教师在专题式实验教学中的角色定位——基于“土壤学”课程实验教学

查同刚 聂立水 王海燕 栾亚宁 孟国欣

(1.北京林业大学水土保持学院，北京 100083；2.北京林业大学林学院，北京 100083)

教师在专题式实验教学中的角色定位
——基于“土壤学”课程实验教学

查同刚1聂立水2王海燕2栾亚宁2孟国欣1

(1.北京林业大学水土保持学院，北京 100083；2.北京林业大学林学院，北京 100083)

以“项目导向，自主学习”为特点的专题式教学法在高校创新性实验教学中得到了广泛应用，但指导教师对专题式实验教学过程中的教师角色定位不明晰，影响了教学效果的提升。在总结国内外专题式教学的特点、组织过程和指导教师职责的基础上，探讨了“土壤学”课程实验教学实施专题式教学过程中教师的角色定位问题，明确了指导教师在专题式实验教学各个环节所承担的角色：在专题设计阶段，指导教师应是引导者；在专题实施阶段，指导教师应是辅导者；在专题总结汇报阶段，教师应是启发者。教师在专题式实验教学中角色的准确定位，可以充分发挥指导教师在整个专题式实验教学过程中组织、引导和协调的作用，从而提高专题式实验教学的效果。

土壤学实验;专题式教学；教师角色

专题式教学也就是基于项目的教学法，即通过创设一种类似科研的情境，指导学生以团队的形式自主完成项目选题、方案设计、方案实施和产品评价等全过程[1-3]，与传统“灌输式”教学方法相比，专题式教学具有组合新、学科交叉、协同提高和自主学习等优势[2]，因而在生物、医学、工程、社科等学科教学中得到了广泛应用，在激发学生学习兴趣、提高学生学习自主性、培养学生实践能力、创新能力和团队合作精神等方面发挥了重要作用[3-5]。

专题式教学改变了传统的教学方式和学习方式，通过开展自主性学习、协作性学习和探究性学习，充分释放了学生的学习潜能和创造才能，使学生成为真正意义上的学习主体[2，6]。专题式教学要求授课教师从传统教学方法的讲授者转变为教学活动的组织者、引导者和协调者。

然而，在专题式教学开展过程中，由于对教师职能认知的缺失，指导教师在教学实施过程中存在着两种片面的角色定位。一种是仅在形式上实施专题式教学法，在实际教学中仍然沿用教师讲授，学生被动听讲的传统模式；另一种是忽视了全过程管理与辅导的要求，将“以学生为学习主体”理解成了放任学生自主学习，项目实施过程中没有承担起学生学习的指导者、推进者、协调者和资源条件提供者的角色[5，7]。因此，笔者在“土壤学”课程实验教学中，针对专题式教学特点，探讨了教师在专题式实验教学过程中应承担的主要工作任务，明确了不同实施阶段指导教师的角色定位。

一、专题式教学法的特点及其实施的组织过程

专题式教学法是基于活动建构教学理论的，是以学生为主体、以问题为起点、以项目工作为重要环节，将知识获得与知识应用相结合的探究型学习模式[8]。专题式教学法的定义包括5个方面的内容：一是包含一个问题的解决方案，通常由学生自己提出；二是一个或一组学生主动参与教学，并从事一系列教育活动；三是形成终端产品，可以是论文、报告、设计方案、计算机程序或模型等；四是教学工作常需要相当长的一段时间；五是指导教师是项目的顾问，在专题实施各个阶段承担启蒙、引导和助推的作用。因此，专题式教学法是对问题教学法、体验式教学法、协作式教学法和基于工作的教学法的有机集成。它具有6个特点[6]。一是问题导向。即以问题的解决驱动各项学习活动，学生通过一连串的活动才能逐渐形成认知，保持强烈的好奇心。二是产品驱动。教学要求学生构建一个真实的产品，学习产品的整个构建过程，并像科研团队或施工组织那样实际操作每个步骤。三是自主学习。学生是学习的主导者，教师应鼓励学生基于自己的知识和经验，安排整个学习过程，包括项目的选题、方案设计、实际操作、产生产品。四是情境化学习。教师通过创设一种类似科学研究的情境，指导学生围绕拟定的专题，查阅书籍及文献资料、拟定实验方案、进行实验、完成专题研究。五是教学要素丰富。一方面可能是多学科理论、实践和模型的综合，另一方面也可以是摘要、实物、画报、汇报或公式等。六是实用性。项目选题源于生产实际，并具有一定难度，学生在选题和构建试验方案过程中可以获得强烈的主导感，这明显区别于“填鸭式”教学。

Tseng等[3]将社会学专题式教学过程划分为准备、设计、实施和评价等3个阶段。准备阶段包括明确专题目标、确定活动内容和资源，组建工作团队，选定研究课题；第二阶段包括任务划分、小组分工和预期成果设计，按工作表和工作指南具体实施，由指导教师监督协调；第三阶段主要是学习过程与效果的评价，也包括教师对教学方法的评估等。殷永帅[5]建议专题式教学法的实施流程应包括设计与选择项目、制定计划、活动探究、作品设计、成果交流和效果评价等6个环节。

二、专题式教学中教师的主要任务

专题教学法以学生为学习主体，教师不再是传统的权威或知识的灌输者，教师要承担情境创造、思路引导、资源供给、实时解惑等职责，帮助学生构建自己的知识体系。Barad等[9]在虚拟太阳系专题式教学中，将教师定位为学生知识构建过程的服务商，包括激发思维、解答问题、引导寻找解决方案、提供必需资源(资料)的背景知识和获取途径等。Sonia等[10]对50篇专题教学法进行了综述，并总结出11种指导教师的具体的职责，见表1。

三、“土壤学”课程实验教学实施专题式教学过程中教师的角色定位

“土壤学”是农林类高校农学、林学、园林、水土保持等相关学科重要的专业基础必修课程，也是“土壤学实验”的先修课程。参考国内外专题实验阶段的划分，笔者将“土壤学”课程专题式实验组织过程分为专题设计、实验操作、报告与汇报3个阶段，在各个阶段中教师均要承担服务商的角色，但侧重点各有不同。

(一)专题设计阶段的引导者

专题设计阶段包括构建团队、确立专题、拟定方案设计等步骤，在此过程中，教师要承担引导者的角色。教师一方面要引导学生熟悉土壤学专题式实验的大纲要求、组织流程和实施步骤，同时还要引导学生按照科研课题立项过程进行选题和实验方案设计。

1.组建团队

团队协作能力培养是土壤学专题式实验的重要教学目标之一。团队以4～6人为佳，一般可以由学生自由组合，也可以由教师指定。在土壤学专题实习过程中一般按学号随机指定，不鼓励学生自由组合。在此，教师要注意引导学生在不同团队中充分展示各自的才华，学会和不同性格、能力的人分工协作，高效完成任务。团队负责人(组长)由团队内部自主产生，教师要明确指出团队负责人是临时但具有一定权力和义务的领导，要负责协调工作、组织讨论和实施专题设计，当组内成员有分歧不能达成共识时，负责人有决定权，以保证专题设计的顺利实施。

2.确定选题

选题可从教师推荐的项目中选定，也可以由学生根据自己的兴趣与关注点自主拟定。教师首先应阐明选题要求，既要在内容和学时上符合土壤学实验教学大纲的要求，又要具有一定的科学创新性和实践意义。教师推荐的选题有：水土比对土壤pH值测定的影响；土壤有效磷测定影响因素分析；前处理对土壤粒径分析的影响；土壤有机碳测定的氧化率等。教师介绍选题时应重点阐述背景知识和选题思路，如土壤pH值测定常用土水比有1∶1、1∶2.5、1∶5和1∶10，依据中学化学知识，不同体积水将导致pH值的差异；但土壤中土壤胶体的存在，又导致稀释时部分氢离子进入水溶液，实际测定的pH值可能和依据溶液体积变化计算的结果有所差异。通过选题说明，既能引导学生了解选题思路，又能激发学生探究的热情。如果学生自拟选题，教师应在文献资料检索、选题目的、意义、创新性等方面加以引导。

3.设计方案

方案设计是专题实施的关键环节，指导教师首先要把握方案的科学性和可行性，遇到学生方案不够完善或可行性较低时，不能直接否决，而应引导学生换个角度或思路解决问题；其次，方案设计要突出以学生为主，鼓励和激发学生的积极性和创造性，不可越俎代庖，直接制定具体的试验方案甚至操作步骤。方案设计一般包括两个步骤。

(1)方案设计要素与过程的介绍

方案设计过程是培养学生分析问题、解决问题的关键环节，指导教师可以通过讲义或工作图表，并结合课堂讲授，引导学生熟悉方案设计的要素及其设计方法。一般专题方案设计应包括8各方面的内容：一是专题假设，基于背景知识和文献资料阅读提出预期结果；二是分工，明确每个步骤的负责人和每个成员的主要职责；三是进度安排，绘制技术路线图，明确每个实验操作步骤及实验进度；四是准备药品器材，明确器材的规格、药品的剂量、浓度和配置方法等；五是提炼实验结果与计算，明确计算公式及其来龙去脉，了解实验结果的合理取值范围；六是统计分析与制图，确定拟用的统计分析方法和图件等；七是预期成果与意义；八是整理参考文献。

(2)专题方案的讨论与完善

各团队通过查阅资料和内部讨论后，制定出最初的专题方案，每个团队以时长3～5分钟的课件在课堂上进行专题方案的汇报。听取汇报的学生可以随时就方案设计进行提问，教师应表扬发表观点和提出建议的学生。指导教师一方面要鼓励团队的创新思路和方法，以提高方案的科学性和创新性；另一方面，教师还要根据实验室条件(药品、器材等)和实验工作量等对团队的方案设计进行把关，提出修改思路，再由各团队根据讨论会的建议进行方案的修改与完善。专题方案课件汇报可进行2～3次，若方案仍有需要修改完善的地方，可由指导教师会同课题团队集中一个时间段共同讨论修改，直至形成相对完善的方案。

(二)专题实验实施阶段的辅导者

“土壤学”课程实验一般在大一下学期或大二上学期开展，这一阶段学生的实验技能往往不能满足专题实验的需要，因此，指导教师应在实验全程对学生进行辅导和提醒，切不可因已有完整的实验方案而忽视专题实验过程的安全与质量控制。

1.实验安全的要求

“土壤学”课程实验需要对土壤样品进行前处理，在进行土壤化学全量分析时，常采用高温和强酸强碱进行消煮的方式，氯气、硫氧化物等有毒气体会逸出，有的实验甚至会涉及剧毒性药品。常规化学实验只强调对水、电、器材等进行安全监控，而“土壤学”课程实验更要强调对学生人身安全的监控，“实验可以不做，安全必须万无一失”是第一原则。指导教师在涉及具体操作时不仅要强调操作规范，更要结合实际予以细致辅导，在学生进行实验操作时全程监控，随时提醒。例如，在测定土壤有机质时，需要用到浓H2SO4，指导教师要求学生首先必须做到所有实验都要在通风橱(操净工作台)内进行；其次，手边准备一块湿抹布，随时擦拭瓶壁和桌面；第三，标签朝向掌心；第四，非操作学生不得以任何形式打扰；第五，进行实验操作的学生要胆大心细，如果有心理障碍，不可以承担该工作。

2.实验质量的监控

实验质量监控不仅指“将分析误差控制在允许限度内”，而是包括对整个实验操作过程的实时监控和专题系列实验顺利进行的监控。专题实验强调操作规范，既是保证实验数据的准确，又是培养学生养成严谨科研习惯的必要条件。专题实验是由一系列相互关联的实验项目组成的有机整体，单个实验的准确性可能对其他实验产生影响。例如，土壤粒径分析的前处理需要测定pH值，选择分散剂时，若pH值测定值偏差较大，就可能导致分散剂的选择错误，导致分散效果不好而影响粒径分析的实验结果。所以，在学生操作过程中一旦有不规范操作，指导教师不应简单地予以否定或给出正确的操作，而应指出操作错误的原因，提醒学生思考这种不规范操作可能导致的后果，辅助学生通过思考和资料查阅，获取正确的解决方法。

(三)专题报告和课件汇报阶段的启发者

专题报告不同于一般的实验报告，而是对整个专题式实验过程的全面总结，是培养学生展现研究成果、反思实验过程、探究各种实验现象的关键环节。课件汇报既能锻炼学生的表达和思辨能力，又是集思广益、提升专题成果、启迪下一步研究思路的重要环节。

1.专题报告的撰写

专题报告的撰写类似于科研项目的结题报告，但由于学生缺少数据分析、制图制表等方面的基本技能，面对实验结果常常不知道如何分析，特别是面对一些与预期(假设)不太吻合的结果时，往往陷入迷惘甚至有修改原始数据的倾向。因此，指导教师要启发学生结合实验设计，进行科学的数据分析，启发学生用“数理统计”课程学习的线性回归、多重比较、主成分分析等统计手段分析和解释实验数据，同时用相对规范的表、图呈现结果。在面对与专题设计阶段学生提出的假设不吻合或不完全吻合的实验结果时，教师应启发学生进行多维度思考。例如①假设本身是不是基于一定的前提条件或具有一定的局限性；②实验过程是否存在导致偏差产生的设计；③样品或药品是否有可能与实验要求有差异；④他人是否有和本实验类似的结果；⑤实验结果能不能有合理的解释等。学生在多角度思考和回答这些问题的过程中，要广泛地查阅资料，寻找答案，从而获取了更多知识，锻炼了分析问题、探究真相的能力。需要注意的是教师不能对实验的数据结果进行评判，也不能据此对学生成绩进行评定，而应要求学生在尊重原始数据的基础上，锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，避免学生为获得高分而更改数据的现象，使学生养成严谨认真、实事求是、善于思考的良好科研习惯。

2.课件制作与汇报

教师在引导学生制作信息丰富、重点突出、图文并茂的课件时，应鼓励学生发挥自己的特长，如摄影、视频/音频制作等技能，选择与学术题材相吻合的版式、图件和动画等制作精良的课件。专题课件的时长限制在10分钟内，一个团队在全班进行汇报时，其他团队可以随时提问。这种方式既可以促进科学观点的碰撞，使汇报团队对自己的专题实验认识更加深入，对部分问题产生新的认识角度，同时，又能使全班同学相互促进，对各个专题的内容和结果都有所了解。各团队在进行专题汇报时，指导教师应敏锐捕捉学生发言中的闪光点，并适时表扬、启发、引导，使讨论逐渐深入。

四、“土壤学”课程实验教学实施专题式教学对教师素质的要求

(一)有较强的教学和科研能力

“土壤学”课程专题实验既是教师对实验课的讲授过程，也是学生科研思维、能力和科研习惯培养的初始过程。指导教师不仅要完成教学大纲规定的教学任务，培养学生具备基本的实验技能，更要做好大学生从事科学研究活动的启蒙者。精力充沛、思维活跃的年轻学生，常常会提出很多新颖甚至有些天马行空的问题，这时指导教师就要充分调动自己的知识储备，查阅资料或向有经验的老教师请教咨询，不断提高自己的教学科研能力，作好学生科研活动的引领者。

(二)对教学和科研活动富有激情

专题实验设计以学生为学习主体，但在整个实施过程中由“教师控制着标准，而不是学生”，所以“土壤学”课程专题式实验，在本质上是教师指导下学生融土壤学实验于科学研究活动的学习过程，教师在不同阶段均承担着不可或缺的重要角色。指导教师需要对教学和科研活动富有热情和激情，将实施专题式实验教学作为创新实验教学的方法和培养创新性科研人才的有效途径。

(三)在对教学和科研活动的时间和精力投入上具有奉献精神

专题性实验一般由一系列实验组成，持续时间较长，指导教师作为教学主体需要全程参与专题实验过程，与普通实验课程相比，专题性实验的指导教师要付出更多的时间和精力，甚至将业余时间也投入到实验活动中。

专题性实验教学在突出学生学习主体的同时，也不可忽视教师的教学主体作用。北京林业大学“土壤学”课程教学团队近3年来在20多个班级进行了“土壤学”专题式实验教学的实践，团队中无论资深教授还是青年讲师，都较好地指导了多个班级的专题实验，取得了良好的教学效果。教师在专题实验不同组织阶段的“引导—辅导—启发”角色的定位，使教师指导工作的重点和工作内容更加明晰。这种基于实验过程的角色区分更便于教学活动的组织与实施，对推动专题性实验教学的广泛开展，提高教师的教学技能和水平，培养具有创新素质的一流人才具有重要的促进作用。

[1] 陆长梅，沙莎.植物生理学“模块化”实验教学模式——提高学生创新能力的新模块[J].高等教育研究，2013，30(4)：53-56.

[2] MARQUE Z，JIMENEZ R M L.Project-based learning in virtual environments：a case study of a university teaching experience[J].Universities and Knowledge Society Journal，2014，11(1)：76-90.

[3] TSEMG K H，CHANG C C，LOU S J，et al.Attitudes towards science，technology，engineering and mathematics(STEM)in a project-based learning(PjBL)environment[J].International Journal of Technology Design Education，2013(23)：87-102.

[4] 刘秋平，强根荣，王海滨，等.专题式教学方法在有机化学实验教学中的应用探索[J].高等理科教育，2014，117(5)：98-102.

[5] 殷永帅.PBL教学模式在教育技术类专业实践类课程中的应用研究[D].济南：山东师范大学，2014：6-26.

[6] HELLE L，TYNIALA P，OLKINUORA E.Project-based learning in post-secondary education-theory，practice and rubber sling shots[J].Higher Education，2006(51)：287-314.[7] SLAVIT D，NELSON T H，LESSEIG K.The teachers’role in developing，opening，and nurturing an inclusive STEM-focused school[J].International Journal of STEM Education，2016，3(7)：1-17.

[8] KUBIAKO M，VACULOVA I.Project-based learning：characteristic and the experiences with application in the science subjects[J].Energy Education Science and Technology Part B：social and educational studies，2011，3(1)：65-74.

[9] BARAB S A，HA K E，SQUIRE K.et al.Virtual solar system project：learning through a technology-rich，inquiry-based，participatory learning environment[J].Journal of Science Education and Technology，2000，9(1)：7-25.

[10]SONIA M，GOMEZ P，MICHIEL E.et al.A sampled literature review of design-based learning approaches：a search for key characteristics[J].International Journal of Technology and Design Education，2013(23)：717-732.

(责任编辑 王 伟)

北京林业大学2013年教学改革研究项目“土壤学实验教学方法与成绩考评研究”，项目编号BJFU2013JG009。