水族科學與技術生物學教學改革研究

 論文欄目:科學理論論文     更新時間:2019/6/17 14:57:33   

摘要在提出水生生物學理論教學和實驗教學中存在問題的基礎上,進行了一系列的教學改革,包括優化教學內容、精心準備課件、改善傳統教學模式、編寫實驗教材、加強標本庫的建設以及儀器建設、完善考核辦法等,調動學生學習的積極性,培養學生的綜合能力,有效提高了水生生物學的教學效果。

關鍵詞水族科學與技術專業;水生生物學;教學改革

水生生物學是高等院校水產養殖、水生生物學、海洋科學、海洋漁業資源、環境科學及水族科學與技術等專業必修的一門專業基礎課。廣義上說,水生生物學是研究水中生活的各種生物生命活動規律和控制利用的一門科學,范圍十分廣泛,包括水生生物的形態、分類、生理、生態和生化各個方面。水生生物學涉及面廣泛,主要介紹淡水水體和海洋中浮游植物、浮游動物、底棲植物和底棲動物的形態、分類、分布及生態意義[1]。該課程教學分理論教學和實踐教學兩個部分,不但要求學生掌握水生生物學的基礎理論知識,而且要求學生在實踐環節理解基礎理論、訓練實驗技能,以及培養發現和分析解決問題的能力。但由于不同專業的培養目標不同,課程安排的傾向性也會有所差異。根據我校水族科學與技術專業的課程體系設置,水生生物學為專業基礎課程(2學分,理論課48學時,實踐課24學時)。本文針對當前理論教學和實踐教學中存在的問題,提出改善的措施和方法,對理論教學和實踐教學進行一些調整和改革。旨在培養具有較強實踐能力和創新意識的水族科學復合型科技人才。

1教學中存在的問題

1.1教學內容與之前所學的課程內容重復,內容陳舊

水生生物學教學內容存在著與其他課程重復的現象。如在課程普通動物學中,原生動物的觀察作為其中一個實驗,與水生生物學實驗重復。另外,教材編寫往往需要編者很多年的積累,教材的改版及出版也需要時間,導致教材內容往往比本學科的發展滯后。教材并不能很好地體現科學研究的最新進展。學生在這種知識體系的教育之下,對該領域的了解會處于滯后的狀態。

1.2教學內容廣泛,微小及抽象的概念多,模式圖不生動

水生生物學的內容廣泛,很多水生生物由于其形態微小,結構復雜,比較抽象,在實際生活當中不常見。而且,在教材中,圖片均為黑白色,沒有彩色圖。即使現在教學主要依靠多媒體,但由于對水生生物學某些研究還不太深入。收集到的少量彩色圖片也只能展示靜止和平面的形態結構,真實結構并不能得到很好的反映,容易導致學生對知識的理解不到位或不準確。

1.3教學形式單一

在整個教學過程中,以教師為主導,大部分時間是教師在講授,學生在聽。而該課程每章節的內容基本都是形態結構、分類和生態意義,內容平鋪直敘,知識結構和編寫邏輯單一。教師想把這些龐大的內容都傾囊相授,內容講解過細,但在長時間的灌輸式講授之下,學生的注意力明顯下降,導致其對本課程興趣的遞減。

1.4實驗教學內容繁多,課時較少,學生參與性不強

我們一直使用王麗卿主編的《水生生物學實驗指導》,該書內容涉及較廣泛,內容較多。而我們學校的實驗課沒有單獨開課,只是依附于理論課中,且實驗課比例較少,只占總課時的1/3。由于課時有限,水生生物學實驗共8次,其中浮游植物3次、浮游動物3次、底棲生物2次。主要內容有:觀察藍藻、硅藻、甲藻、衣藻、金藻、黃藻、輪藻、綠藻門等浮游植物常見種類和細胞形態構造;觀察橈足類、其他甲殼動物等浮游動物的形態特征和常見種類;觀察水生軟體動物等底棲生物的形態特征及常見種類。這些實驗都是驗證型形態觀察和解剖實驗,沒有設計型和綜合型的實驗。驗證型的實驗課安排在學生對各個門的形態構造學習之后,教師在實驗課上再講解實驗方法和實驗步驟,最后學生再模擬觀察。在整個實驗準備中,學生并未參與,實驗材料及試劑都是教師準備,而且在實驗過程中學生只要按照操作步驟觀察就行,不需要進行太多的分析,實驗教學效果甚微。

1.5標本和設備不足

在我們的標本庫構建中,主要是一些價格比較低的觀賞魚,而其他一些價格高的、個體較大的、其他門類的水生動物都十分缺乏,水生植物的標本幾乎沒有。此外,觀賞魚大多個體鮮艷,用甲醛制成標本之后,原本的顏色失去,有些結構如魚鱗、魚鰭受到不同程度的損壞。顯微鏡和體視鏡是水生生物學實驗中必需的儀器,由于學生對抽象的微小結構認識不足,在觀察時不能正確分辨每種結構,因此需要教師的指導。學生在顯微鏡下都是獨立操作,有些結構在指導時已經偏離視野不能看到;另外,很多學生的問題都較類似,教師需要進行重復性的指導,效率低下。

1.6教學效果模糊,特別是實驗教學效果

水生生物學的考核成績主要以試卷成績為主(占70%),實驗課成績占20%,平時成績占10%。試卷主要考核學生對基礎理論知識的掌握,而實驗課成績是由學生的實驗報告反映,實驗報告的核心就是繪制所觀察到的水生生物的形態結構圖。這種考核標準使學生將精力集中在繪圖上,而忽視了對標本觀察,而且還不能避免學生課后實驗報告的抄襲等情況,不能準確反映學生對實驗技能的掌握程度,而且不利于學生能力的培養,對學生興趣的提高沒有明顯的作用。

2課程改革措施

2.1針對學生的培養計劃,熟悉學生先修課程的內容,優化教學內容

目前我校水生生物學課程開設對象為水族科學與技術專業的二年級學生。學生已系統學習了普通動物學和植物學課程,并且有比較扎實的動物學基礎知識,因此粗略講述已經在普通動物學中講過的內容,如原生動物門、腔腸動物門、環節動物門、軟體動物門、棘皮動物門的主要特征,而著重講述這些門類的分類和生態意義;當在普通動物學和水生生物學兩門課程中講述同一門類但其代表種不同時,可適當詳細講述。而水族科學與技術專業的學生雖然學過植物學相關課程,但有關水生植物的背景知識非常有限,植物學中只有一章提到水生植物,且描述較概括,因此需要詳細講述植物學課程中沒有講述的其他內容。綜上所述,將著重講述藻類和水生大型植物如藍藻門、硅藻門、金藻門、黃藻門、裸藻門、隱藻門、甲藻門、綠藻門、隱藻門、褐藻門、紅藻門、輪藻門、水生昆蟲、水生維管束植物等,將重點和難點設置在這些章節中。同時,調整部分實驗內容,避免與普通動物學實驗的內容重復,如原生動物的觀察和輪蟲的觀察等,在水生生物學實驗中就不再設置。

2.2精心準備課件,將本學科的最新進展加入到課程的講授中

在備課時,要閱讀大量的相關文獻,特別是最近幾年在知名期刊上發表的相關文獻,準備大量的科學素材,把本學科的最新重大成果、發展趨勢及廣闊的應用前景加入到課程的相關章節中。如將發表在美國PNAS上的論文“Cyanobacterialconversionofcarbondi-oxideto2,3-butanediol”加入到藍藻門的講述中,將轉基因藍藻作為新能源的意義以及應用前景展示給大家[13];將論文“Dynamicsofmouthopeninginhydra”中水??謖趴幕蒲芯考尤氳角懷Χ錈諾慕彩鮒校?4];將論文“Enhancedantithromboticeffectofhirudinbybovineserumalbuminnanoparticles”中水蛭素的抗血栓作用加入到環節動物門的講述中[15];在甲藻門中,將論文“Efficientproductionofglycosylatedcypridinalu-ciferaseusingplantcells”中夜光藻的發光現象、與此相關的熒光素酶以及熒光素酶在生物發光酶聯免疫分析、遠紅熒光成像、高通量篩選等生物化學和分子生物學中的應用加入[16]。在褐藻門中,將論文“Brownalgae(Phaeophyta)formonitoringheavymetalsattheSudaneseRedSeacoast”引入,提出褐藻應用于檢測重金屬[17]。不僅能夠開拓學生的視野,還可以增加學生對該課程甚至本領域的興趣。

2.3改善傳統的教學模式,使教學形式多樣化

改善傳統的教學模式,不只是簡單的多媒體教學。利用計算機技術對文、圖、聲、像等多種信息進行綜合處理和控制,在多媒體教學中得以體現,增強教學的生動性,豐富學生的感性認識。教師在課外學習一些軟件,如Flash軟件或VRML??梢越恍┥錒逃肍lash軟件做成動畫,給學生更生動的視覺效果;如將硅藻的形態結構用動畫的形式展示出來,學生能更加形象地理解上殼、下殼、相連帶、間生帶、隔片之間的關系。也可以通過VRML構建一種既形象、直觀又具有交互性的三維生物電子模型標本進行展示,加深他們對知識點的印象。同時,下載一些視頻,特別是一些專業的紀錄片視頻,如在學習其它甲殼類動物這章時觀看紀錄片《奇形怪蟹》;學習棘皮動物門這章時觀看紀錄片《生命的形狀7》;在學習的同時增加學生的興趣,在觀看完視頻后還可以讓學生加以討論,強化記憶。

2.4調整理論課與實驗課的課時比例,編寫實驗教材,合理安排實驗

水生生物學是實踐性較強的課程,實踐課應與理論課同樣重要。調整理論課與實驗課的課時比例,將實驗課的課時比例增大;根據該課程的課時,以及水族科學與技術專業的需求,編寫自己的實驗指導,在教材附錄里列出專有名詞的解釋,以便沒有熟悉理論知識的同學有指示性地尋找所要觀察的結構。并將每次較好的實驗結果進行積累,把這些圖片加入到實驗教材中或者將這些視頻加入到課件中,向學生展示。增加綜合型實驗。如枝角類、橈足類形態結構觀察的實驗調整為綜合型實驗,將枝角類和橈足類的增殖、形態結構觀察以及魚類的養殖結合起來,讓學生從配制試劑、孵卵、顯微鏡觀察、養殖等整個過程中都參與進來。增加水生維管束植物的實驗,將實驗室開放到大自然中,帶領學生到洛河邊、植物園等地采集標本、觀察水生維管束植物的形態結構、生態分布,并帶到實驗室對其生物量進行分析。在綜合實驗過程中每個環節緊密聯系,任何一個環節的失敗都會導致實驗的失敗。不僅讓學生更深入地熟悉實驗操作,增強學生的主觀能動性,還能培養學生整體的科研思維和嚴謹的科研態度。同時,減少實驗課中教師講授的時間,給學生實驗空出更多時間。并改變一些實驗的教學方法,比如在觀察軟體動物和甲殼動物時,讓學生在實驗課時就把各個內部器官解剖出來,分別貼在空白紙上,并標出各個器官的名稱,然后將圖片拍下發給教師。不僅讓學生在課堂上就完成作業,還可以增加有些學生的興趣。另外,將實驗課與教師科研、學科競賽等聯系起來。在教師的科研項目或者SRTP、“大學生挑戰杯”等競賽中,感興趣的學生可以自己組團形成科研小組,閱讀相關文獻,學習相關知識,設計實驗,采購實驗材料,按照實驗步驟進行實驗。通過系統的學習,不僅鞏固了學生的實驗技能,了解了科研動態,還能引導學生的創新性思維以及培養發現問題、分析問題和解決問題的能力。

2.5加強標本庫的建設以及儀器建設

在科研或者實習的過程中,采集水生生物的標本,同時鼓勵來自不同地區的學生在暑假時采集標本,補充標本庫,特別是一些具有地域特色的標本。在標本的制備中,可將維管束植物用真空干燥技術制成仿真植物,不僅可以保證其完整性,還可延長其保存時間;將不易保存的水生生物在培養過程中用照相機、攝像機等設備記錄其生長過程,獲得圖像、視頻等信息,還可以用黏土樹脂制成樹脂仿真標本。同時建立水生生物保種室,分離和培養藻類、橈足類、枝角類等常見種類,保證實驗材料的鮮活性。培養甲殼類、維管束植物等活體標本,更形象、更直觀地展示其生活狀態,增加實驗的真實性和趣味性。配置數碼互動系統,對學生的實驗過程進行實時動態瀏覽和監控,每位學生的觀察結果都可以放在投影屏上顯示,學生提出的共性問題教師可以一次解答,促進了教師和學生之間的交流,極大地提高了教學效率。同時對制備好的標本進行拍照攝像,采集信息。2.6完善考核辦法,提高考核質量調整成績各部分的比例,增加實驗課的比重,試卷成績占60%,實驗課成績占30%,平時成績占10%。增加實驗課考試,其中實驗課成績(30分)由實驗課考試成績(20分)和實驗報告成績(10分)組成。實驗課考核采用實驗操作的方式進行,隨機抽取實驗進行操作。熟悉實驗步驟、實驗原理、操作熟練、繪圖結構完整、實驗結果分析正確的學生成績才算合格,能夠較全面地反映學生實驗技能的真實水平。

3教學效果

通過教學改革,學生對水生生物學的興趣大大提高,主動關注相關網站、查閱文獻,視野得到拓寬。學生的實驗操作技能顯著提高,對科學研究的參與性明顯增強,課后積極參加教師的科研項目,學生的團隊協作能力和科研態度也得到提高。同時,從試卷分析的情況來看,理論課的成績分布均呈正態分布,且不及格比例下降,說明此次教學改革取得了一定的效果。我們將根據水族科學與技術專業的特點,繼續探索,進一步改革,以達到培養水產行業復合型科學技術人才的教學目標。

作者:高小蟬 任洪濤 熊建利 單位:河南科技大學

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