“三位一體”教學模式在“植物生理學”課程教學中的應用

(東北林業(yè)大學生命科學學院，哈爾濱 150040)

在高等農林、師范院校的本科教學中，“植物生理學”是多個專業(yè)必修的主干課程。近年來，隨著人才培養(yǎng)計劃的調整，“植物生理學”課程教學目標不斷提高、教學內容不斷增加而學時數卻在逐步縮減。因此如何提高“植物生理學”課程教學質量，發(fā)揮其在人才培養(yǎng)中應有的作用，已經成為急待解決的問題[1]。

一、“三位一體”教學模式的總體設計

目前，以幕課(MOOCs)為代表的數字化教學被廣泛應用，而且大有顛覆傳統(tǒng)課堂之勢。但在實際發(fā)展過程中，單一的網絡化學習由于缺乏課堂氣氛的營造和面對面的教學互動，使教學效果大打折扣[2]；而傳統(tǒng)的課堂教學模式又受到時間和地點的限制[3]。在此背景下，考慮到植物生理學自身的特點，筆者以在線精品課建設為契機，探討了“三位一體”教學模式在“植物生理學”課程教學中的實施方法。所謂“三位一體”教學模式是指在教學中實現(xiàn)課堂—網絡—實踐教學的一體化，即以在線課程為依托，優(yōu)化課堂教學，強化實踐教學。這種教學模式可以將多種教學模式的優(yōu)勢整合在一起，以達到有效的教與學的目的。“植物生理學”課程“三位一體”教學模式的總體設計見圖1。

圖1 “三位一體”教學模式總體設計方案

在網絡課程中，教師可以引入豐富的學習資源，并與學生開展各種形式的互動交流，充分發(fā)揮在線課程的優(yōu)勢，讓學生接受優(yōu)質的網絡教育；在課堂教學中，教師精講教學內容，并采取多種方式激發(fā)學生的學習興趣，使學生變得愛學、會學；在實踐教學中，增設設計性、綜合性實驗，并以新增課程“植物生理實驗技術”為輔助，培養(yǎng)學生的綜合素質。在這種教學模式下，各種教學方式的優(yōu)勢都將得到充分的發(fā)揮。

二、“三位一體”教學模式在“植物生理學”課程教學中的實踐

“植物生理學”課程每年在林學、生物科學等7個專業(yè)中開設，有近400名學生學習此課程。為使新的教學模式有效進行，筆者首先開展了問卷調查，結果顯示，85.1%的學生贊成“課堂教學+在線及自主學習”的模式，14.9%的學生贊成“課堂教學”模式，可見大多數學生還是認可網絡輔助教學的模式。因此，筆者結合“植物生理學”課程的特點，將網絡授課學習的比例定為30%，并從2016年起，以“三位一體”教學模式開展了教學活動的探索。

(一)課堂教學的改進

在“三位一體”教學模式中，“植物生理學”課堂教學仍占有重要地位，為此優(yōu)化課堂教學內容對于提高教學水平具有重要的作用。

1.精簡教學內容

對授課內容進行合理優(yōu)化，突出重點，是保證良好授課效果的重要途徑[4]。從課程內容看，“植物生理學”課程知識與多門學科之間存在著交叉，因此部分授課內容亦是相關學科的授課重點，如呼吸作用、信號轉導、花器官的發(fā)育等就分別是生物化學、細胞生物學及植物發(fā)育生物學的重點內容。因此，在開展課堂教學時，筆者對這部分內容進行了適當的精簡。如在講授呼吸作用時，應重點介紹植物特有的呼吸代謝途徑；在講授細胞信號轉導時，應著重強調植物不同于動物的幾個特點。而對于其他學科已經講授過的內容如呼吸作用中的糖代謝途徑、礦質營養(yǎng)中的氨基酸代謝、生殖生理中的受精作用等，教師可以通過布置作業(yè)、上課提問的方式督促學生完成學習。這樣既節(jié)省了學時，又避免了學生因重復學習而產生厭煩心理。

2.改進教學方式方法

為了增強學生的學習興趣，課程組采取了多種教學方法，包括啟發(fā)引導法、問題驅動法、討論法、自主學習法及翻轉課堂等。例如，光合作用的能量轉化內容較為抽象，學生對此不易理解，因此在講解的過程中教師采取了啟發(fā)引導教學法,讓學生想象在電子傳遞過程中有多個電子傳遞體組成了一段樓梯，每節(jié)樓梯的位置是由其自身的氧化還原電位高低決定的。同時有一個小球(光能激發(fā)產生的電子)在這段樓梯上滾動，按照運動規(guī)律小球只能從高向低滾動，最終到達樓梯的末端。這樣把抽象的內容形象化使學生更易于理解有關光合作用的能量轉化的教學內容。

此外，筆者從每一章中選擇1～2個知識點，圍繞知識點設置問題，如“測定光合作用的光合儀應該采用哪種光源”“一些草本植物的開花受到光周期的影響，木本植物的開花是否也受光周期的調節(jié)”“為什么有時很微弱的光卻對植物的形態(tài)產生很大的影響”等。針對這些問題，讓學生課下查閱相關資料，之后在課上進行討論。為了進一步激發(fā)學生的聽課興趣，調動學生的積極性，筆者還設置了許多與生活息息相關的例子，如“植物無法忍受長期的水淹，水稻為什么能在水里生長”“向日葵為什么能隨著太陽而轉動”“乙烯利催熟果實是否對人體有害”等。通過問題驅動法及討論法教學激發(fā)了學生探究科學問題的熱情，活躍了課堂氣氛.取得了較好的教學效果。

在“植物生理學”課堂教學中,課程組還實施了翻轉課堂教學法。教師選取適當的知識點，讓學生以小組為單位，在課下通過各種方式自主學習，掌握知識點，然后在課上以PPT的方式進行講解，之后開展討論，最后由教師對學生的講解進行總結。翻轉課堂教學法不但激發(fā)了學生學習的主動性，也促進了學生學習能力和表達能力的提升。

(二)在線網絡課程的建設

高質量在線課程平臺的設計與開發(fā)為新教學模式的開展提供了保障，筆者主要從在線課程教學資源建設、教學活動、教學評價3方面介紹在線網絡課程的設計與實施情況。

1.在線課程教學資源的建設

筆者將在線課程資源分為4類，即介紹性資源、指導性資源、內容性資源和開放性資源。介紹性資源主要通過對授課團隊、課程性質和內容的介紹，使學生了解授課團隊的組成、課程的基本信息及其在專業(yè)學習中的重要作用，從而使學生從主觀上重視課程的學習。

指導性資源為綱領性文件，包括課程的教學目標、教學大綱、授課計劃等內容，教師要據此安排教學內容、教學進度，保證教學的順利進行。

內容性資源是決定在線課程教學成敗的一個重要因素。“植物生理學”課程理論學時為40～48學時，為更好地發(fā)揮網絡教學的優(yōu)勢，教學團隊精心制作數字化學習資料，包括授課PPT、課程教學動畫、授課視頻、電子教案、試題庫等，為學生的學習提供充分的資源支持。

同時，為了適應不同層次學生的學習需要，課程組還引入開放性教學資源，包括有關“植物生理學”國家精品課的鏈接、重要期刊鏈接、課程閱讀材料等，以開拓學生的專業(yè)視野。這些資源的匯集，拓展了學生的學習內容，為學生的課下學習創(chuàng)造了條件。

2.在線教學及互動反饋的組織

相對于傳統(tǒng)的課堂教學，在線課程教學效率高，師生交互性強。根據網絡課程的特點，課程組對在線課程平臺進行了精心的設計，在線課程教學的互動與反饋見圖2。

圖2 “植物生理學”在線網絡課程教學及互動反饋流程

課程組將網絡教學分為“學生自主學習”和“師生在線互動”兩大板塊。在“學生自主學習”板塊，課程組將“植物生理學”課程的每一章設定為一個學習單元，每個單元均有相應的教學資源，并將其上傳網絡，同時設置有學習導航。在導航中清晰地說明本單元學習的重點、難點，指導學生完成網絡學習任務。與此同時，隨著課程的進行，課程組會定期發(fā)布作業(yè)并進行單元測試，對學生的學習效果進行適時了解和掌握。此外，在“師生在線互動”板塊，課程組充分利用網絡教學互動性強的特點，設置了“在線答疑”“在線討論”等項目。“在線答疑”由任課教師每日在網上回答學生提出的問題，及時解決學生在學習過程中遇到的學習困惑；“在線討論”通常由教師就與課程內容相關的新領域或學生感興趣的領域提出問題，鼓勵學生查閱資料，分析整理，在網絡平臺上展開充分的討論。教師通過學生在上述兩個板塊中的表現(xiàn)，可以及時了解學生的學習動態(tài)及課程的教學效果，進而有針對性地對自己的教學計劃、課堂及網絡教學內容進行適時的調整，從而實現(xiàn)了線上線下教育資源的無縫對接。

(三)實踐教學的完善

實踐教學在“植物生理學”課程教學中占有十分重要的地位。學生動手能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要依靠實踐教學來完成，因此強化實踐教學具有著重要意義。

1.優(yōu)化實驗項目

結合實踐教學的學時數，課程組對實驗項目進行了調整。首先，將小實驗適當合并，如將“葉綠素的定量測定”和“葉綠體色素的分離”兩個實驗合并，這樣就節(jié)約了實驗學時。其次，由于定量實驗可以更好地反映學生的實驗技能和嚴謹態(tài)度，因此應強化定量實驗，如“過氧化物酶活性的測定”“葉綠素的含量測定”“游離脯氨酸的含量測定”等都屬于此類項目，應進一步強化。最后，增加設計性、綜合性實驗，如為體現(xiàn)林業(yè)大學的特色，課程組安排了“紅松種子抑制物質的提取和生物鑒定”實驗，通過這一實驗不但可以使學生了解重要樹種紅松種子休眠的原因，還可以使學生掌握植物材料中抑制物質的提取以及生物鑒定的方法。

2.改進實驗教學方法

在以往的實驗教學中，實驗原理、目的、步驟都由教師講解，學生不用動腦就可機械地完成實驗，缺乏學習的主動性。針對這一問題，課程組在“植物生理學”實踐課程“植物生理實驗技術”中對傳統(tǒng)教學模式進行了改革，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科研素質。

在實驗課程中，教師首先向學生介紹植物生理現(xiàn)代實驗技術，如紅外線CO2氣體分析技術、葉綠素熒光分析技術、植物激素的酶聯(lián)免疫技術等，使學生了解和掌握現(xiàn)代植物生理的分析技術和先進儀器的原理及其使用方法。其次，要求學生在前期課程的基礎上，根據所學的理論知識和實驗技術，針對某一研究目標設計并完成一個綜合的實驗項目[5]。綜合實驗項目通常由4～5人組成一組，共同完成。綜合實驗過程包括實驗苗木的培養(yǎng)、文獻查閱、實驗方案的設計、實驗方案的實施、實驗指標的測定、數據的處理和論文的撰寫等步驟。教師通過實驗可以考察學生的創(chuàng)新能力、文獻利用能力、解決實際問題的能力及論文撰寫能力。通過實驗教學，學生掌握了科學研究的基本方法，具備了基本的科研素質。

三、“三位一體”教學模式在“植物生理學”課程教學中的實踐效果

兩年來，課程組教師積極配合，將“三位一體”教學模式應用到教學實踐中，取得了良好的教學效果。

(一)課程教學效率和學生的學習興趣顯著提高

在課堂理論教學中，課堂+網絡的教學模式使教與學的效率都得到提高。一方面這種教學模式能讓學生合理利用空余時間，并根據自己的學習情況選擇學習的時間和方式，使得學生的學習效率大大提高；另一方面，由于部分知識點學生可以通過在線課程的授課視頻來學習，使得“植物生理學”課程學時數不足的壓力大大減輕。在課堂有限的時間里，教師可以精講課程的重點章節(jié)，如光合作用、植物激素、水分生理等，而且由于有更多的時間，使講解更加深入、透徹，教學效率也得到極大提高。

此外，課程網絡教學資源平臺上的多個互動欄目以及“以問題為導向、以任務為驅動”的教學設計，使教師與學生間的互動次數增加，有效激發(fā)了學生的學習興趣，拓寬了學生的專業(yè)視野，培養(yǎng)了學生的開放性思維。

為了解“三位一體”教學模式的實施效果，課程組對學生進行了問卷調查，結果顯示：“三位一體”教學模式增加了學生對課程的學習興趣，多數學生能夠跟緊教師的講課進度，主動完成學習任務，而且更愿意主動思考，積極表達自己的觀點。“三位一體”教學模式調查結果見表1。

表1 “植物生理學”課程“三位一體”教學模式實施效果的調查結果

據統(tǒng)計，對于課程網絡教學資源平臺上各種互動項目，學生的平均參與率達到85%以上。這說明，通過教學改革，學生具有了較強的自主學習的能力，因此學生對知識的掌握更加扎實，具體表現(xiàn)為學生的考試成績得到較大的提高。據初步統(tǒng)計，“三位一體”教學模式實施后，課程的平均成績提高5分以上。

(二)學生的科研素質和創(chuàng)新能力得到提升

通過實踐訓練，特別是“植物生理實驗技術”課程的訓練，學生的創(chuàng)新素質和科研能力得到很大提高。學生可以熟練運用植物生理研究的現(xiàn)代化儀器，如Lico6400光合儀、漢莎-調制式熒光儀、PSΨPROTM水勢儀、滲透勢儀等；學生在教師的指導下，針對逆境生理設計出了多個較為新穎的科研題目，并以小組為單位，完成了整個實驗任務，最終撰寫出較為規(guī)范的論文，而且其中有些論文正在整理，準備發(fā)表。課程實踐訓練為他們今后從事科研工作打下了良好的基礎。學生設計的部分小論文題目見表2。

“三位一體”教學模式實施兩年來，得到越來越多的學生認可。據統(tǒng)計，學生對這種教學模式的滿意和較為滿意的比例達到89.2%。這說明，絕大多數學生對這種教學模式是認可的。需要注意的是，實施“三位一體”教學模式應處理好課堂教學、網絡教學和實踐教學之間的關系。首先，要保證課堂教學的主體地位。因為課堂教學是教師傳授知識的主要途徑。在課堂教學中，師生之間是在面對面的交流，教師按照教學大綱有目標、有計劃、有重點地開展教學活動，可以使學生獲得比較系統(tǒng)、扎實的基礎知識，而且這種方式從某種程度上有一定的強制性，對于自主學習能力不強的學生可以起到一定的約束作用。其次，網絡教學是對課堂教學的補充和拓展。網絡教學可以使學生沖破以書本為中心的局限，拓展學生的學習內容，尤其是互聯(lián)網沒有地域和時空的限制，能讓學生接受優(yōu)質的遠程教育，為終身學習打下良好基礎。最后，實驗技能的高低能夠反映學生對理論知識的理解和掌握程度，實踐教學可以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，有利于創(chuàng)新素質培養(yǎng)。綜合性實驗是檢驗理論的過程，也是學生了解科研方法、培養(yǎng)專業(yè)思維、提高實驗技能的重要途徑。

表2 學生設計的部分“植物生理學”課程小論文題目

總之，在“三位一體”教學模式下，學生既可以在課堂教學中獲得比較系統(tǒng)、扎實的基礎理論知識，又可以通過網絡課程豐富學習生活、提高學習效率、培養(yǎng)主動學習的能力，而實踐教學的強化訓練培養(yǎng)了學生的科研創(chuàng)新精神與實踐能力。“三位一體”教學模式使學生的綜合素質與創(chuàng)新能力都得到了較大的提高。