情景設(shè)置法教學(xué)在環(huán)境生物學(xué)蓄積毒性教學(xué)中的應(yīng)用與效果評價

邱振魯,高曉娟,劉鳳紅,袁雪嬌

(齊魯理工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 濟南 250200)

1 蓄積毒性的概念及我校環(huán)境生物學(xué)課程設(shè)置特點

蓄積毒性是指低于中毒閾劑量的外來化合物，反復(fù)多次與機體持續(xù)接觸，經(jīng)過一定時間后使機體表現(xiàn)出明顯的中毒現(xiàn)象[1]。出現(xiàn)蓄積作用的原理在于這些化合物難以被機體排出，在體內(nèi)會出現(xiàn)物質(zhì)上的蓄積和功能上的蓄積，一定時間以后便會超過中毒閾劑量而使機體中毒。該內(nèi)容在孔繁翔主編的《環(huán)境生物學(xué)》教材中屬于"環(huán)境污染對生物系統(tǒng)的影響及機理"部分。該部分介紹環(huán)境污染物從分子、細胞到生態(tài)系統(tǒng)的各個層次上對生物系統(tǒng)的影響，而這些影響要通過生物檢測的方法來測定，也就是毒性試驗。

齊魯理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)的環(huán)境生物學(xué)開設(shè)于第四學(xué)期，要早于環(huán)境毒理學(xué)，所以蓄積毒性的原理和蓄積系數(shù)的計算是教學(xué)中的重難點，對學(xué)生進一步學(xué)習(xí)專業(yè)課環(huán)境毒理學(xué)以及運用相關(guān)的知識進行畢業(yè)論文和設(shè)計都會起到重要的作用。由于該專業(yè)的學(xué)生并沒有學(xué)習(xí)過較為深入的生化、生理方面的知識，單純從生理生化機制上進行分析蓄積毒性作用機理，只會讓學(xué)生感到理解上的抽象與困難。針對該專業(yè)學(xué)生的特點和已有的知識基礎(chǔ)，對該部分內(nèi)容教學(xué)進行改革，以找出更加適應(yīng)我校環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生理解該知識點的教學(xué)方法就顯得尤為重要。

2 環(huán)境生物學(xué)教學(xué)中運用改革的必要性

教學(xué)改革是高等教育教學(xué)發(fā)展的需要。好教師要研究教和學(xué)，善于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)，教會學(xué)生學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)[2]，而情景設(shè)置和課堂討論法教學(xué)的適應(yīng)性十分廣泛，這種教學(xué)模式對于高校教學(xué)過程是必然的要求。環(huán)境生物學(xué)的課程特點決定了在教學(xué)中要貫徹教學(xué)改革。已有相關(guān)教學(xué)研究表明，使用互動式教學(xué)可以促進師生間交流，取得更好的教學(xué)效果。如明鳳[3]等在現(xiàn)代生命科學(xué)導(dǎo)論課程中使用了小組討論的互動式教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。李德紅[4]在生物化學(xué)教學(xué)中大膽進行改革，使用了小組教學(xué)法，改善了教學(xué)效果，文章還指出了小組合作教學(xué)法實施過程中出現(xiàn)的問題。環(huán)境生物學(xué)是環(huán)境科學(xué)專業(yè)的核心課程，研究生物與人為逆境間的相互關(guān)系，是后續(xù)環(huán)境毒理學(xué)及各種污染治理課程中生物治理方法以及生物修復(fù)的理論基礎(chǔ)所在，在環(huán)境生物學(xué)教學(xué)中貫徹教學(xué)改革，一改以往的講授式教學(xué)模式，必將有助于學(xué)生深入理解環(huán)境生物學(xué)基本原理，并將這些原理應(yīng)用于實際。

多年來，我校環(huán)境生物學(xué)采用傳統(tǒng)的多媒體結(jié)合板書教學(xué)，雖然運用了現(xiàn)代化的教學(xué)手段，但是方式上仍然是灌輸式教學(xué)。為了充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，讓學(xué)生更加理解教學(xué)內(nèi)容在實踐中的應(yīng)用[5]，在“毒性蓄積”一節(jié)教學(xué)中，采用情景設(shè)置法和課堂討論法教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

3 對蓄積毒性機理和蓄積系數(shù)計算的教學(xué)方法的具體實施

3.1 課程的引入

使用設(shè)問法引入教學(xué)，前面我們學(xué)習(xí)了一般毒性試驗中的急性、亞慢性和慢性毒性試驗，雖然它們的致病機理和特點各有不同，但是都要求達到或超過中毒閾劑量，那達不到閾劑量的毒物就不會引起機體的中毒么？答案是否定的，通過本蓄積毒性試驗的學(xué)習(xí)和對蓄積原理的討論、分析以及相關(guān)計算，我們便能解釋這一問題。

3.2 蓄積毒性情景的設(shè)計及課堂討論

蓄積毒性現(xiàn)象與物質(zhì)在體內(nèi)的代謝特點密切相關(guān)，這類化合物往往不容易被機體解毒排出，在機體內(nèi)存留時間較長。所以該部分內(nèi)容與之前生物濃縮、生物積累知識點關(guān)系密切，在此基礎(chǔ)上進一步學(xué)習(xí)蓄積毒性相關(guān)知識，將更有助于學(xué)生們對生物濃縮、生物積累概念的理解，并且進一步理解原來那些抽象概念的實際應(yīng)用意義。

在學(xué)習(xí)中，學(xué)生能夠身臨其境，親身參與要比單純的傳授式教學(xué)更能激發(fā)他們的積極性，往往效果也更好[6]。然而在實際的課堂中，很難做到將實驗室搬進課堂。即便教學(xué)可以再實驗室進行，對毒性試驗的操作和數(shù)據(jù)分析也會讓學(xué)生感到復(fù)雜和無趣。在本節(jié)課的教學(xué)中，作者將全班設(shè)置成一個虛擬的環(huán)保局，讓學(xué)生們扮演毒性監(jiān)測技術(shù)人員的角色，設(shè)置了關(guān)于食品中重金屬鉛蓄積毒性檢測的情境。情境設(shè)置如下：

雙山省食品衛(wèi)生局局長“石武靜”來電：****虛擬環(huán)保局，你們好，我局有一重要事情請你們幫忙，請你們通過我們提供的重金屬鉛對小鼠的毒性實驗結(jié)果，推斷其在人體內(nèi)的蓄積性，以便于建立食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。虛擬環(huán)保局接線員：好的，很樂意承擔(dān)任務(wù)，請描述你們的實驗過程和結(jié)果。石武靜：選取100只小鼠，測定鉛對其24h的LC50為：4.37mg/L又選取100只同樣健康的小鼠，每次給予鉛含量為0.2mg/L食物，每日監(jiān)測死亡數(shù)量，從第一天開始分別為0，0，0，1，2，4，5，5，8，10，15，18,(以上數(shù)字為每日凈死亡數(shù)字，不包括前日死亡數(shù)目)虛擬環(huán)保局接線員：好的，我馬上安排局內(nèi)相關(guān)人員通過資料計算提供鉛的蓄積性。各處任務(wù)：(1) 計算上述實驗蓄積系數(shù)K并進行評價；(2)請按劑量定期遞增染毒法和20天蓄積試驗法設(shè)計實驗，并簡要說明評價 將上述情境放置在ppt中，由教師扮演衛(wèi)生局局長，任選一位同學(xué)扮演虛擬環(huán)保局接線員。這樣的情境會使學(xué)生們身臨其境的感到自己接下來的計算真的會為衛(wèi)生局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定做出自己的一份貢獻。他們自發(fā)按小組認真討論蓄積的原理和蓄積系數(shù)K的計算方法。同時，教師下發(fā)課堂討論記錄表，要求記錄每個小組三個人的發(fā)言以及小組討論結(jié)果匯總。教師總結(jié)歸納該部分內(nèi)容后，學(xué)生們還要在討論報告上寫出本次討論的收獲。

3.3 學(xué)生在課堂討論中的行為

按照教學(xué)的安排，學(xué)生討論時間為5分鐘，期間教師走到某一小組，傾聽他們的討論過程，討論主要圍繞蓄積的機理和蓄積系數(shù)K的計算，在談?wù)摰叫罘e機理的時候，某些小組的同學(xué)談到了生物濃縮、生物積累的概念，還有些同學(xué)想到了此類化合物的特點：難代謝，難排出。但是在對于機理的討論過程中，教師也聽到了以下錯誤的觀點：(1)認為是先有了蓄積作用，才發(fā)生生物濃縮和生物積累，搞混了兩者的因果辯證關(guān)系。(2)認為蓄積毒性發(fā)生的原因在于多次給予機體，而沒有強調(diào)濃縮、積累這樣的關(guān)鍵詞。在談到蓄積系數(shù)K的計算時，小組成員仔細研究討論公式中分子、分母的含義。但也聽到了錯誤的觀點，例如認為只有當(dāng)K<1的時候才有蓄積作用發(fā)生。

4 教學(xué)效果的評價與分析

4.1 課堂討論記錄結(jié)果統(tǒng)計

回收的8個小組的討論記錄中，記錄了24位同學(xué)的討論發(fā)言。其中記錄蓄積公式和蓄積系數(shù)計算的有18位同學(xué)，記錄蓄積機理的有10位同學(xué)，有4位同學(xué)在記錄中對公式、系數(shù)計算和蓄積機理均有記錄。在所有的發(fā)言記錄中，描述正確的有13位，占54.17%；其中分析有道理的有14位，占58.33%；兩者發(fā)言記錄都正確的有5人，占33.33%。有2位同學(xué)上交的討論發(fā)言內(nèi)容不相符合，也計入到上述各項分母中。如圖1、圖2所示。

圖1 學(xué)生課堂記錄內(nèi)容統(tǒng)計柱狀圖

圖2 學(xué)生課堂記錄情況統(tǒng)計柱狀圖

4.2 對教學(xué)結(jié)果的分析

課堂討論發(fā)言記錄統(tǒng)計結(jié)果表明，對于蓄積機理和蓄積系數(shù)的計算，每個問題都能有超過50%的學(xué)生通過小組討論得到明確的答案，從記錄中描述的語言進行分析，這些學(xué)生通過討論真正理解了蓄積的原因和蓄積系數(shù)的計算方法。這也可以從選出的幾位同學(xué)對設(shè)置的情景問題進行計算的匯報分析中看出。對于兩者均進行發(fā)言的小組記錄較少以及發(fā)言記錄均正確的概率比較低，可能是由于討論和記錄時間只有5分鐘，多數(shù)組沒有討論到第二個問題或者是沒有時間形成記錄。

5 對蓄積毒性教學(xué)提出的進一步建議與展望

蓄積毒性試驗是生物測試的重要組成部分，這種試驗?zāi)軌驒z測那些難以被機體代謝排出的化學(xué)物質(zhì)，在少量多次接觸的情況下對機體產(chǎn)生的危害。在理論課上讓學(xué)生充分理解蓄積的機理及蓄積系數(shù)的計算，有助于對環(huán)境生物學(xué)相關(guān)實驗方案的設(shè)計，甚至對今后學(xué)生們從事污染物的毒理效應(yīng)檢測工作都會奠定良好的理論基礎(chǔ)。作者根據(jù)多年環(huán)境生物學(xué)理論和實驗教學(xué)的經(jīng)驗，對該部分內(nèi)容教學(xué)提出以下建議：第一，理論課與實驗課相結(jié)合，理論課中學(xué)習(xí)到的蓄積系數(shù)的計算方法，應(yīng)用到毒理學(xué)實驗中，讓學(xué)生進一步體會其應(yīng)用價值。第二，課堂教學(xué)中使用情景設(shè)置法教學(xué)，進一步加強分組討論的作用，延長分組討論的時間，讓學(xué)生們通過討論理解更多的知識點，也可以發(fā)現(xiàn)更多的問題。第三，重視討論報告的批閱和反饋，學(xué)生的討論報告務(wù)必當(dāng)堂記錄，不能夠課后再修改，目的是更多的發(fā)現(xiàn)他們在討論中所出現(xiàn)的對概念、機理、公式的理解有偏差或者錯誤的地方。第四，對評價方式進行改革，分組討論以后，可以進行分組匯報，評價方式包括組內(nèi)評價、組間評價、教師評價，通過同學(xué)之間的互相評價，發(fā)現(xiàn)、解決問題。第五，課下針對課堂理論在實際中的應(yīng)用案例寫成匯報，進一步深入理解課堂所學(xué)知識。