王旺田,武军艳,王宝强,周香艳,王翠玲

(1.甘肃农业大学 生命科学技术学院,甘肃 兰州 730070;2.甘肃农业大学 农学院,甘肃 兰州 730070)

笔者根据教育部《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》文件精神[1],在“能源植物培育与利用”课程开展案例教学,引导学生多读书、深思考、善提问、勤实践,拓宽学生视野、丰富知识,培养学生独立思考、团结协作、举一反三及创新思维的能力,从而服务地方经济发展。“能源植物培育与利用”是甘肃农业大学生命科学技术学院生物技术生物质能方向的一门专业核心课程,是应用型课程,在培养学生的实践能力和应用能力方面,该课程的地位尤为凸显。目前,对案例教学法的研究主要侧重于以生活实践为背景的案例的实践研究[2],而以专业案例进行教学的实践研究较少[3]。

本文依托“能源植物培育与利用”课程实践改革,对该课程利用案例教学法的优势、案例教学在该课程中的组织实施、案例教学体系完善、案例教学效果分析及案例教学反思等四个方面进行了探索,以期通过提升教学效果为同类课程的教学改革提供参考。

一、案例教学法在能源植物培育与利用课程中的优势

案例教学法是指导教师根据教学目标和教学内容,对教学内容提炼形成案例,在学生掌握课程基本知识的基础上,以教师为主导,引导学生进行案例分析,通过小组讨论、师生互动等形式,发挥学生的能动性和参与性,提高学生分析问题和解决问题的能力,使学生掌握相关的理论知识的教学方法[4]。通过该课程的案例教学,总结存在的优势有以下四个方面。

(一)案例教学有利于激发学生解决实际问题的兴趣

鉴于“能源植物培育与利用”理论的枯燥性,在讲课过程中引入动态的视频材料,将植物的生长过程形象化、连续化,改变传统的用静态讲动态的课堂讲授方式,用动态描述静态,用特例阐述规律,通过逻辑推理,总结归纳,升华理论知识,调动学生学习的兴趣,激发学生对案例教学的热情,从而激发学生应用掌握的知识解决实际问题的强烈欲望。针对案例具有的问题性、实践性和启发性,在讲授“油莎豆的栽培技术”一节时,涉及油莎豆水肥部分内容,以2016年朱俊岭的研究“不同水分处理条件对油莎豆叶片生理指标及块茎品质的影响”为内容,在分析原研究问题的基础上,搜集油莎豆相关素材编写案例,提出“油莎豆不同生育时期生理调节物质含量对品质有何影响?”这一问题,让学生提取案例中的数据进行分析,培养学生理论联系实际的能力,激发学生的探索能力,让学生体会到学习知识是用来解决问题的,在解决问题中体验理论知识的价值。

(二)案例教学有利于调动学生的主体地位

案例教学不同于传统教学,在教学过程中,老师和学生的沟通渠道、师生地位存在明显的区别[5]。在案例教学的整个过程,涉及案例的收集、案例呈现、案例解读等环节,在每一个环节中,教师启发、引导学生参与这些工作,让学生处于探索问题、解决问题的主动地位,突出学生的主体性,改变了教师单向输出的局面,特别是案例呈现和解读环节,每个学生都参与到案例的预习、思考、总结、讨论及辩论等过程中,调动学生的主体地位,培养学生分析问题和解决问题的能力。比如在“甜高粱秸秆发酵制燃料乙醇”案例中,学生可以联系“生物质秸秆炼制技术与案例分析”中涉及的知识经验,以在已有案例中呈现的问题和解决问题的思路为导向,学生自主建构知识框架,在讨论交流环节实现师生间、学生间的双向交流,进一步深化学生对问题的认识与理解,促进学生积极主动学习。

(三)案例教学有利于求同存异

能源植物比较多,但是种类比较少,通过不同能源植物的学习,将能源植物分类,在每一类中,归纳相同点和不同点。比如纤维素类能源植物中柳枝稷和芒草,均可以进行秸秆发电、固化成型燃料、厌氧发酵制沼气等生物质能的转化,通过类比分析、归纳总结秸秆不同组分分别利用,实现原料价值的最大化。比如通过引入“生物质秸秆炼制技术与案例分析”,讨论萃取酶解方案和木质素方案工艺途径下的产品方案,展开工艺路线、产品方案的经济性比较,选择适宜于不同秸秆特征的工艺路线和产品方案。而引入水壶结构,讲解沼气池的建造和进出料、收集气体原理,从而使秸秆转化为沼气的深奥理论和实践结合起来,简化了教学工作,提高了学生对沼气池的认识。

(四)案例教学使学生产生触类旁通、举一反三的效果

通过引入案例来辅助学生对能源植物转化工艺知识的学习,让学生掌握相关能源植物的生物学知识和栽培技术、转化为同一燃料的工艺流程,提高学生学术研究和指导生产的能力。比如油料能源植物麻风树、油棕榈、黄连木、文冠果、油桐等,通过一个案例至少应当让学生在学习中加深对某些重点和难点的把握,加深对教学内容的掌握,能够使学生产生触类旁通,举一反三的效果。在讲授“麻风树”这章内容时,涉及生物油的转化部分,引入“碱解法制生物柴油工艺流程”作为案例,阐述生物油提取方法、醇油比、催化剂用量、温度、反应时间等为变量对生物柴油产率的影响,其研究思路可以引申到其他油料类能源植物生产生物柴油过程。

二、能源植物培育与利用课程案例教学的组织和实施

案例教学是在一定的理论和原理的基础上进行的,因此案例的选取和准备、案例的呈现和解读、评析是安排在基本知识和相应技能学习之后进行。因此,在育种理论和栽培、转化技术讲授的基础上选取的案例有:碱解甜高粱秸秆厌氧发酵制氢、甜高粱秸秆发酵制燃料乙醇、青贮对柳枝稷制取燃料乙醇转化过程的影响、甘薯发酵脱水制备生物乙醇、文冠果种子制备生物柴油、麻疯树油制备生物柴油、芒草稀硫酸水解工艺、木薯制备燃料乙醇、不同水分处理对油莎豆叶片生理指标及块茎品质的影响、菊芋粉同步糖化发酵生产燃料乙醇等。

(一)教学案例的选取和准备

案例教学的首要任务是案例的选取,根据案例教学的目标、学生的知识结构以及掌控程度,确定案例中包含的知识点以及要达到的教学效果,合理地选择案例。同时案例教学是在一个开放的环境里进行的,而能源植物培育与利用又是一门综合性非常强的专业课程,目前没有合适的教材,有用的案例材料很少。因此,要做好案例教学,教师应根据教学目的,借助中国知网等学术期刊、精品课程的网站阅读文献,整理论文、课件中的研究方法、结果,编写案例,设置供学生探讨分析的问题[6],充实教学内容,增强案例教学的实用性和针对性,一方面激励学生的兴趣,另一方面开发学生的创新思维,提升教学效果。

(二)呈现案例

案例教学的开展,除了教师对案例本身的掌握之外,要求学生在课前精读和分析案例,因此案例材料要在开展案例教学课之前呈现给学生,明确案例教学的目标和重点内容,清楚本案例要解决的问题。案例的呈现应充分利用现有的网络教学平台,发布电子文档,根据教学主题和内容布置案例预习的任务、分组模式、小组成员及任务分工。同时“能源植物培育与利用”在教学过程会经常涉及其他学科的知识点,如植物学、昆虫学、病理学、储藏加工学、生理学,甚至分子生物学,因此要明确任务分工,避免知识点的遗漏,同时培养学生的团结合作精神、沟通协调能力,以及发散性思维和创造性思维的培养[7]。

(三)解读案例

案例教学的中心环节是案例解读,主要目的是挖掘案例材料中的规律。教师在明确教学目标、拟传授的知识点,学生在结合已学知识、研读案例的基础上,采用课堂结合网络教学平台讨论的方式进行案例解读。在解读案例的过程中,针对案例教学具有的主体性和互动性特征,坚持以学生为主体,教师为主导的原则,引导学生参与案例的制作与实施过程,让学生在教学过程中自我学习,自我提升,自我成长,让不同经验得到交流,并且教师要抱有一种再学习的心态与学生进行平等交流,也会产生良好的教学效果。同时,教师还要启发学生发现案例的内部特征,引导学生思考案例中的内容与相应的理论,应用已有知识解决实际问题。针对学生贮备知识的差异因材施教,扩大思考空间,发掘各类学生的优势和潜能,启发学生学习的热情和兴趣。

(四)评析案例

根据案例教学完整的三个阶段,“准备—讨论—反馈”过程[8],案例解读结束后,教师对讨论结果进行归纳总结,恰如其分的评价,指出解读案例过程中的成绩和不足,并进一步对案例分析进行补充,针对存在的疑点引导学生进一步思考,给学生指明思考问题的方法和思考方向。由于案例教学不能覆盖所有的知识点,在案例教学实施的过程中,我们适量地增加相关参考论文,尽可能多地涵盖所有的知识点。

三、案例教学法的效果分析

“能源植物培育与利用”课程案例教学从2014级开展,逐年修改及完善,基本形成栽培、育种、转化3个模块的案例集,但案例教学法只是“能源植物培育与利用”课程教学方法中的一种,是教学方法中的一个尝试,是对传统课堂教学知识单向输出模式的重构,要培养优秀人才还需要不断实践和综合运用。通过问卷调查2018年到2022年5个年级204位学生对案例教学法的认知度、教学效果、学生综合能力进行调查及测试分析,调查问卷及综合测评中每一位同学都参与,每个年级分为5组,按组计算平均值,组成重复。调查问卷各问题设置“A很满意、B一般、C不满意”3个选项;综合能力测试项目,表达能力“中心明确、表达有条理记为A,中心明确、表达较有条理记为B,表达无条理记为C”;沟通交流能力“条理清楚、逻辑性强、表达自然得体记为A,条理较清晰、逻辑性较强记为B,表达不清、逻辑性差记为C”;分析问题和解决问题能力“主题突出、鲜明、语言表达清楚、有自己的见解、观点记为A,主题突出、鲜明、语言表达清楚记为B,思路不清、逻辑性差记为C”;实践能力根据“案例选择典型、焦点突出、理论结合生产实践问题、撰写规范记为A,案例选择有特色,案例问题有启发性,但不能紧密联系生产实践记为B,案例焦点不突出、观点单一、不能联系生产实践记为C”;团队合作评价指标为“能积极主动配合、责任心强、沟通和执行能力强、有效完成任务记为A,积极联系其他成员、清晰表达自己观点、能多角度考虑问题记为B,团队成员之间沟通不畅,需要2次以上才能表达清晰所讲内容者记为C”。结果如图1和图2所示,分析表明:通过科学地选用案例教学法,有利于理论联系实际能力、探索能力、实践能力和创新能力的培养,有利于综合素质的提高,主要体现在:

图1 综合能力评价

图2 案例教学认知度及教学效果

(一)提高了学生分析问题、解决问题的能力及实际操作技能

案例教学以学生能力培养为目标,在“能源植物培育与利用”的案例教学法运用过程中,案例素材选择学科前沿论文,引入新的科学发现和研究成果,使学生对学科研究进展有一定的了解,增强了案例的可读性,激发学生学习的兴趣;案例问题来源于生产实践,针对性强、贴近实际,增强了教学的吸引力和互动力,促使学生运用所学知识深入细致地分析、解决实际问题,提高了学生综合分析问题的能力,能够将所学知识迅速转化为应用能力。案例教学对学生综合能力测试的方差分析表明:在A水平上,学生表达能力、沟通能力、实践能力、合作能力在年际间差异显著(P<0.05),分析问题和解决问题能力不显著。在B水平上,表达能力、解决问题能力、实践能力在年级间差异不显著,而沟通能力、分析问题能力、团队合作能力在年级间差异显著(P<0.05)。在C水平上,各评价指标在年级间差异显著,并且各评价指标第一年占比最大,随着案例教学时间的推进,比例逐步减小,第5年占比最小。从图1看出:A水平中各评价指标占比在逐年增加,C水平中各评价指标占比在逐年降低,而B水平各评价指标占比变化不大。由此说明,在案例解读及评析教学中,学生应用自己所学知识,能对案例做出自己的判断,分析问题和解决问题的能力均得到了锻炼,表达能力、沟通交流能力及团队合作能力均得到了提高。

(二)提高了学生对案例教学的认知度及教学质量

在案例教学过程中,通过问题设计、师生交流,加深理论的理解与课堂教学的指导,促进教师专业化水平的提高,从而提升课堂组织和控制能力及理论与实践相结合的归纳应用能力。通过近5年来案例教学的问卷调查表明,在A水平上,教学互动性、教学启发性、教学案例与实践联系度、案例教学满意度、认知度和学生能力与素质培养在年际间差异显著(P<0.05),而考核方式(P=0.259)、引导作用(P=0.474)在年级间差异不显著。在B水平上,仅仅教学互动性(P=0.458)在年级间差异不显著。C水平上,引导作用和考核方式在年级间差异不显著,其他指标均在年级间差异显著(P<0.05)。由A、B、C三个水平的分析说明在考核方式上需要进一步改革,今后需要加强过程性考核力度,学生与老师的互动性方面,需要和学习成绩中等水平的学生加强交流。在编写案例时要围绕案例素材的时效性、针对性与案例教学目标和教学内容的契合性,加强与中等水平学生的沟通交流,提升案例的编写能力。从图2案例教学各评价等级的叠加结果看出:A评价等级人数占比在逐年增加,B、C评价等级的人数占比在逐年下降,说明学生整体上对案例教学的认知度在提高,对案例教学的效果得到认可,在案例教学过程中,通过问题设计、师生交流,加深理论的理解与课堂教学的指导,促进教师专业化水平、学生分析问题、解决问题能力的提高,从而提高学生理论与实践相结合的归纳应用能力。

四、能源植物培育与利用课程案例教学的反思

案例教学是以学生为核心,教师为辅助,学生在系统理论的指导下,通过分析能源植物栽培及育种过程、生物质转化过程中出现的实际问题,利用已有的理论知识去分析和解决实际问题,加深对理论的理解和认识,达到理论联系实际、探索规律的目的。同时,案例教学需要一定的理论知识来支撑,因此在“能源植物培育与利用”课程教学过程中,教师将传统的讲授教学法与案例教学法有机结合、理论教学与实践教学相结合,完善教学体系、丰富教学内容,改变教学模式,搭建以学生为主体的自主学习平台,学生在获取大量理论知识的同时,又培养学生进行批判分析能力、创新能力的提高和发展,更有利于学生对理论知识的掌握和应用。

另外,在全员、全程、全课程的“课程思政”综合教育理念下[9],充分挖掘“能源植物培育与利用”教材中的“课程思政”元素,将思政元素融入案例教学过程,将课程教学与思政教学有机融合,多途径、多角度引导学生,发挥课堂育人的主渠道作用,落实好高等学校课程思政建设指导纲要精神,解决思政课和专业课在“立德树人”方面“两张皮”问题,实现“立德树人”的根本任务。因此需进一步改进教学手段,完善教学体系,积极运用案例教学及其他教学形式,发挥学生的主体地位,培养学生的认知能力、分析能力和解决问题的能力以及提高教师自身的综合能力。

五、结语

“能源植物培育与利用”课程结合植物育种学、植物栽培学、生物质能转化等学科的理论与实践,将“能源植物培育与利用”课程教学内容模块化(糖类作物、淀粉作物、油料类植物和木质纤维素类),教学过程按照植物学和农艺学特征、育种原理、栽培技术及转化方式分步骤教学,在教学过程中,坚持以学生为主体,以案例教学为主要教学方式,利用现代化教学设施,采用PPT、网络音频视频资源与板书相结合的方式,全程分组讨论交流,采用“教学全程考核法”的考核方式(平时成绩与学期考试成绩相结合,知识记忆与知识应用相结合,闭卷与开卷考核相结合,按比例总评成绩),使学生分析问题及解决问题的能力、沟通交流能力、团队合作及实践能力得到提高。