基于PBL的协同小组分工教－学法在草地保护学实践教学中的应用

高立杰，周国娜，敖特根白音，吴春会，刘树栋，陈宝江

（河北农业大学动物科技学院，河北保定 071000）

PBL(project-based learning)是基于真实情境、以驱动性问题启动的“以学生为主体、以问题为中心、以小组为组织形式、以培养学生能力和素质为根本目的、将知识获得与知识应用相结合的探究型学习模 式”[1]。德 国 物 理 学 家Harmann·HaKen 的 协 同(synergetics)理论认为协同学是“协调合作之学”[2]。“协同”是指协调两个或者两个以上的不同资源或者个体，协同一致地完成某一目标的过程或能力，强调组合效能大于个体功能[3]。协同学习是一种创新设计，由学习者以异质小组形式参与，学习者有共同的学习目标，协同学习不仅使自己获益，而且他人乃至整个小组从中都能获益[4]。小组或团队学习是指根据某个项目或者实验，将学生分为若干个小组，由几个学科的教师联合指导，让学生通过合作去完成该项目或者实验[5]。

PBL 教育在国外发展起步早，影响范围广。早在20世纪60年代，美国神经病教授Barrows便在加拿大麦克马斯特大学提出了PBL教学模式，最开始只普遍应用于西医教育领域，随后PBL 教育模式在学习技能培养和知识迁移能力方面的显著作用得到教育界的大力推崇，目前已成功实施到经济学、设计学和心理学等众多领域。美国普渡大学《PBL 跨学科期刊》的主编Peggy Ertmer 总结了项目式学习的5个关键：1)现实世界的联系(real world learning)，即提出一个现实问题来驱动课程；2)学习的核心(core to learning)，即强调学术严谨性，增设学习单元，重视学习内容；3)结构化协作(structured collaboration)，即组建学习小组，增强团队合作；4)学生驱动(student driven)，即将教师与学生的角色转变，教师成为促进者，学生成为主动者；5)多方面评估(multifaceted assessment)，即将评估贯穿于教学全过程，重视形成性评估于学生自我评估PBL 教育在国内起步发展晚，且大部分仍然集中于西医学教育领域[6]。

国内外关于PBL协同教学法用于课程建设的探讨大多集中在传统的问题驱动下小组讨论或操作的视角，而以前沿生产实践和科研实践项目为目标驱动，以小组为主体全面多元化协同创新学习尚显不足，缺乏实质的能动性。

自20世纪60年代初以来，国内一些高等农业院校开设了草地保护学课程。经过多年来的教学及生产实践，草地保护学逐渐形成了自己的科学基础和科学体系。目前草地保护学是河北农业大学草业科学专业一门重要的主干课，是一门应用性和实践性很强的综合性应用学科。该课程教学质量的高低，直接影响到学生毕业后从事草地保护工作的能力[7]。草地保护学课程主要讲授草地有害生物的生物学特性、与环境的互作、发生与成灾规律、预测预报以及防治措施与策略方面的理论与实践知识，近几年教学内容的内涵和外延得到了很大的调整和拓展[8]。目前草地保护学传统的教学模式中，理论学时占主导地位，主要为课堂讲授，实验相对学时较少，且基本为室内实验，很少接触生产实际中的具体情况[9]，远远不能适应草业生产和草学的发展，不能服务于生产需要；实践课各种有害生物相关实验内容相互独立，不符合系统防控理念，有的实践课因任课教师在某一有害生物专长而忽略了其他有害生物的方面知识的传授。因此，为探索如何提高有害生物综合治理思想下的草地保护学草教学质量，体现专业特色和地域特色，紧跟社会、时代发展前沿，2019年以河北农业大学动科院草业科学专业1501、1601班学生为研究对象，探究以实际生产和科研项目为导向、以教师指导小组和学生学习小组为组织形式的基于PBL多元化协同创新实践教学模式在草地保护学实践课程的实施和应用效果，可为地方院校专业课程建设提供可借鉴的思路与方法。

1 基于PBL小组协同分工教–学法在草地保护学中的应用

1.1 以《草地保护学》教材为基础，建立有害生物整体、系统协同防控理论体系

为进一步契合有害生物防控体现整体性和独立性的统一的教学理念，21世纪，各高校建设了两套“十一五”规划教材。首先是由刘荣堂等主编的《草原保护学》第三版经过内涵外延扩展修订后的《草地保护学》，保持了啮齿动物、病理和昆虫3个内容相互独立的风格[8]；其次是刘长仲等主编的《草地保护学》，该教材以有害生物的生物学特性、与环境的互作关系、发生与成灾规律、预测预报以及防治措施与策略为主线进行介绍，以有害生物的生物学特性、与环境的互作关系、发生与成灾规律、预测预报以及防治措施与策略为主线进行介绍，将3种有害生物有机联系起来[10]。河北农业大学动物科技学院草业科学系在专业培养计划修订时，将牧草病理学、牧草昆虫学、杂草防除和草原啮齿动物学整合为草地保护学，任课教师根据各自优势分成病害组和鼠虫害组分别讲授。

1.2 拓展实践教学途径，以协同小组为单位进行线上线下混合教学

除了传统的验证性实践项目外，草地保护学任课教师小组会经常根据课程目标设置综合实验教学情境问题，学生组成5个学习小组，自行分工组织课程知识材料设计实践方案，适时组织线上讨论和指导。例如：在进行草坪病虫害调查与防治综合实验中，首先引导学生分组查阅各种草坪草常见虫害的资料，再分别组织各组学生在河北农业大学分场草业教学实践基地和校园草坪各种草坪植被进行虫害调查，然后学生们以翻转课堂的形式在线论证其可行性，同学们一起讨论，最后教师进行总结、答疑解惑。线上实践教学中，任课教师小组成员协同在线指导讲解。此外，QQ作为手机中的社交软件，能借助语言、语音、图片、视频及PPT等多种方式将草地保护学中的有害生物、防控方法形象的展示出来。因此，利用QQ平台辅助进行PBL分组教学可以将学习融入学生的日常交流，让他们以小组讨论的方式充分利用课外的零散时间进行反复学习、思考、探讨以及发现新问题。线下实践课依托实验室和学校实践教学基地进行，学生依然以小组为学习单位，各小组实施各自设计的实践方案并总结实施效果。教师小组以此为依据进行综合评价作为实践考核成绩。

1.3 通过学院内“草地保护实践技能大赛”提高学生的草地保护学实践能力

为了“以赛促教、以赛促学、以赛促创”，使同学们通过课程实践技能比赛将草地保护学理论和实践紧密结合，在比赛中提高学生的技能和专业素养，同时增强团队意识、竞争意识等自身的综合素质。比赛前，指导教师小组对参赛选手在各种有害生物识别、综合防控方案设计等技能方面进行了培训，参赛选手小组利用业余时间进行积极准备。比赛环节分为病、虫、草、鼠害形态识别，牧草危害症状识别，草地保护知识和学科发展前沿热点抢答，有害生物综合防控方案设计4轮环节。环环相扣，紧张有序，尤其是抢答部分，竞争激烈，意犹未尽。通过比赛大大提高了草业科学专业的学生对草地保护学课程的学习兴趣，实践能力普遍增强。

1.4 校外教学实习

根据学院草业科学专业培养目标定位(草原和饲草方向)，师生分地区分组协同进行实践教学。任课教师组成实习指导教师小组，包括病害组和虫鼠害组，分别指导有害生物调查和防治。根据五点取样的调查法，学生分为5组，各调查一个样方，统计有害生物发生情况，然后各小组自行设计防控方案并实施，最后实习指导教师小组进行评定。问题任务情境的设置紧跟科研与生产实践前沿。例如，在河北省苜蓿主产区–沧州黄骅苜蓿种植合作社，以企业在苜蓿种植实践中出现的病虫害发生案例为任务目标，然后分组协同进行实际调查，在制定防控方案时应用最新的、有效的饲草有害生物绿色综合防控措施，防控效果较好。这大大提高了学生分析、解决生产实践问题及创新的能力。

1.4.1 栽培草地病虫害防治教学实习

饲草保护教学实习在河北黄骅苜蓿种植基地(国家牧草体系沧州综合试验站)进行，目标任务根据实习时苜蓿种植企业田间病虫害实际发生情况而定。结合苜蓿企业相关技术人员介绍和学生实际调查，在实习教师小组的指导下，学生小组分别进行病虫害分类鉴定和数据统计处理，制定防治方案并进行试验。由苜蓿企业技术人员小组和指导教师小组从不同角度分工协同评价学生实习过程和效果。

1.4.2 草原保护教学实习

草原保护实习在河北张家口沽源坝上和承德鱼儿山牧场草原实习基地进行。新的草地保护理念是把有害生物与环境(包括自然环境、生物环境)看作一个生态系统，建立以生物防治和生态治理相结合的绿色综合防控体系。印度蝗灾的爆发，更加引起我国对蝗虫发生动态监测与防控的高度重视。蝗虫防治也是河北省草原灾害生物防治中的一项重大工作，“防止飞蝗起飞和造成灾害，防止河北蝗虫扩散危害，防止入境蝗虫迁徙和越境进入北京”。因此实习的任务目标是探究蝗虫与天敌以及环境之间的互作关系、发生与成灾规律、预测预报以及防治措施与策略的制定和实施为主要内容，除了分组调查草原昆虫群落外，同时小组内分工调查植被、风速、海拔、土壤(土样带回实验室测定土壤pH，有机质含量，土壤碳酸钙、N、P、K 含量)等各种环境因子。返校后各小组进行数据统计整理。根据统计分析和相关性分析，找出所在样区内影响蝗虫发生的主要植被因子和环境因子，并提出有针对性的生态防控和生物药剂防控的综合防控方案，并在实施后调查防控效果。最后进入实习总结阶段，指导教师小组协作对各组实习效果进行综合评价。

1.4.3 暑期科研实践

2019年夏，依托河北省产业技术体系有害生物防控创新团队和河北省林业和草原局的草地保护科研项目，草业科学1601班师生在承德坝上红松洼草原、河北省唐山青贮玉米种植区以及河北邢台、廊坊苜蓿种植基地开展了进行了问题探究式草地保护学科研实践，包括有害生物调查和绿色综合防控。草地保护学任课教师均为同一科研团队，和学院团委教师一起组成分工协同指导小组。同学们采取项目地距生源地就近原则组成若干暑期实践小组。根据项目任务，学生小组在协作指导教师的指导下自行设计试验方案并进行实施。例如，在红松洼坝上草原开展的不同生境草地害虫调查与绿色防控项目中，各组学生根据所在样地的环境(生物环境和非生物环境)和害虫发生情况协同制定了不同的绿色防治方案，防控效果良好。通过基于PBL小组协同分工式科研实践，在项目创新目标驱动下，实行教师成果共享，对学生多元化评价，团委教师、任课教师和学生的积极性都大大提高，同时也增强了学生的草地保护学创新实践能力和协作能力。这种分组协作方式可以防止学生的从众行为，更好地发挥个性的优势，达到人尽其才的教育效果。而且，由于团委做学生工作的教师的加入，这种管理方式还可以落实家访制从而加强学校、家庭、社会对学生的教育三位一体化[11]。

1.5 邀请草业行业专家和企业家组成校外教学协同小组助力草地保护学实践教学

草地保护学系统性、实践性很强。而草业行业专家具有最前沿的科学的草地有害生物治理理念和方法，企业家具有系统的、丰富的实践经验。因此趁科研合作之际，经常利用周末等课余时间，邀请他们组成校外教学小组进行课程指导，举行各种线上线下座谈会和专题讲座，播放大量代表学科前沿的科研实践和系统的生产实践视频，针对草地保护学课程涉及的病、虫、鼠、草害分别进行针对性生产实践指导，讲座结束后与同学们进行互动交流。

不同层次的校外专家、企业家教学小组授课角度不同，使学生从中也发现了一些亟待解决的问题，有利于学生在课上带着问题去学，即探究式学习，大大提高了学生的学习兴趣，学习效果明显增强。

1.6 校地协同创新草地保护学实习内容

草地保护实习与草地植物调查实习相结合，同时调查草原有害生物的分布、发生情况并作出防治策略。京津冀一体化及畜牧业的健康、可持续发展为草业科学及草业管理工作提出了更高的要求，目前国家农业部对草地保护的总体方针是预防为主，加强监测预警。基于这种形式，草地保护任课教师参加学习了由农业部主办的ARCGIS10.0和ERDAS IMAGINE 遥感图像处理软件培训，回来后培训学生使用方法，学生组成6个小组结合河北省张家口沽源林草局、丰宁林草局等6个草原监测点调查的基础数据，赋以宜生指数，作出有害生物宜生指数图，为草地有害生物的发生及灾害预警作出相应的防治策略。采取与林草局草原工作人员合作的实习方式，解决了生产实践所提出的新问题，创建了草地保护学实习的探究式学习的新思路、新方法，锻炼了学生的创新能力及发现问题、解决问题的能力。

1.7 借助信息化手段进行多方面的实践教学改革，以充分调动学生自主学习的积极性和主动性。

实验室的现代化信息教学资源为草地保护学实验课程的课堂改革提供了有力的平台保障。网路互动光学显微镜为同学们进行自主实验过程中的拍照、小组讨论、课程论文整理等提供了硬件保障；同时，网络信息系统为课堂活动，包括签到、问卷、随堂测验、小组评分和PBL分组任务等提供技术支撑。

1.8 改革课程评价体系

建立以实验实习报告、实践过程评价、学生评价和行业企业评价为主体全链条多维度草地保护学实践教学质量协同评价与保障体系，实现实践教学质量的全流程全领域监测。将质量意识、质量标准、质量评价、质量管理等落实到草地保护学实践教学各环节。

2 基于PBL产、学、研、地协同分工小组教学法在草地保护学课程实践教学的应用效果评价

将草业科学专业1501 班学生作为对照班级，实行传统教学法，以老师在实验或实习前讲授和传统实践项目为主导，学生按照老师既定的实践内容和方法去进行实施，被动接受实践方案。将实行基于PBL小组协同分工教学法的草业1601班作为试验班，对比实验班级与对照班级学生的草地保护学实践课成绩、行业主管部门、企业满意度情况。两班级学生在年龄、性别比例和入学成绩等方面均无显著差异(P>0.05)。两个班级的授课教师和使用的教材均相同。

2.1 两班学生成绩比较

综合实践成绩包括实践过程表现成绩(30%)和实验报告成绩(70%)，其中实践过程表现成绩由协同指导教师小组根据学生在实习过程中的实际表现综合评分，包括考勤(5%)+实习态度是否认真(5%)+是否善于思考和创新(5%)+是否吃苦耐劳(5%)+是否团结协作(5%)+实践效果(75%)。实验报告成绩评分标准：包括实验设计和实验方法的合理性(30%)+实验数据处理是否得当(35%)+实验结果分析的准确性(35%)。通过对综合实践成绩进行比较，实验班的成绩普遍高于对照班级(图1)。课程的改革使学生对于课程的积极性及学习兴趣有所提高，能发挥主观能动性，在实践中做到积极动手，积极参与，不懂就问。其中，改革后实践过程表现成绩在90～100分的人数上升至20人，80～89分的人数上升至14人。实验报告优秀率也显著升高，其中90～100分的人数占总人数的88%(图2)。

图1 实践过程表现成绩分布Figure 1 Score distribution of practical performance

图2 实验报告成绩分布Figure 2 Score distribution of lab report

2.2 学生满意度问卷调查

对实施不同教学方法的两个草业科学班学生的教学成效进行满意度问卷调查(图3)。调查内容包括两种教学方法对教学成效、沟通能力、协作能力、自学能力、实践操作能力、理论知识的理解与掌握的积极作用是否满意；是否喜欢各自班级应用的教学方法。两个班学生共发放调查问卷69份，收回问卷69份，有效回收率为100%。反馈结果如下：非常满意度达到42%(全部来自实验班)，比较满意度达到10%(8%来自实验班，2%来自对照班)，一般为38%(全部来自对照班)，不满意为10%(全部来自对照班)。相对来说，实验班学生对改革后的教学方式及教学效果认可度均远远超过对照班对传统教学方法的认可度。

图3 改革教学满意度比较Figure3 Reformed teaching satisfaction comparison

2.3 行业满意度问卷调查

对与动科院合作及实施不同教学方法的两个草业科学班所进行实习的单位进行满意度调查分析及学生实践能力评价(表1)。调查问卷由草原红松洼草原自然保护区、丰宁孤石牧场、河北黄骅茂盛园苜蓿种植专业合作社、河北艾禾草业有限公司提供。表中Yes或No代表企业对学生的表现好坏的评价。所有获得数据采用SPSS 22.0统计软件完成统计学分析。两组间计数资料(%)比较采用χ2检验。比较计量资料(±s)采用t 检验。P<0.05为差异有显著性差异。在对课程进行改革之后，学生的实践操作能力普遍提高。课程实践教学的改革使学生之间相互配合、协作的的意识逐渐加强，学生们在实习过程中遇到问题能做到共同分析、处理解决，提高了学生们的团队协作意识和能力。

表1 行业满意度调查Table 1 Industry and enterprise satisfaction survey

3 讨论与结论

现代科技及技术的快速发展对目前的教学质量提出的新的要求，传统意义上的授课已经不能够满足社会对人才的需求。同时基于草地保护学这一学科的特殊性，它涵盖的内容非常多，包括病虫鼠草四大类。每一大类中又涵盖很多繁杂的知识点，如各种有害生物形态特征的识别、发生环境条件及规律、不同有害生物在植物上的为害状、各类有害生物的调查、预测预报与防治方法等，实践性很强。在科学高速发展的前提下，知识和方法更新的周期也越来越短，传统教学法单纯的被动学习实践难以满足学生对知识的需求和能力的培养。如：难以跟上草地保护的科研前沿和生产实践，不能提高学生的创新能力和分析问题、解决问题的能力；另外，被动接受知识和方法使容易形成消极倦怠的厌学情绪，不能激发学生的学习积极性和学习兴趣。

授人以鱼不如授人以渔，与其以传统讲述的方式使学生被迫地接受知识，不如使学生化被动为主动，采用项目驱动，教师引导，学生分组探索思考进行实践的教学模式。通过基于PBL的协同小组分工教学法进行实践教学，显著提高课堂学习成绩和学习效果。这种以学生为中心的实践教学模式，教师只是学生学习的帮助者和促进者，为学生自主学习提供了有利条件，培养了学生的科学素养和创新思维，有效提高了学生的自学能力和创新能力。通过增加实践环节以及实践过程考核成绩不断加大实践考核的比例，使学生不仅仅注重实验报告的写作，也更加注重创新、协作及实践能力的培养，保证了学生的全面发展。作为PBL 协同教学法的重要引导者，现实生产科研项目目标代替了传统的教学目标，促进了教师的与时俱进和创新能力的培养。

通过对比实验组与对照组的学习情况等，本研究发现实验组学生的草地保护学教学效果、理论成绩、自学能力、实验成绩、草地保护技术的操作能力、协作精神、草地有害生物防控效果高于对照组，实验组学生教学效果、沟通能力、自学能力、基础知识掌握、操作熟练度均高于对照组。

基于项目驱动的团队协作学习为主的PBL 教学法效果明显优于传统教学法，此方法应在草地保护学教学中广泛推广。