基于人文素質與創新能力培養的高校生物課堂教學方法實踐與創新

閆榮玲，李常健，何福林，劉 芳，廖 陽

(湖南科技學院 化學與生物工程學院，湖南 永州 425199)

習總書記強調“培養什么人”是教育的首要問題；教育部高等學校教學指導委員會(2018-2022年)成立會議上，教育部陳寶生部長的講話也指出：“要把立德樹人貫穿人才培養全過程作為全面振興本科的第一要務”。可見，德育在高校人才培養中的地位被提到了前所未有高度[1-2]。而全國教育大會、新時代全國高等學校本科教育工作會議、《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》(“新時代高教40條”)均要求狠抓本科教育質量。課堂教學效果是決定本科教育質量的一個重要因素，其好壞直接決定著學生專業知識的厚度與寬度以及專業氣質、求知精神、創新意識的優劣。因此提高課堂教學效果是深入貫徹落實上述會議和文件精神的重要措施。普通生物學、生物化學等課程是生物類專業的重要基礎課程，課程信息量大、知識點抽象，易導致學生學習興趣不高、注意力不集中等現象[3]。實踐發現，創新課堂教學方法使學生成為課堂主體，并有意識地滲透人文素質與創新能力培養是實現教學效果飛躍的有效途徑。

1 基于學科發展史的知識脈絡構建法

利用學科發展史引導學生進行知識脈絡構建就是通過知識點背后重要歷史事件(時間、人物、事件)為主線來幫助學生構建知識脈絡[4]。如在“普通生物學”學習“遺傳物質DNA”時，借助DNA發現、結構揭示、功能闡析的歷程及其背后的故事幫助學生構建DNA的知識脈絡，如圖1所示，借助“DAN發現”到“DNA功能”再到“DNA結構”這一主線，可有效幫助學生構建起遺傳物質DNA的知識脈絡，學生按時間順序系統地學習了關鍵事件及其背后故事，水到渠成地掌握了相應理論、原理；同時，通過分享、討論、改進經典實驗使學生建立了科學的思維方法，實現了創新能力的培養；另外，學生通過了解生命科學領域里程碑式的新發現、新突破以及諾貝爾獎提升了學生的專業自豪感和使命感；通過體會一個學科在某一領域取得進步并非一蹴而就，而是經過眾多甚至幾代學者的不懈努力取得的，以此來培養新時代大學生積極探索、勇于進取的求知精神和追求真理、堅韌不拔的良好品質，實現課堂教學中滲透人文素質教育的目的。

圖1 闡析DNA為遺傳物質的重要歷史事件

2 實物演示法

課堂教學中對于抽象、晦澀的知識點有時語言蒼白無力，實物演示此時可發揮出難以預料的效果，其中一種方式是教師課前準備模型帶到課堂上給學生展示。以“生物化學”中酶專一性解釋學說—“誘導契合學說”為例。其強調“誘導”的過程與“契合”的結果。學說認為酶與底物在最開始的時候，二者的結構不能很好匹配；但當底物接近酶時，其會誘導酶活性中心中的一些次級健發生斷裂，另一些次級健重新形成，從而導致酶活性中心的原子和基團發生位置微調及形變，最終二者契合在一起。授課時可借助帶手套的演示過程來幫助學生理解這個學說。演示過程中，把手套比作酶分子，而手比作對應的底物，剛開始時手套和手不能很好契合，但當手伸進手套后，手套會動態地不斷發生形變，同時手指與手掌也發生了一些位置的細微變化后二者完美匹配，這個過程非常類似誘導契合學說。

圖2 酶專一性的誘導契合解釋學說實物演示過程

實物演示法的另一應用策略是：課前把學生分為幾組，對即將學習的知識點作為課前學習任務布置下去，同時要求各組在充分討論的基礎上發揮想象力和創作力，自己動手制作實物模型。如在學習DNA雙螺旋二級結構這一知識點時，雙螺旋結構的神秘容顏到底是什么樣子？可以把制作雙螺旋的任務課前布置好，課上要求不同組結合自己作品講解DNA雙螺旋二級結構要點，并與其他組分享在制作模型過程中遇到的困難和引發的思考。學生在模型制作過程中，更好地理解了知識點和專業術語，并帶著問題到課堂來展開學習，可以取得更好教學效果。與此同時，在課前模型制作過程中，需要小組成員一起討論、制作，這有助于培養了學生協作精神與溝通協調能力。

圖3 學生課前分組自學后合作制作的DNA雙螺旋模型與 一級結構模型

3 研討法

傳統課堂是以教師講授為主，易忽視學生的主觀能動性，而主觀能動性及自主學習能力對學生個人發展起著舉足輕重的作用。研討式教學法源于早期的德國大學，其目的是實現在教學形式上由“講授式”為“研討式”；教學目的上變“授人以魚”為“授人以漁”；教學形式上變教師的“一言堂”為師生的“群言堂”；師生關系上變“主-客”關系為合作關系[5-6]。因此，研討式教學可最大限度調動學生學習積極性和主觀能動性。

圖4 研討式教學法實施的四個步驟

實踐表明，研討式教學可分四步展開。第一步，課前設置系列探究式問題并基于課程在線平臺推送至學生；第二步，學生針對問題分組自主學習，并進行標本、展板、資料的準備；第三步，課中每組分享自己探究結果并展開組間研討，得出探究問題答案；第四步教師補充師生一起總結、前沿成果引進，升華主題。如以“普通生物學”課堂中“鳥類適合飛行的特征”為例。課前布置一系列探究式問題如鳥類的外部形態上哪些適合飛行？鳥類在飛行過程中為什么不會“散架”？“鳥類為什么不會”氣喘吁吁”？學生結合問題自己搜集資料文獻實物進行自主學習。課上每組就自己的問題分享探究結果，組間可討論辯駁。自由大膽的發言和熱烈積極的課堂氛圍使同學們往往一節課結束時仍意猶未盡。

圖5 團隊教師研討式課堂現場

4 類比法

類比教學法是通過與教學內容相似或相通且學生熟悉的事物類比，化抽象為具體、使復雜變簡單，進而幫助學生實現對新知識深化理解、有效掌握的教學方法[7-9]。如在“生物化學”課程中講解遺傳信息傳遞過程時，以信使RNA做模板指導蛋白質的過程，這個過程非常類似中英文的翻譯過程。比方要把一句英文如“this is a cat”譯成中文。首先需要一個檢字員，通過查閱字典查找每個英語單詞對應的中文漢字，最后還需要一個翻譯官把我們中文詞語組成成“這是一只貓”完成翻譯的過程。信使RNA(mRNA)指導多肽鏈合成的過程極其類似兩種語言之間的“翻譯”。信使RNA上密碼子是一種語言，對應的多肽鏈是另外一種語言，他們之間翻譯也需要一個“檢字員”，它就是具有三葉草形結構的轉運RNA(tRNA)分子。在核糖體作用下，氨基酸的羧基和氨基間發生脫水縮合形成多肽鏈，因此其充當了“翻譯官”角色。通過類比學生可很容易理解mRNA指導蛋白質合成的過程。

圖6 中英文互譯類比mRNA指導蛋白質合成示意圖

5 前沿拓展法

為激發學生學習興趣、提高學生專業熱愛度，培養學生創新意識和能力，教師應多將發表于國際權威期刊上的前沿進展引進課堂[10]。如學習“鳥類適于飛行的機制”時，可引入了2014年Nature雜志的一篇文章，其介紹了鳥類在長途飛行過程中以近乎完美的“V-字”隊列飛行(遷徙)可有助于其更省力地飛行，因為鳥類飛行過程中會找到每個個體在隊伍中的最佳位置與角度，以“V-字”隊形飛行，隊列中前鳥能給后鳥提供最佳上升氣流和角度，且后鳥通過相反相位拍打翅膀，減小前鳥翅膀的不利下降氣流。前沿成果有效提高了學生自主探究與創新意識。

6 結語

提高本科教育質量是實現高等教育大國向高等教育強國轉化的必然要求，提高課堂教學效果勿容置疑是實現本科教育質量提升的重要一環，其與學生思想意識的形成、專業知識的積累、專業視野的拓展、專業修養的塑造、求知精神的激發、創新意識與能力的培養等密切相關。教師通過靈活應用各種教學方法并進行合理創新，處理好課堂教學中“知識傳授”與“能力培養”的關系，提高學生課堂教學參與度，保持學生課堂中的積極思考狀態，并在教學中潛移默化地滲透入人文素質教育可顯著地提升課堂教學效果。

致謝：課堂部分章節的教學受到了南京大學楊榮武教授、西安交通大學盧巧云教授等網絡精品公開課的啟發，在此一并致謝。