基于雨课堂的植物生理生化实验课PBL教学探索

张惠莹 刘建 连玲丽 杨燕凌

摘 要：植物生理生化实验课是培养学生创新能力的重要课程。将雨课堂与翻转课堂PBL教学模式进行有机的融合，对课前、课中和课后3个环节进行设计与实施，以学生为主体，使雨课堂成为师生互动的有效桥梁，将课程内容扩展到实际生产应用中的热点问题和科学前沿问题。结果表明：学生的学习热情、学习主动性和学习成绩得到了显著的提高，学生发现问题、分析问题、解决问题和创新意识等科研素养也得到了明显提高。

关键词：雨课堂;翻转课堂;植物生理生化实验;科研素养

中图分类号 G642.0文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）17-0129-04

Exploration of Rain Classroom-Based PBL Model in Plant Physiology and Biochemistry Experiment Teaching

Zhang Huiying et al.

（Fujian Key Laboratory of Plant Functional Biology and Green Agriculture，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China）

Abstract：Plant physiology and biochemistry experimental class is one of the important course to culture students′ innovation capacity. In this study，we integrated the two instructional mode，rain classroom and flipped classroom，designed and implemented the course of pre-class，in-class and after-class. The new designed course should take students as main body，making rain classroom as the medium of interaction between teachers and students. Meanwhile，the content of class was also extended to the hotspot or frontiers of practical production. The results was shown that academic record，learning enthusiasm and initiative of students were significantly increased. Moreover，the scientific literacy of students was also increased，such as identification the problem，analyze the problem，solving problem and creative thinking.

Key words：Rain classroom;Flipped classroom;Experimental class;Scientific literacy

习近平总书记[1]指出：“青年一代有理想、有本领、有担当，科技就有前途，创新就有希望”。实验教学是高校培养青年一代创新能力的必要手段与关键环节[2]。21世纪是生命科学的时代，是各学科相互渗透与相互交融的“大生物学”新时代[3]。植物生理学作为一门基础学科，研究植物生命活动规律及其与环境相互关系，现代农业的发展、食品的安全以及环境的优化息息相关，处于生命科学的枢纽地位[4]。而“植物生理生化实验课”不仅是培养学生应用植物生理学的理论与技术探索和解决实际问题的基础实验课程，也是培养学生创新精神的重要课程。虽然近些年来我国植物生理生化实验课的教学模式在传统授课模式的基础上有所改进，但仍远远跟不上当今时代对青年科研能力的需求[5-7]。

近年来，随着信息化时代的快速发展，各种新型教育教学模式不断涌现，其中，雨课堂（Rain Classroom）[8-9]智慧教学手段是将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint和微信中，使课堂内外师生互动永不下线。“翻转课堂”（Flipped classroom）[10]又称“反转课堂”，是将教学任务中知识的传递转移到课堂外让学生自学，课堂变成师生之间、学生之间进行积极的社会化互动场所，实现学生的深度学习，提高学生解决问题、创造性思维、高水平推理和严谨性科研的能力。与翻转课堂相对应的是以问题为基础的PBL（Problem-based learning，PBL）教学模式[11-12]，教师把实际生活中遇到的问题作为教学材料，通过设置问题情景，不断激发学生自主思考、探究与合作来解决问题，从而学习隐含于问题背后的科学知识，提升学生综合思考及解决实际问题的能力。各种教学模式不能生搬硬套，改革必须结合学校、教师、学生的现状进行合理的设计与实施。鉴于此，笔者试图将这2种教学模式进行有机的结合，以植物生理生化实验课为研究对象，针对课前、课中和课后3阶段提出了具体的改进措施。

1 融合雨课堂与翻转课堂PBL教学模式的设计与实施

我们结合植物生理生化实验课的特点与重要使命，同时考虑到学校、教师、学生的现状[11-14]，构建基于雨课堂与翻转课堂PBL教学框架（如图1）。

1.1 课前准备阶段

1.1.1 教学资源的准备、实施及反馈 教学团队根据制定的教学计划，通过雨课堂微信端向学生推送既符合课程要求又与当代研究热点相关的科学问题，让学生设计出简略的研究方案或者思维导图，问题既要深入淺出，又能激发学生的学习兴趣。学生主动通过图书馆或者网络查阅相关资料，学习相关知识，认真设计，在规定时间内通过雨课堂微信端向教师端推送实验方案或者思维导图。

教师根据学生反馈的实验方案，及时推送相关高水平文章、PPT和教学视频，让学生反思和深入学习。其中有关教学视频：（1）以学生感兴趣的实际生活问题导入，以吸引学生的科研兴趣。（2）实验原理要详细讲解，在讲知识点的时候，可以多用反问或者设置悬疑的方式，亦或开一些小玩笑，比如“在讲叶绿素溶于有机溶剂的时候：假如叶绿素溶于水的话，下一场大雨，世界岂不全变成白色的了？”在欢声笑语中增加学生的参与度与学习热情。（3）通过展示实验台上的仪器设备和试剂药品，引导学生思考：“如果实验室的条件就是这些，你该怎样设计实验来完成这些指标的检测呢”。视频之后学生要在规定时间内完成教师推送的限时问题，通过的同学才可以进行接下来视频的学习，避免学生没有真正观看视频。（4）教师介绍教学团队设计的实验步骤。在讲实验步骤的时候，一定要讲清楚仪器设备的操作规范与注意事项，比如要慢动作和全方位展示分光光度计和移液枪等仪器设备的使用规范，还要讲清楚每个试剂在实验中的作用。（5）以文章图表的形式介绍相关文章的实验结果与分析讨论，并帮助学生分析文献。（6）归纳总结并给出学生相应的思考题，视频总时长控制在20min左右。

学生观看完视频之后，随时通过雨课堂微信端和教师互动，并及时上传修改后的实验方案和思考题;教师要及时回答学生提出的问题，并认真审阅，同时及时反馈给学生审阅情况。学生根据教师的反馈结果继续完善实验方案。

1.1.2 实验材料和实验试剂的准备 在上课的前7d，学生分组负责配实验所需试剂，教师要全程指导和监督学生的操作，确保试剂准确无误。实验材料以小组为单位进行准备。这样不仅可以提高学生的科研严谨性，而且可以提高并锻炼每位同学动手操作的能力以及实践能力。此阶段，教师要根据学生上传作业和动手能力的情况，对学生们进行课前评价。

1.2 课中实施阶段

1.2.1 教师现场讲解与课堂交流 （1）针对学生在雨课堂微信端提出的问题和设计实验方案中出现的错误，以及学生准备实验试剂和实验材料时遇到的问题，教师给予详细的讲解和耐心的解说，并及时表扬和肯定学生做的对的地方;对于学生做的不好的地方，教师以科学需嚴谨的态度告知学生，让学生认识到科研的严格性，千万不要打击学生的积极性。（2）教师再次利用雨课堂推送本次实验课相关的启发性问题，比如，“测定叶绿素含量的意义何在？或者测叶绿素可以反应植物的哪些指标？至少列举3个实例”，教师开启雨课堂弹屏模式，学生之间相互讨论5min，5min后教师要结合高水平文章的图片，给大家介绍叶绿素和植物的光合作用的关系、叶绿素和植物旗叶的衰老关系以及叶绿素和植物抵抗逆境的关系等。（3）教师结合板书和PPT详细讲解本次实验的重点和难点，并利用雨课堂推送限时答题，可以推送一些难度相当的选择题，也可以推送一些难度稍微大一点的简答题。比如，“叶绿素在蓝光区有最大吸收，能否通过测定该波长下的吸光度对叶绿素a、b进行定量分析并分析其原因？”。根据学生答题的情况精准调整授课的方法和进度。（4）现场演示仪器设备的操作规范，并着重强调注意事项。（5）通过雨课堂推送若干选择题或者填空题，以考察学生的掌握情况，比如，多选题：“提取植物干燥组织，是用_？A.100%乙醇;B.95%乙醇;C.80%丙酮;D.100%丙酮”。（6）在进入生生之间和师生之间面对面交流环节时，由学生先提出问题，然后教师现场答疑，或者教师口头提出问题，学生之间再进行探讨，时间不少于15min。

1.2.2 教师巡视指导与学生合作完成 （1）学生小组成员分工明确，每位成员严谨认真去负责好自己的任务，并相互合作，遇到问题一起小声分析讨论，若解决不了，则可以举手示意教师过来进行指导。此举可以培养学生发现问题和分析问题的能力，同时也能加强学生的团队协作精神。（2）教师巡视监督指导，同时根据学生的操作与进程随时提出问题，引导学生自己拿出解决方案，增加学生的创新思维。教师也会根据大家的表现及时关注个别同学，鼓励和帮助个别同学积极参与，而不能让任何同学在小组中滥竽充数，这样可以培育大家互相合作的精神。教师要强调学生对实验现象进行仔细观察并及时记录，有利于培养学生养成良好的科研习惯。（3）以小组为单位对问题进行剖析和总结，并提出下次实验课改进的方案;教师根据实验课出现的问题做出分析总结，并给予学生建设性的指导意见，同时提出新的问题，引导学生进行创新思维。此阶段，教师要根据学生的合作精神、实验操作严谨性和解决问题能力等情况对学生进行课中评价。

1.3 课后反馈评价阶段 教师利用雨课堂微信端及时推送课堂延伸问题，学生运用所学知识进行巩固总结，及时查阅国内外最新进展，试想出本次实验可以做出哪些改进，比如还有没有其他实验方法进行检测，真正的理解通过这次试验可以解决哪些实际问题以及实验意义何在，并及时提交实验报告。教师审阅学生提交的作业和实验报告册，并利用雨课堂微信端发布课堂延伸问题的答案，指导学生应用所学知识解决新的科学问题，提高学生解决问题的能力，同时培养学生的创新精神。另外，教师对学生学习状态和效果进行评价和反思，为下一阶段课程的开展进行准备。此阶段，教师要根据学生参与度及作业完成情况对学生进行课后评价。

1.4 课程考核阶段 在上第1次实验课的时候，教师开启雨课堂教学，给大家介绍本学期的课程执行计划，包括本学期的实验安排、实验目的和实验课的教学模式等，另外还要明确告诉学生这门实验课的考核计划，比如：线上测验及讨论占最终总成绩的20%;线下测验占最终总成绩的10%;课堂表现占最终总成绩的10%;实验报告册成绩占最终总成绩的20%;期末考试占最终总成绩的40%。讲完之后教师开启弹屏模式，看看大家对实验课程计划和考核计划的态度及建议，教师根据学生的弹屏给大家进行及时反馈。

期末考试不是之前传统的笔试，而是实验课结束后的一次实验考核加现场笔试，其中实验考核不是简单的重复之前做的实验，教学团队提前考察实验田玉米苗的长势，选取长势一致的玉米苗，对玉米苗进行不同方式的处理，比如：60株正常生长，60株干旱处理;60株重金属胁迫;60株盐胁迫;60株高氮处理。教师提前14d提出实际科学问题并带领学生参观玉米实验田，告知学生实验田的处理情况，将学生分组，利用抽签的方式选择胁迫处理。学生的实验考核包括：观察玉米长势并分析外界胁迫（干旱、重金属胁迫、盐胁迫和高氮胁迫）对玉米的生长有何影响？有哪些指标可以检测这些影响？又如何来利用这些影响去帮助农民育种？建议学生通过百度、图书馆、文献查阅等方式设计实验方案。21d后开始考核，即要在规定的时间内完成实验考核和笔试试卷，教师根据学生完成的情况进行评价，该实验考核加现场笔试成绩占最终总成绩的40%。

1.5 实施后的成效 对比实施前后学生的学习热情，我们发现，学生的学习热情明显提高，具体表现为：（1）学生由平时的踏点来上课，变为现在的盼着上实验课，约90%的同学能够提前5～10min来到实验教室并进行预习和检查实验药品和器材。（2）学生由原来的不爱听课，变为现在的认真听课，并积极参与随堂的限时小测。即使个别学生想偷懒，也会被教师及时发现，并被教师带动起来变成认真听课。（3）平时一些不爱发言的学生由原来的沉默寡言变为喜欢课堂的弹屏模式发言，并能够积极的把自己的想法表达出来，课堂上师生互动，1h内，弹屏有效问题达到6～8条。（4）学生由原来课下的死记硬背变为现在的课堂理解记忆，下课不再担忧考试。（5）学生由原来的上课手机爱不释手，变为现在的上课工具，不再依恋于玩游戏。（2）对比实施前后学生的学习主动性，我们发现，学生的学习主动性也增加很多，具体表现为：①学生积极主动通过网络或图书馆去查阅相关资料去完成作业，因为考核方式的变化，懒惰的学生为了不挂科不得不好好复习。②学生很喜欢课堂互动环节，学生会主动去问一些感兴趣的话题，虽然有时候会发生争执，但教师能够通过一些名人小事来化解。教师还会和学生聊如何分解压力，帮助学生排忧解难。③課堂内外学生分析问题和解决问题的时间和空间增加了，学生可以创新性的做出一些事情，学生的满意度增加，相应的主动性就增加了。（3）对比实施前后学生的学习成绩发现，学生的学习主动性和学习热情与学生的最终考试成绩成正相关，学生的整体成绩显著提高（见表1），具体表现为：优秀考生人数明显增加，所占比例上升到10%～20%;良好人数明显增加，所占比例上升到40%～50%;中等考生人数所占比例有所减少，减少至15%～25%;及格人数所占比例显著减少至5%;不及格情况不再存在。（4）对比实施前后学生的科研素养，我们发现：（1）学生发现问题、分析问题和解决问题的能力显著提高。课前学生主动查阅文献，发现问题的机会增多;课中师生多交流，教师启发性引导学生思考，学生逐步学会分析问题;课后教师在实验课的基础上增加拓展思考题，引导学生利用所学知识解决实际生活问题。（2）学生的创新意识显著增强，比如，实验方法上的创新，提取叶绿素，实验课上是研磨后过滤定容，有的学生能联想到直接离心更省时间。比如实验思路的创新，比如缺素培养的玉米苗，为什么有的SOD值比完全培养液的大，有的为什么比完全培养液的小？学生通过阅读文献，能够发现植物严重缺素会造成活性氧的积累，活性氧诱发植物体内抗氧化酶的活性提高，而不是固执的认为缺素就应该比完全SOD小。

2 对策建议

2.1 学校资源 先进的仪器设备和良好的教学资源是教学改革的前提和必备条件[14]。（1）学校在一定程度要支援实验室仪器设备和网络资源的建设，没有这些保证，几乎很难做到真正意义上的改革。（2）学校给予教师充分的时间与信任，将课前课后的工作量也算做教学工作量，让教师更多的时间和空间去设计和完善教学资源。（3）学校在一定程度上给学生更多的自由时间和空间去适应教师的改革，并和教师一起不断的引领学生有远大志向，学校课程安排不要太紧密。

2.2 教师自身素质 一个好的问题情景设置，是教学方法的基本内容，是激发学生学习动力所在[15]，也是关系到开展这门课成败的关键。（1）教师对当代大学生的知识结构有详细的认知;（2）教师密切关注当代研究的热点问题。（3）教师将当代热点与实际生活问题紧密联系起来，并要深入浅出讲明白。（4）教师要有改革的情怀、决心和信心。

2.3 学生自身素养 大学生端正学习态度和合理规划自己的大学生活是改革的保障[16]。（1）大学生要严格要求自己，团结友爱、共同进步。（2）大学生要热爱生活，有足够的热情去发现实际生活问题。（3）大学生要努力培养自己的兴趣，配合教师的规划，勇于接受批评指正。（4）大学生要热爱科研，不断创新，有为科研事业奋斗的决心和信念。

3 结语

将雨课堂和翻转课堂PBL教学模式贯穿于课前准备阶段、课中实施阶段和课后反馈阶段，课前让学生更多的思考与动手;课中让师生、生生之间有更多的交流与合作;课后让学生更多的巩固与延伸，同时师生交流不再受时间和空间的限制。着力于增强学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，着眼于培养学生的动手能力与思考能力，着重于增强学生的合作精神与创新精神，这种教学模式顺应了时代发展的要求，两者的结合更有利于培养当代大学的科研能力和科研素质。改革实验教学，是探索培养学生创新能力的新路径[2]，虽然道路很艰难，但“不忘初心方得始终”，力争通过植物生理生化实验课的提升，进一步提高和培养当代大学生的科研能力。

参考文献

[1]习近平.在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话[J].北京：人民出版社，2018：24.

[2]孟昭霞.实验教学在学生创新能力培养中的作用[J].现代大学教育，2018（5）：92-97.

[3]王亚辉.世纪之交生物学发展的主要趋势[J].中国科学基金，2000，14（3）：167-169.

[4]李合生.现代植物生理学[J].北京：高等教育出版社，2016：409

[5]陈诗，王瑞苓，郑元.西南林学大学《植物生理学》实验教学改革初探[J].教育教学论坛，2018，362（20）：121-122.

[6]李欣，赵玉红，周浩，等.通识教育下生物化学实验教学的探索和实践[J].实验室研究与探索，2017，36（9）：126-128.

[7]郑元，赵芬，马焕成.“植物生理学”课程教学改革的探讨[J].中国林业教育，2017，35（1）：64-67.

[8]王帅国.“雨课堂”：移动互联网与大数据背景下的智慧教学工具[J].现代教育技术，2017，27（5）：26-32.

[9]袁博，赵海媚，张成萍，等.基于雨课堂的研究生英语学习行为可视化分析[J].现代教育技术，2018，28（5）：68-74.

[10]张萍，DING Lin，张文硕.翻转课堂的理念、演变与有效性研究[J].教育学报，2017，13（1）：46-55.

[11]Sage LTR. Problems as Possibilities：Problem-Based Learning for K-16 Education. 2nd Edition[J].VA：Association for supervision and curriculum Development，2002：261.

[12]肖淑敏，焦秀梅，赵连梅，等.基于翻转课堂的环境生物学实验PBL教学设计与实践[J].微生物学通报，2018，45（1）：207-214.

[13]缪静敏，汪琼.高校翻转课堂：现状，成效与挑战-基于实践一线教师的调查[J].开放教育研究，2015（5）：74-82.

[14]吕艳娇，姜君.PBL教学方法对美国研究生创新能力影响[J].黑龙江高教研究，2018（11）：113-116.

[15]乔守怡，赵志安，李惠敏.建设一流实验教学中心，培养高素质人才[J].实验室研究与探索，2006（6）：660-663.

[16]索桂芳，任学印.新课程体系下合作学习教学模式的构建[J].课程.教材.教法，2006，26（8）：18-22.

（责编：张宏民）