WPBL教学模式在《动物生理学》教学改革中的应用与实践

曾庆节，殷 超，梁海平，魏 庆，谢贤华，黄建珍

WPBL教学模式在《动物生理学》教学改革中的应用与实践

曾庆节，殷 超，梁海平，魏 庆，谢贤华，黄建珍

（江西农业大学 动物科学技术学院，江西 南昌 330045）

传统的动物生理学教学模式以教师为主，已不能满足复合型人才培养的要求。网络化平台下以问题为基础的教学模式（web-problem based learning，WPBL）是一种在网络教学环境下，以学生自主学习为主，教师引导为辅的创新性人才培养教学新模式。参考了多种课程中的WPBL教学模式和观测指标，以动物医学专业和动物药学专业的《动物生理学》本科课程为例，采用WPBL教学模式进行以启发为导向、自主学习为主和开拓创新、授人以“渔”为培养原则的教学实践。WPBL教学法在动物生理学教学过程的应用实践，是动物生产类专业适应新时代本科教学改革实践要求的有益探索。

WPBL教学模式；动物生理学；教学改革；应用与实践

随着我国畜牧业的高速发展和现代农业科技的不断革新，动物生产类企事业单位迫切需要实践和创新能力较强、综合素质全面的专业人才，对高等农林院校动物生产类相关专业的教学工作也提出了更高的要求。动物生理学是动物生产类专业最重要的专业基础课之一，也是对动物生命活动规律和运行机制的系统总结，在现代畜牧科技人才培养体系中占有举足轻重的地位。动物生理学是研究动物机体正常生理机能及其活动规律的一门科学，不仅包含广泛性、系统性和逻辑性非常强的基础理论，同时也是实验性很强的一门课程。传统动物生理学教学过于强调基础理论的输出，分章节介绍各组织器官运行规律和调节原理，缺乏对理论知识的溯根求源、对已有知识的推陈更新和与生产实际的有效结合，导致学生无法灵活应用理论知识、迷信旧有理论无法开拓创新、更无法深刻领悟生命运行规律背后的哲学意义[1]。因此，有必要对动物生理学的教学内容和教学方法进行改革，以适应当前产业发展对人才培养的新要求。

20世纪50年代的医学教育率先开展以问题为导向的教学方法（problem-based learning，PBL），这种基于医疗实际、直面医学问题，并且以学生为中心的教育方式风靡一时[2]。最初PBL教学法主要运用于某些临床的相关课中，主要以学生为中心开展病例讨论，教师辅助指导，是一种增进理论知识了解记忆、掌握处置现场实际能力的教学方法[3]。此后，也逐渐在医学和生物相关基础理论课程中开始普及并得到广泛运用[4-5]。但由于课堂时间和教材的局限，大大限制了学生们获取相关知识的渠道，使PBL教学法在实践过程中很难实现其最佳的应用效果。近年来，随着移动互联网技术的快速发展，使得基于网络的以问题为基础的教学法（WPBL教学法）应运而生[6]。WPBL教学法的宗旨是借助于网络化、信息化平台，开展新型的学习模式、课程互动模式、教学与讨论模式、科学地教学评价与学习进度管理模式，培养学生的自主学习、协作学习和创造性学习能力[7]。WPBL教学法依靠丰富的网络资源、借助灵活便捷的网络社交平台、形象生动的传媒展示、具有趣味性、有效性和交互性强、交流便捷等特点，不仅能够进一步提高学生分析问题和解决问题的能力，而且在教师的引导下，还可以锻炼学生的发散思维、自主学习能力，培养学生对理论知识的归纳和总结能力[8]。在WPBL教学过程中，通过动物实验和对生命现象的观察和讨论，帮助学生了解生命的运行规律和背后的生理意义和哲学内涵，有利于人文精神的培养。通过网络资源平台了解前人创新性的工作（例如历年诺贝尔生理医学奖获得者的研究成果），也有助于培养学生的观察思考能力，逻辑严密的科学思维以及通过试验设计分析推理能力，敢于质疑权威、勇于探索的科学家精神。因此，为研究WPBL教学法的教学效果，我们拟对动物医学和动物药学专业《动物生理学》课程部分教学内容引入WPBL 教学法，旨在为动物生产类专业适应新时代本科教学改革探索提供实践依据。

1 WPBL教学法的实施方案

1.1 搭建网络教学资源平台

网络教学资源平台能够促进学生的自主学习与协作，在线软件或者手机APP不受时间和空间的限制，学习灵活且有利于帮助学生系统构建课程知识体系[9]。网络教学资源平台中的学习资料来源广泛，可通过在线图书馆、电子图书、视频及动画等多种方式获得相关课程知识，同时也有助于任课老师对学习资料的筛选推荐和质量把关。网络社交平台提高了师生之间互动的便捷性和即时性，建立起了生动的交互平台，让知识不再固定死板，可以快速的实现知识点间的切换链接，立体的动画演示，虚拟的VR操作，把抽象的问题具体地呈现出来，大大增加了学习过程中的趣味性，很好调动学生的学习热情，并能积极参与思考和讨论环节。网络教学资源平台的搭建是WPBL教学模式成功开展的重要载体，应该是以网络资源为依托，线上交互为核心，综合了线上教学、社交通讯、网络办公及个性化数字图书馆等功能的教学综合平台[10]。在教学平台里，学生可以便捷获取文献、PPT、案例、动画视频等多元教学资源。网络教学资源平台的准备：建立共享的微信或QQ群，利用手机APP钉钉建立线上虚拟班级。通过微信或者QQ上传预习课件PPT、电子图书、文献资料及课程相关视频资料，共享中国知网、万方数据库、百度学术、NCBI pubmed等中英文网络信息资源链接。

1.2 教学问题的整理

首先对章节的知识点根据重要性分为掌握、熟悉和了解三部分。提出的PBL问题侧重趣味性、逻辑性和实践性，以问题的形式将知识点脉络串联起来，并在上课前把问题上传至网络教学资源平台。利用网络资源中关于生理学的图表和动画帮助学生理解记忆，配合一些解剖和组织学、细胞结构的图片和虚拟课件，可以将复杂的生理机制形象直观地展示出来。以课程第3章节细胞间的通讯与信号转导和第4章节细胞的兴奋性和生物电现象为例，提出问题供学生思考并查阅资料回答。如：（1）抗过敏药物开瑞坦和高血压药物氯沙坦等是针对哪些G蛋白偶联受体开发的？背后的研发历史是怎样的？（2）历年的诺贝尔生理医学奖中哪些与细胞跨膜信号转导的发现有关？（3）河豚毒素中毒、运动员注射封闭针以及有机磷农药中毒之间有什么共同的生理机制？这些机制与细胞兴奋性和生物电现象有什么联系？这些问题既来自于生活，来自于实践过程中，充满趣味性的同时又是动物生理学课本中基础知识点的具体体现。从能观测到的现象中引导学生去发现背后的科学问题，能有效地激发同学们的探索欲。

利用网络教学资源，启发学生去了解生命科学的一些重大进展和科学实验过程，从动物生理学的课本学习上升到了解整个生命科学研究的复杂体系；帮助学生建立交叉学科的认知觉悟。生命科学每一次大的进步与飞跃都离不开数学、理论物理、实验化学等基础学科的发展以及先进装备、仪器制造等技术科学的突破。同样以课程第4章节细胞的兴奋性和生物电现象为例，结合蛙的神经-肌肉标本的制作实验，将整个细胞的兴奋性与生物电现象的阐明历程归纳如下[11]：（1）公元前300多年亚里士多德、1769年E.N.Boncroft和1772年J. Walsh相继发现电鳐和电鲇能够放电，同时代的荷兰人莱顿发明了可作为电学试验供电来源的莱顿瓶。（2）18世纪末，意大利生理学家Galvani和物理学伏特之间对生物电现象的科学争论不仅促进了神经电生理的发展，还启发后者发明了铜、锌伏特电池。（3）19世纪中叶，有赖于电流磁理论的建立和电流计的发明，物理学家Nobeli才能借助改进的电流计监测到肌肉受损部位和完整部位之间的电流；意大利生理学家Carlo Matteucci随后观察到电位与肌肉收缩之间的波动变化规律并由此发现了“动作电位”；德国生理学家Du Bois Reymond于1849年阐述了生物电产生机制。（4）20世纪初，有赖于电化学研究的进步，德国生理学家Julius Berntein提出了生物电的膜学说，Gasser和Erlanger又将阴极射线示波器等近代电子学仪器设备引入神经生理学研究，并获得1944年的诺贝尔奖。1949年A. L. Hodgkin和B. Katz修正了Berntein的膜学说，提出了动作电位的离子学说，1952年又提出了双离子通道模型。由于对动作电位离子机制的卓越贡献Hodgkin和Huxley获得了1960年的诺贝尔生理学或医学奖。（5）1949年Eccles利用玻璃微电极对脊髓神经元及其突触的电生理研究中发现了兴奋性和抑制性突触后电位，并和Hodgkin、Huxley分享了1963年的诺贝尔生理学或医学奖。德国伯纳德·卡茨医生应用微电极技术发现神经肌肉信号传导机制，揭示了乙酰胆碱在神经信号传导的作用，于1970年荣获了诺贝尔生理学或医学奖。有机磷农药中毒的机制就作用在这个神经肌肉接头处，其研究成果促进了有机磷农药中毒后相关解药的研发。从公元前对生物放电现象的观察到20世纪末神经电生理理论的建立与完善历经了一代又一代科学家的不断探索，让我们有机会领略到生命现象的奥妙和科学精神的崇高伟大，也坚定了我们将学科交叉的思想贯穿到今后的教学和科研当中。

1.3 分组讨论学习

利用微信小程序“班级帮手”和“问卷星”创建班级、划分学习（讨论）小组、发布习题、点评作业等等。课程教学中利用PPT动画详细说明细胞跨膜信号转导途径；举例说明不同细胞兴奋性高低的区别；结合动画，说明细胞膜内外离子流动导致电势差形成的机理，解释兴奋传导的要素；提问细胞跨膜信号转导过程中的关键受体，与学生互动，强化记忆等等。在分组讨论中，学生可利用即时交流工具例如QQ和微信在所在的群组中进行讨论，并且可以随时与老师进行沟通；教师把握整个讨论时间及过程，可以在群组中查看和了解讨论的内容及进展。最后，各分组讨论的结果可通过课堂作业模块，在指定时间前上传给教师。以课程第3章节细胞间的通讯与信号转导和第4章节细胞的兴奋性和生物电现象为例安排讨论的问题，例如：（1）河豚毒素还有其它哪些医学应用价值？（2）是否存在一些特殊的G蛋白偶联受体可以作为新型癌症药物的关键靶点？（3）运动员受伤打封闭针的种类和原理，哪一种封闭方法与细胞的兴奋性有关？问题的设置没有标准答案，引导学生利用网络资源和科技期刊检索引擎去寻找答案，并要求学生们以电子文档的形式完成课后的讨论习题，并标注答案的依据或者文献引用出处。

1.4 学习总结与知识点归纳

最后由各小组组长汇报总结各小组的讨论结果，阐述如何解决问题的思路和方法，在解答问题过程中又发现了哪些新的问题。在头脑风暴的思辨环节中，各小组成员可以针对其它组提出的新问题进行思考。教师评估学生对知识点的掌握情况，整理知识结构，并总结在WPBL教学模式过程中出现的问题及解决方法，在今后的教学过程中进行改进。

2 实验分组

将同专业且两个教学进度一致的平行班级分为实验组和对照组。实验组采用上述WPBL教学方法实施方案进行课程教学，对照组采用传统板书和PPT简单多媒体教学法进行理论教学。实验组和对照组采用相同的课后习题和测试标准，学期结束根据作业完成度和笔试成绩评判对知识点的理解和记忆效果。

3 实施WPBL教学法效果分析与评价

在教学过程中和结束后，根据教学大纲对知识点的掌握要求，不定期设置3种类型测试题：选择题、问答题和分析讨论题进行笔试。随机抽查班级学生对生理学案例的解析能力评估；实验过程中对理论知识的探索与应用能力评估；采用的问卷调查表为《学习能力自我评价表》，见表1。以调查问卷的形式收集并分析教学效果，参照束刚等[1]设计的《WPBL教学法应用效果分析调查问卷》。

表1 学习能力自我评价表

4 讨 论

学习能力自我评价表的问卷调查结果显示，开展WPBL教学法能显著提高学生的知识掌握程度，能充分调动学习热情，在课程学习参与度和团队协作方面有明显的效果，能有效启发学生的想象力、培养独立思考的习惯。教学效果评价调查反馈的结果也显示，WPBL教学不仅让学生从枯燥无味的课本知识中解脱出来，也使得老师对整个教学进度的把握更加游刃有余；把知识点和日常生活中观察到的现象有机联系起来，做到理论能联系实际；让学生能接触到最新的科学研究成果，开阔了学生视野的同时也让课程变得更加生动有趣。教学效果评价结果与学生的学习能力自我评价结果能得到相互的印证。在开展PPBL教学过程中也反映出一些问题，例如：部分学生习惯了“满堂灌”的教学方法，需要一段时间适应这种以自主学习为主的教学方式；学生查阅网络资料比较集中在中文资料上，很少对外文和国外网站进行访问和检索；在讨论问题环节，虽然学生参与度整体有所提高，依然存在拘谨、不善于表达的现象。综上，开展WPBL教学法对促进动物生理学课程教学工作，提高教学质量有以下几个方面的作用和意义。首先，动物生理学课程内容信息量大，具有抽象性、微观性和实验性等特点，且相关基础理论知识体系庞大且更新速度快。开展WPBL教学法的探索，使学生在有限的课堂教学环节中，既能够系统全面掌握本课程基础理论知识，又能够充分调动学生的学习兴趣，培养创造性思维和主动学习能力。其次，WPBL教学法的网络化教学环境所提供的丰富教学资源不仅能够丰富学生的视野，提升分析问题和解决问题的能力，且在教师的引导下，还可以培养学生对自然科学的一种思辨能力，提升对自然科学研究的兴趣和科学家精神的崇尚。再次，WPBL教学法作为一种授人以渔的教学方法，是提高教学质量和效率的有益尝试，顺应了现代社会和科学的发展趋势，符合现代高等农业院校创新性人才培养需求。最后，生理学是生命科学领域最重要的基础学科之一，其系统理论的形成离不开众多如数学、物理、化学等基础科学的发展。通过WPBL教学法可以借助网络资源帮助学生认识学科交叉的魅力。课间讨论引入生理学中的辩证思想和哲学观、科学家们孜孜不倦的探索精神，不仅有助于学生的人文精神培养，同时对于生理学课程思政、立德树人的教学实践也具有非常重要的意义。

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[11] RATH S, BAL V. The nobel prize in physiology or medicine[J]. Resonance, 1997, 2(2): 90-93.

Application and Practice of WPBL Teaching Mode in Teaching Reform of Animal Physiology

ZENG Qingjie, YIN Chao, LIANG Haiping, WEI Qing, XIE Xianhua, HUANG Jianzhen

(School of Animal Science and Technology, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China)

The traditional teaching mode of animal physiology is teacher-oriented, which cannot meet the requirement of training interdisciplinary talents. Web-problem based learning (WPBL) is a new teaching mode of innovative talent cultivation, which is based on students' independent learning supplemented by teachers' guidance in the network teaching environment. This paper refers to WPBL teaching mode and observation indicators in various courses, taking the undergraduate course Animal Physiology for the majors of animal medicine and animal pharmacy as an example, and adopts WPBL teaching mode to carry out the teaching practice with inspiration objectives, independent learning, pioneering and innovation as the cultivation principles. The application of WPBL teaching method in the teaching process of animal physiology is a beneficial exploration for animal production majors to meet the requirements of undergraduate teaching reform in the new era.

WPBL teaching mode; animal physiology; teaching reform; application and practice

G652

A

2095-3704（2021）04-0507-05

曾庆节, 殷超, 梁海平, 等. WPBL教学模式在《动物生理学》教学改革中的应用与实践[J]. 生物灾害科学, 2021, 44(4): 507-511.

2021-10-08

2021-10-24

江西省教育科学“十三五”规划课题（18YB050）

曾庆节（1987—），男，讲师，博士，主要从事动物生理生化研究，zqj198705@163.com。