自主探究式学习法在《生物工程导论》课程教学中的应用_赵帅.pdf

产业与科技论坛2022年第21卷第24期Industrial&Science Tribune2022（21）24自主探究式学习法在 生物工程导论 课程教学中的应用赵帅刘铀李昆太赵云涛【内容摘要】生物工程导论 为面向生物工程专业本科新生开设的通识教育拓展课。目前对于该课程的授课方式，大多数以传统的讲授式教学为主，形式单一。文章阐述了将自主探究式学习法应用于 生物工程导论 本科教育教学改革中的成功尝试，以期为新时代大学生通识教育课程改革提供借鉴。【关键词】生物工程导论;自主探究式学习法;教学改革【基金项目】本文为广东海洋大学博士科研启动经费(编号:19039)、2019 年度创新强校工程项目(编号:230419082)、2021 年度校级大学生创新创业训练计划项目(编号:010403042113)、2019 年度校级教学团队(编号:570219086)、广东海洋大学生物工程特色专业建设项目(编号:PX 2521182)研究成果。【作者简介】赵帅(1986)，女，黑龙江哈尔滨人，广东海洋大学讲师，博士;研究方向:海洋生物资源保护与利用刘铀，李昆太，赵云涛;广东海洋大学食品科技学院近年来，面向生物工程专业本科新生开设的第一门专业基础课以及通识教育拓展课 生物工程导论 课程，因其教学内容的高度包容性、概括性特点，对学生把握本专业的发展现状、激发学生对本专业的学习热情、对本专业产生强烈的归属感起到重要作用，而受到越来越多的关注1。目前对于该课程的授课方式，大多数以传统的讲授式教学为主2，这种传统的以教师为中心的、教师主导所有教学过程并使学生处于被动接受地位的“教师讲，学生听”的填鸭式教学对于激发学生学习的积极性和主动性、提升学生的学习兴趣，效果甚微。学生的思维直接受教师影响，对于课堂学习缺乏独立探索思考空间，难免产生倦怠情绪，更难以形成自己主动学习和探索的能力3。生物工程专业是一个理论技术不断更新、日新月异发展的生命力旺盛的学科。很多几十年前经典的理论和技术仍存在于现有的教科书中，而近些年来不断涌现出来的新科技新发现尚未形成宜于教学的内容以教材形式出版。随着教育教学改革的不断深入，本科生在高中阶段对大学阶段的专业课程已有相关的涉猎。对此，以讲授式授课方式为主的教学，已无法满足学生对于专业的认知需求和对专业知识的渴求。一、自主探究式学习法教学的原理自主探究式学习理论是 20 世纪末期西方学者提出的掌握自我学习能力的理论4 5。该理论倡导“自主、合作、探究式学习方式。教师通过引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习，促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习”。随着该理论的提出，其已在各行各业尤其是高校教育教学领域中不断渗入6 7。研究表明，自主探究式学习有效地转变了学生的学习方式和态度，有助于改变学生思维方式、生活方式乃至生存方式。学生将学习这一主要依靠理解和记忆的被动接受知识的思维过程，转变为探索式、批判式、发散式、创造式地获得新知识。变“我应该学习什么”为“我为什么要学习，学习什么对我有用处，我希望学习什么，我怎样才能学好它”，这种由被动接受到主动获取知识的高效学习途径。由此，学生的独立自主性、判断能力、创造性思维也会得到真正的发挥和提升，使学生真正成为学习的主人。中国社会科学出版社出版的 课程改革:新世纪的国际视野 一书，论述了国外基础教育课程改革的主要内容，得到了“确立以学生为中心的原则”“注重个性化教育”“建立自由灵活的课程设置和灵活多样的评价模式”“不得忽视学生学习自觉性”等有益启示，对于新时代通识教育课程改革的推进大有裨益8。二、自主探究式学习法在本科教育教学改革中的应用张月杰(2020)9 将自主探究式学习模式引入生物化学教学中，通过课前引导、课中内化、课后拓展三个阶段教学过程系统地衔接，有效地提高了学生学习的主观能动性。栾晓蕾(2021)10、徐洁(2021)11 通过智能手机的英语学习 App功能和大数据将自主探究式学习模式引入英语教育教学，充分利用掌上学习资源为英语学习及教育教学提供了线上教学的新途径。闫文伟(2021)12 将自主探究式学习法应用于高校体育的教育教学改革中，通过构建高校体育自主学习新模式，激发学生学习的上进心，由被动学习变为主动学习，具有较强的教学实效性。由此可见，自主探究式学习法已成功地被越来越多的教育者应用于越来越多的学科领域，不断地为课堂教学注入新的活力。三、自主探究式学习法在 生物工程导论 本科教育教学改革中的应用实例高校教师在 生物工程导论 课堂中引入自主探究式学习法，应按照教育教学理念、学习法的应用特点等，重点开展各项教育教学工作，培养学生的学习兴趣和自主学习探究能力。具体的应用措施为:0022022年第21卷第24期产业与科技论坛2022（21）24Industrial&Science Tribune(一)采用任务探究式学习模式。生物工程导论 是生物工程专业的引导课程，课程的教学内容具有高度包容性、概括性特点。学生在自主学习、探究期间，很容易产生迷茫、无从下手的情况，此时教师就可以为学生设置主要的学习任务，让学生在学习任务的指引下，有目的、有针对性地去自主学习生物工程课程相关的知识，增强学生的自主学习能力和探究能力。便如，笔者带领学生学习 生物工程导论 课程中“生物工程学科的发展史”“生物工程学科相关技术成果”这一教学内容，学生在自主学习过程中表现得毫无头绪，此时笔者就为学生明确地布置了学习任务，即调研历届诺贝尔奖获得者生物工程领域相关成果、调研生物医药食品等领域应用生物工程相关技术获得的最新成果发现。通过上述学习任务的布置，分别从两种不同的角度让学生通过自主探究式学习系统顺利地完成学习任务。这样在生物工程导论 课程中教师为学生提供自主探究式学习的契机和条件，有利于学生增强学习主动性，为日后应用自主探究式学习法学习生物工程相关专业课程提供帮助。(二)采用学生主体性的个性化学习模式。教师在 生物工程导论 课程教育中引入自主探究式学习理念，应该以学生作为主体，制定出有助于学生个性化发展的培养方案，鼓励学生主动学习和探索如何学好生物工程知识。在自主探究式学习的教学模式中，教师应加强对不同学生兴趣点差异性的分析，针对不同学生的学习能力、思维方式、学习习惯等，予以个性化教育和指导，为学生自主学习和自主探究内容设置更有层次、更有针对性、更具差异性的教学指导，不断培养学生自主学习和探索知识的能力。例如，笔者带领学生学习生物工程导论 课程时，积极采用以学生为主体的教学模式，为学生布置自主探究式学习任务时考虑到了学生主体性的需求，采用学生感兴趣的教学模式开展教学。自主探究式学习提高了本科生对于 生物工程导论 课程的学习能力。同学们纷纷调研了自己感兴趣的科研领域，包括:人工合成牛胰岛素、靶向药物发展历史、酿酒技术、酸奶制作、发酵工程、器官培养、HPV 疫苗、基因测序、试管婴儿、青蒿素、癌症免疫疗法、CISP Cas9 基因编辑技术、埃博拉病毒、基因编辑免疫 HIV 婴儿、缺氧诱导因子(HIF)、单克隆抗体、细胞工程、端粒、干细胞、生物钟、膜蛋白结构等二十多项成果。针对学生的自主探究式学习成果，笔者都会对其调研的内容予以点评，对其中涉及的技术、理论问题对学生予以解释，教学内容予以补充，对涉及生物工程产业的发展与专业学习的关系予以阐释，并提出新的思考让学生进一步探索。例如，有学生在学习感兴趣的“人工合成牛胰岛素”方面知识时，学生通过自主探究式学习了解了胰岛素的发现、功能、结构、制备方法。笔者在此基础之上提出了一系列问题，例如“胰岛素的合成方法存在哪些问题”“涉及哪些生物工程知识”“从哪些方面可以改进”“市售胰岛素产品的区别有哪些”“长效和短效胰岛素的作用机制有何不同”“胰岛素的给药方式有哪些”“目前有无替代胰岛素的产品”等等，供学生参考，也为学生提出了更高层次的要求和新的学习挑战，从而鼓励学生进一步完善自主探究式学习生物工程领域的相关知识，提高学习和探索研究知识的水平。(三)采用线上线下混合式教学法。利用互联网的线上教学已广泛地应用于各个学科教学领域，通过微课、慕课、翻转课堂、在线直播等互联网线上教学资源，可以为学生提供各种各样的教学辅导，满足学生不同学习阶段的不同需求。学生可以结合自身的学习时间、学习习惯、学习兴趣，选择性地学习相关知识。有利于学生加深对知识点的理解以及加强自主学习、分析、研究学习内容的能力。在生物工程导论 课程中教师就可以通过整合线上和线下资源，采用线上线下混合式教学法为学生提供更为丰富的学习资源，教师将网络中优质的教学资源整合到课件中，在课堂教学中为学生一一展示，并为学生做深入的讲解，使学生更易于在自主探究式学习中获得更多的知识。例如，笔者带领学生学习 生物工程导论 中“发酵工程”方面的知识时，先理清其中的知识点，然后按照各个知识点为学生展示不同的线上资源(短视频和图片)，包括发酵过程中发生的生化反应原理、发酵工程的应用(包括啤酒的酿造工艺、酸奶的制作流程)等等。将抽象的生物工程技术的原理和应用形象生动地展示给学生，并分别对每个视频每个图片做重点讲解，引导学生去分析思考该技术的原理、应用领域、改进措施等问题。同时，鼓励学生利用互联网、数据库、图书馆、资料库等线上线下资源更广泛地涉猎生物工程课程相关知识，学习内容不局限于教科书，要及时获取科技发展前沿领域的知识。通过教师线下指导帮助学生在自主探究式学习中养成主动探索、主动研究、主动学习的学习习惯，从而掌握更多的生物工程知识。(四)采用创新性评价方式。教师在 生物工程导论 课程中引入自主探究式学习法的同时，应该积极采用创新性的评价方式，综合性地评价学生在自主探究式学习过程中出现的情况，发现学生学习过程中出现的问题和不足，鼓励学生改正自己在自主探究式学习过程中暴露的缺点，为学生明确生物工程专业科学的学习方向，激发学生对本专业的学习热情，以及学生未来的综合素质的培养提供帮助。学生通过创新性的评价方式，可以全方位提升自主学习能力和水平，从而更有意愿、更认真地参与自主探究式学习活动。例如，笔者在 生物工程导论 课程中以“科普汇报”的新形式作为对学生自主探究式学习成果的评价方式。教师指导学生先将自主探究式学习过程中取得的学习成果撰写成调研报告，然后将学习成果整理制作成 PPT 并在课堂上以科普汇报的形式口头发表出来，在课堂上将学习成果与其他同学互相分享，从而创新性地开展教学。结果显示，同学们纷纷表示“这次我们班进行了科研成果汇报会，每个人都有展示的机会，通过汇报自己调研的科研成果，可以巩固自己这次科研学习到的知识，又可以锻炼自己的组织表达能力和随机应变能力，可谓一场知识盛宴，可以通过交流来汲取别的同学的经验”。通过学生在讲台上的表现，教师针对性地评价学生的自主探究式学习效果，分析存在的问题和不足，使学生在掌握 生物工程导论 课程内容及相关知识点的同时，培养学生信息检索能力、文献调研能力、资料整理能力、逻辑梳理能力、视觉化表达能力、软件操作能力、语言表达能力以及应答应变能力等综合能力。教师可以根据学生自主探究式学习情况，调整学生自主学习的计划以及教师的教学策102产业与科技论坛2022年第21卷第24期Industrial&Science Tribune2022（21）24略，体现出创新性评价手段的作用和优势。四、教学反思及展望探索本次针对 生物工程导论 进行的教学改革成功的原因，笔者认为可以归结为以下几方面。(一)生物工程导论 课程教学改革成功的原因。1生物工程导论 为面向生物工程专业本科新生开设的通识教育拓展课。目前对于该课程的授课方式，大多数以传统的讲授式教学为主，教学方式及考核方式过于单一，无法探查到学生学习的兴趣点，无法在教学中培养学生的综合素质，学生在教学活动中处于被动地位，教学效果甚微。自主探究式学习法突破了讲授式教学法的局限，且“科普汇报自主探究的科研成果”的考核方式，与原来课堂教学及考核方式相比形式更加灵活多样，顺应了学生主动学习知识的内在需求，充分激发学生学习的热情和学习的积极性。2生物工程导论 课程中引入自主探究式学习