参观学习，最后让学生充分理解为什么要进行无菌操作，无菌操作间设计的基本思路，无菌操作过程中需要哪些仪器、器皿、药品和耗材，无菌操作的具体步骤与注意事项等。教师采用这种“基于问题→交流要论→理论教学→实践参观(操作)”的教学方法，可有效加深学生对理论知识的掌握，更为以后开放性实验教学提供坚实的基础。

2 理论教学与实验教学的设置

长期以来，普通高等院校的植物组织培养课程重视理论知识讲授，忽视专业知识在实践生产中的应用，导致学生知识面较狭窄，动手能力较差，与实际需求严重脱轨[1, 17]。本教研室将植物组织培养课程(共计56学时)设置进行了调整，由原来的理论教学42学时，实验教学14学时(理论∶实验=3∶1)调整为理论教学28学时，实验教学28学时(理论∶实验=1∶1)，在注重理论教学的同时，提高学生实验教学的学时数。

3 基于问题的合理设计

PBL教学的特征是基于问题的学习， 因此问题的设置是 PBL 教学的核心[18]。曹媛媛等[8]研究认为，问题的设置应遵循3个主要原则：1)问题的设置要以课程教学目标为基础；2)问题应与现实生活紧密联系；3)问题应难易适中。根据以上PBL教学的特征以及主要原则，本教研室分别从理论教学和实验教学2个方面对问题进行合理的设计。

例如，在理论教学方面，我们会提出如下问题：植物组织培养应用范围有哪些？植物组织培养的优点有哪些？影响植物组织培养的环境因素有哪些？为什么不同的基因型植物需要不同的激素种类和浓度？同一外植体在不同的激素种类和浓度诱导下会产生哪些不同的效果？如何借助植物组织培养进行生物制药？如何借助植物组织培养进行作物种质保存与改良？根据以上问题的设计，借助教师的课堂讲授、学生的课外文献资料查阅(比如，www.cnki.net、www.wanfangdata.com.cn、http://lib.cqvip.com等)，让学生进行自主交流与讨论，并对讨论结果以综述性论文的形式进行撰写与提交，逐步让学生形成系统的理论知识结构。

比如，在提出植物组织培养应用范围有哪些的问题中，旨在让学生形成全面的知识网络(见图1)，了解植物组织培养不仅仅处于表明的快速繁殖、愈伤组织诱导、细胞悬浮培养等，而更为重要的是深入了解植物组织培养在生物学研究(比如，植物抗逆品种快速筛选、功能基因筛选、转基因植物育种等)以及生产中(比如，植物次生代谢产物生产、茎尖脱除病毒、种质保存与利用等)的重要性。

图1 植物组织培养在农业生产中的应用范围

4 开放性实验教学

为了加深学生对理论知识的掌握，激发学生学习的热情，提高学生查阅文献、设计和完成实验的能力，培养学生小组团队合作的精神，同时充分发挥有限的教学资源，我们在PBL教学的基础上，采取了开放性实验教学模式。在植物组织培养开放性实验教学过程中，我们主要遵循以下4个原则(见图2)：

图2 植物组织培养开放性实验教学过程中遵循的4个原则

1)实验内容的连贯性与应用性。实验的连贯性有利于学生对理论知识的掌握，要求学生完成如下步骤：外植体的选择→灭菌→激素选择与配比→培养基制作→接种→结果的观察、照相或检测→根据结果进行实验调整或分析等。实验的应用性要与现实生活紧密联系，通常我们会让学生结合参与教师的科研或自主申请的大学生课外学术(SRTP)项目开展开放性实验。

2)学生独立设计实验方案。在保证实验内容连贯性与应用性的基础上，学生自主选择实验对象，然后独立查阅文献资料，根据实验目的(比如，组培快繁、胚性或非胚性愈伤组织诱导、毛状根诱导、茎尖脱毒等)进行实验方案的详细设计，其中包括实验时间的安排、所用仪器名称与耗材数量、药品的配制方法与过程、实验的预期结果与检测方法等。

3)教师的启发与指导。根据学生独立设计的实验方案，教师应遵循维果茨基提出的“最近发展区”原则，即经过教师的启发引导，学生认真思考和讨论，最终自己能够解决的问题[19]。首先，教师根据学生设计的实验方案，结合学生所学知识与能力，以及实验室的资源进行相应的调整与修改，以保证实验的顺利开展与按期完成；另外，教师还应考虑学生的知识水平与实验的难易程度。

4)课程成绩的考核。在课程成绩考核过程中，为了更好地激发学生的学习热情，实验结果与课程成绩应直接相关。课程成绩的体现应考虑以下几个方面：实验过程中出勤率与安全性，实验结果完整性，实验报告的撰写与分析，实验结果到科技论文的转化(比如，是否在中国科技论文在线www.paper.edu.cn提交或发表论文)等。

5 教学效果评价

为了客观地评价PBL结合开放性实验教学的教学效果，我们在教学结束后，以2010级生物技术专业本科生(总学时56，理论:实验=3:1，人数110)传统教学模式下期末考试成绩为对照，分别对2011级(127人)和2012级(114人)生物技术专业本科生(共计241人)采取了期末考试和问卷调查2种评价方式，评价结果见表1(期末考试成绩比较)和表2(问卷调查评价)。

从表1可以看出，在PBL结合开放性实验教学模式下，2011级和2012级的期末考试平均成绩分别为77.65和78.92分，明显高于传统教学模式下的2010级平均成绩70.28分；另外，PBL结合开放性实验教学模式下90～100分、80～90分以及70～79分数段的比例，相对于传统教学，也得到明显提高；同时，随着教师授课经验的积累，2012级的平均成绩、高分分数段(90～100分和80～90分)比例相对于2011级也相应增加。

对2011级和2012级生物技术专业本科生241名学生进行无记名教学效果问卷调查，结果如表2所示。95%以上的学生认为PBL结合开放性实验教学模式能够提高实验动手操作能力；80%以上的学生认为能够增强同学之间沟通和相互交流能力、培养自学能力和独立思考能力、有利于理论知识的掌握，形式新颖，提高学习积极性；70%以上的学生认为提高文献查阅检索能力，拓宽知识面，能够提高科技论文写作水平，有利于师生相互沟通，该教学模式有益。

表1 PBL结合开放性实验教学与传统教学模式下期末考试成绩比较

表2 2011和2012级学生对PBL结合开放性实验教学模式的教学效果评价(n=241)

6 结语

为了提高植物组织培养课程教学质量，激发学生学习的积极性，提高学生的综合素质，培养现代化和复合型的人才，近2年来，我们进行了理论和实验教学改革与探索，将PBL结合开放性实验教学模式引入教学中，受到了学生的欢迎与好评，获得了较好的教学效果。实践结果表明，通过PBL结合开放性实验教学，激发了学生学习的兴趣，有利于学生对理论知识的掌握，有益于学生之间的相互交流和讨论，能够培养学生独立思考和解决问题的能力，提高了实验动手操作能力，以及科技论文撰写等方面的综合能力。但PBL结合开放性实验教学中也存在一些普遍性的问题：比如，学生基础知识掌握水平参差不齐，开放性实验耗时太多等[13,16]。总之，PBL结合开放性实验教学模式是一种实用与完备的教学方法，值得在植物组织培养及类似课程教学中推广应用。

[1]陈泽雄,刘奕清. 产业化背景下植物组织培养课程教学改革探索[J]. 重庆文理学院学报：自然科学版, 2010, 29(4):83-85.

[2]赵永秀,刘铁梅,张瑞霞,等.《植物组织培养》实验教学实践与体会[J]. 实验科学与技术, 2012, 10(6):116-117,134.

[3]李 青. 观赏植物组织培养教学研究与体会[J]. 中国现代教育装备, 2011, 17: 66-68.

[4]洪森荣,尹明华. CBL教学模式在植物组织培养教学中的应用[J]. 河南农业, 2011(8): 23-24.

[5]李颖岳,荆艳萍,李 云. 现代教育技术手段在植物组织培养教学中的实践[J]. 高校生物学教学研究：电子版, 2012, 2(4):44-46.

[6]洪森荣，尹明华，徐卫红，等. 植物组织培养教学中多媒体和 PBL 教学模式的应用[J]. 广东农业科学, 2010(5):299-230.

[7]Schmidt H G, Rotgans J I, Yew E H J. The process of problem-based learning: what works and why[J]. Medical Education, 2011, 45: 792-806.

[8]曹媛媛,张 明,唐欣昀,等. PBL教学法在微生物学教学中的应用[J]. 生物学杂志, 2013, 30(4):97-99.

[9]王 芳. PBL教学法在微生物学实验教学中的应用与效果评价[J]. 实验室科学, 2009, 4:49-50.

[10]方 瑾,于 敏,张惠丹,等. 构建多元化的细胞生物学PBL教学模式[J]. 中国细胞生物学学报, 2013, 35(1):104-109.

[11]杨少辉. PBL(Problem-based learning)法在遗传学研究生专业课教学中的应用与探索[J]. 生物学杂志, 2011, 28(4):102-103.

[12]苏 颖,李 霞,岳冬辉,等. PBL教学法实施过程中的4个关键环节[J]. 辽宁中医药大学学报, 2009, 11(12):10-11.

[13]张文玲,冯 晓,刘艳林. PBL教学法教学效果的影响因素分析[J]. 中国高等医学教育, 2010(8):116-117.

[14]张晓娟,周建军,赵 辉,等. 生物工程专业开放性实验教学模式的探索[J]. 实验室科学, 2012, 15(2):25-28.

[15]曾卫东, 张才乔, 米玉玲, 等. 开设自主性实验 培养学生的创新能力[J]. 实验科学与技术, 2011, 9(5):114-115,124.

[16]栗孟飞, 杨德龙, 李 唯. 生物制品专业综合性实验教学改革与探索[J]. 生物学杂志, 2013, 30(2):98-101.

[17]孙翰昌,朱建勇,杨 帆. 应用型本科院校生物技术专业建设的思考[J]. 重庆文理学院学报:自然科学版, 2010, 29(1): 99-102.

[18]Ciraj A M, Vinod P, Ramnarayan K. Enhancing active learning in microbiology through case based learning: experiences from an Indian medical school [J]. Indian Journal of Pathology and Microbiology, 2010, 53(4):729-733.

[19]俞 颖,李 晓,黄丽丽,等. 浅谈 PBL 教学模式下教师的重要性[J]. 西北医学教育, 2012, 20(1) : 116-126.

Application of PBL combined with open experiment in teaching of plant tissue culture

MA Wen-sheng, LI Meng-fei, SUN Ping, MA Shao-ying, LI Sheng, LI Wei, YANG De-long

(College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Problem-based learning (PBL) is a problem-based and student-centered new teaching model. Open experimental teaching is a comprehensive quality teaching system with student-centered, teacher-led and traditional passive learning into active learning. In order to improve the teaching quality of plant tissue culture, the teaching mode of PBL combined with open experimental was introduced into the teaching course, and the teaching effects were analyzed by the final examination and self-evaluation investigation questionnaire. The results showed that the teaching mode of PBL combined with open experimental could stimulate students′ learning interesting, help students to master the theory knowledge, enhance the ability of communication and interaction between students, improve their self-study ability, independent thinking ability, experimental operation ability and comprehensive ability of scientific paper writing, etc, all of which indicates that the new teaching mode of PBL combined with open experimental could effectively improve the teaching quality. It is worthy of popularization and application in the teaching of plant tissue culture and similar courses.

plant tissue culture; problem-based teaching (PBL); open experimental teaching; teaching effect

2014-11-17；

2014-11-21

甘肃农业大学教学研究项目(2014-21)；甘肃农业大学教学研究重点项目(2014)；甘肃农业大学教学团队建设项目(2014)

马文生，实验师，主要从事生理学实验教学与科研工作；

栗孟飞,讲师,博士,主要从事植物逆境生理与细胞工程教学与科研工作，E-mail:lmf@gsau.edu.cn。

Q943.1; G633.91

C

2095-1736(2015)05-0104-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.05.104