万田英 张捷 陈秀华 张丽梅

摘要 指出了传统环境生物学实验教学的缺点，提出了解决这些问题的4种教学模式（“互联网+”、虚拟仿真实验教学、问题导向式教学、E-Learing）。依托农业资源与环境湖北省重点实验教学中心，介绍了这4种教学模式在环境生物学实验教学中的应用，包括引入实验项目的设计、实验方案的探索、实验课程的考核、问卷反馈等。这些措施优化了课程内容，拓宽了教学范围，激发了学生的学习兴趣，提高了实验教学效果。

关键词 环境生物学；互联网+；虚拟仿真；PBL；E-Learing

中图分类号 S-01文献标识码 A文章编号 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

環境生物学是环境类专业的一门基础课程，其理论和研究方法对后续课程的学习、学科深层次研究等方面有着十分重要的作用[1]。该课程知识面广、实践性强，需要学生有扎实的知识基础。同时，随着环境科学的快速发展，环境生物学及与之相配套的实验课程在理论知识、研究方法、技术手段等方面不断更新。笔者结合我国大陆高校环境生物学实验课程目前存在的问题，分析了解决这些问题的4种教学模式，根据华中农业大学环境生物学实验课程在此次教改中采取的措施与效果，探讨了实验课程的改革与途径。

1 目前环境生物学实验教学中存在的问题

比较英国、美国及我国港台地区主要高校环境生物学实验课程建设现状，发现我国大陆高校该实验课程建设存在以下问题。

1.1 分散式实验教学

传统的环境生物学实验是环境生物学理论课程的部分内容，根据理论课程的教学进度安排，将相应的实验内容安排在理论教学后。这种模式可以将理论教学和实验教学紧密结合，但由于实验课时分散，单个实验项目学时有限且各实验项目的内容相对独立，难以在实验教学过程中进行综合性实验技能训练，不利于学生对实验连续性及系统性掌握与应用，从而降低了学生对综合实践能力的培养力度[2]。

1.2 实验课程内容更新慢

对比很多高校环境生物学实验课程的实验项目设置，发现许多实验项目都采用十几年前确立并一直沿用至今的方案，这与实际存在的环境问题严重脱节，学生不能将所学实验内容与当前实际环境或面临的环境问题有机结合，导致实验效果较差。

1.3 实验课程内容不全面

由于课时、实验室硬件设施等条件所限，导致环境生物学实验课程内容覆盖不全面，尤其是环境污染物的分析通常需要使用大型仪器（如原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪等），而大型仪器数量往往只有1～2台，容易出现因大型仪器数量少、学生数量多而导致的教学效果不好、学生积极性不高的问题。

2 解决这些问题的4种教学模式

2.1 “互联网+” 2015年，李克强总理在第十二届全国人民代表大会第三次会议上提出了“互联网+”行动计划，而该计划的一个重要组成部分就是将“互联网+”与传统教育相结合，更新原有的教育观念及教学环境，提高教学效率与教学质量[3]。将“互联网+”尤其是移动互联网应用于实验教学可为学生的自主学习提供丰富的信息资源，使学生探讨有关实验问题变得方便快捷。

2.2 虚拟仿真实验教学

教育部计划于2017—2020年在普通高校开展1 000个示范性虚拟仿真实验教学项目的建设工作。虚拟仿真实验教学是基于网络环境下的实验教学系统，为学生搭建类似于实际实验的虚拟环境[4]。对由于部分因课时、经费或实验室硬件条件等因素所限不能在教学实验室开展的实验项目，可采用虚拟实验教学作为有效补充。在节省资源的同时，学生可以选择实验项目，提高学生的学习主动性。对大型仪器而言，当实验内容确定后，可以通过调用不同的仪器操作单元，组成不同的实验，而不必增加造价昂贵的大型实验设备。

2.3 问题导向式教学（problembased learning，PBL） 问题导向式教学（PBL）作为以问题为基础的教学模式，将学习设置于相应的问题情境中。这种模式首先由教师或学生提出问题，针对问题，学生分小组进行下一步工作，包括资料查找、讨论并提出实验方案、教师修改、实验操作，最终解决实验问题[5]。这种模式有助于增强学生对课程知识和当前热点问题的理解，激发学生的学习热情，提高教学质量并锻炼实验技能。

2.4 E-Learing

美国教育部于2000年阐述了E-Learing的意义，包含嵌入性（Embed-Learing）、探索性（Exploration-Learing）、投入性（Engaged-Learing）、体验性（Experience-Learing）、趣味性（Excitement-Learing）、有效性（Effective-Learing）和提升性（Empowerment-Learing）的学习[6]。E-Learing通过现代信息技术的学习与教学，实现一种全新的沟通机制和学习方式，从而改变传统教学中教师的作用、师生之间的关系及教学结构。

3 对策与措施

华中农业大学环境生物学实验课程开设所在实验室为农业资源与环境湖北省重点实验教学中心。环境生物学实验作为一门独立课程，在学校2016年教学改革中，将“互联网+”、虚拟仿真实验教学与PBL、E-Learing相结合的混合教学模式应用于环境生物学实验教学中，并从以下教学阶段进行实施（图1）。

3.1 实验项目的设计

采用PBL教学模式，根据当前存在的环境热点或敏感问题，结合已学的环境生物学理论知识，通过课堂讲授、师生互动、分组讨论等方式，准确掌握学生的兴趣，师生共同确定拟解决的某个环境问题；学生对此环境问题进行资料研究，利用移动APP等“互联网+”方式或传统的图书馆查阅相关资料，研究如何将其与实验教学有机结合，将环境问题转化为具有可操作性的实验教学内容，并通过微信、QQ等互联网通讯手段与教师反馈交流，实现E-Learing；移动APP与环境生物学实验教学相结合，可以让学生适时关注APP学习教师推送的实验方案、参考资料、论文等实验课程相关信息，利用“互联网+”将最新的教学资源及时传达给学生，方便学生的学习[7]。另外，实验教学中心的网址为http：//nyzyhj.hzau.edu.cn/，学生可登陆该网站查阅相关资料，并在师生互动版块与教师展开咨询与交流。对于因实验室硬件条件等因素所限而不能顺利开展或开展效果较差的实验项目，开展虚拟实验教学项目作为补充，从而进一步扩大知识范围。

3.2 实验方案的探索

在此阶段，学生分组根据确定的方案進行实验。2017年，依据PBL，结合“互联网+”、E-Learing的混合教学模式，经过师生共同探讨，最终实施的实验项目包括苯酚降解菌的培养与降解率的测定、空气中微生物检测、植物抗逆性测定实验及叶绿素a的测定等。其中，植物抗逆性实验涉及到重金属镉等元素的浓度测定，需要使用原子吸收光谱仪，该仪器属于大型贵重仪器，学院大型仪器平台（湖北省先进机组）只有1台。传统的实验教学，由于受仪器台套数的限制，不可能让每位学生完成整个操作过程练习，不利于学生对课程的掌握和仪器的熟练操作。为此，开设了原子吸收光谱虚拟仿真实验，学生可以根据实验大纲要求提前预习，并进行大型仪器操作模拟实验，虚实结合，使学生更好地掌握原子吸收光谱仪的原理、基本结构与操作要点，学习分析测试条件的选择技术，提高学生科学使用仪器分析样品的能力。通过虚拟仿真实验教学系统较好地解决了大型仪器数量少的问题。

3.3 实验课程的考核

环境生物学实验课程考核学生对理论知识、基本操作技能与实际运用能力的掌握，重点考核学生对项目实施方案的制定和发现问题、分析问题并解决问题的能力。学生根据实验结果，独立撰写实验报告，并通过再次查阅资料对实验数据进行分析，提出个人看法；教师根据学生的实验报告及前期的实验方案设计、实验操作步骤等环节表现进行打分，综合评定学生的考核成绩[8]。例如，原子吸收光谱虚拟仿真实验的成绩由实验技能成绩、实验报告成绩和过程考核成绩组成，其中平时成绩占50%，考试成绩占50%（实验操作30%，实验报告与结果20%）。

3.4 问卷反馈

环境生物学实验课程结束后进行问卷调查，综合问卷调查结果，分析与总结本年度实验教学的优点与不足，将学生实验过程中遇到的问题反馈到课程教学模式中，修改并完善实验内容和模式，调整与优化实验教学方案，并应用到下一届的实验教学环节中。

4 结论

以“互联网+”为主线，结合虚拟仿真实验教学与PBL、E-Learing教学模式，并应用于环境生物学实验教学中，能够充分发挥教师的主导作用和学生学习的主动性、积极性与创造性，缩小学生与教师之间的距离，有效解决了教学中存在的问题及传统的分散式实验教学模式不可避免的缺陷与不足，突破了实验室硬件限制，拓宽了教学范围，激发了学生的学习兴趣，从而促进创新人才的培养，不断优化环境生物实验课程内容，改革教学方法，对于提高环境类人才培养质量具有积极作用。

参考文献

[1] 赵晓祥，杨再福，宋新山.“环境生物学”创新性课程体系建设探索[J].大学教育，2013（）：41-4 82.

[2] 肖红霞，陈美莲，陈惠卿. 改革“传统”实验模式 开放与共享实验室资源的研究[J].实验室研究与探索，201 31（8）：401-404.

[3] 李晓.“互联网+”背景下农林学科细胞生物学教学改革的探索[J].安徽农学通报，2016，22（18）：146，149.

[4] 袁小平.电工电子虚拟仿真实验教学中心建设的研究与探索[J].实验室研究与探索，2017，36（12）：164-167.

[5] 刘春城. PBL教学模式在工程训练教学中的探索与实践[J].实验技术与管理，201 29（4）：158-161.

[6] 霍丽娟，钱天伟.PBL与E-Learing混合教学模式应用于环境生物学实验教学[J].山西煤炭管理干部学院学报，2014，27（1）：115-117.

[7] 李玲. 教育APP在高校课程教学中的应用研究[D].锦州：渤海大学，2017：1-2.

[8] 王雯，李爱爱，冯雅健，等.环境生物学实验课程教学改革探索[J].中国轻工教育，2016（5）：67-70.