生物學綜合實驗項目化教學實踐

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摘要:在國家精品資源共享課程“生物學綜合實驗”教學中，將學生的“學習”、教師的科學研究、教師的“教學”緊密協(xié)同;完善生物學綜合性實驗內容項目化和教師科研成果滲入化的協(xié)同機制，建立了基于學研教協(xié)同創(chuàng)新的“項目化綜合性實驗”地方高校生物學實驗教學體系和人才培養(yǎng)模式。實踐證明:該教學體系培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識、合作精神、自主學習能力和主動實踐能力。

關鍵詞:協(xié)同創(chuàng)新;項目化;綜合實驗;教學體系

在高校傳統(tǒng)實驗教學中，學生的學習興趣、主動性、積極性普遍不高，缺乏獨立思考和訓練的機會，達不到預期教學效果，對學生的獨立科研能力和團隊協(xié)作精神的培養(yǎng)也起不到積極作用，探討新的實驗教學模式或體系成為高校實驗教學改革的重點和方向［1-3］。目前國內各高校都開展了專業(yè)實驗教學改革，推出一批綜合性實驗項目，以培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力［4-7］，但大多沒有形成系統(tǒng)的實驗教學模式或體系［8-12］。結合生物學實驗教學特點和我院國家級生物學實驗教學示范中心教育教學理念，我們突出以創(chuàng)新能力培育和提升為本的實驗教學改革理念，進行了基于學研教協(xié)同創(chuàng)新項目化生物學綜合實驗教學改革的探索與實踐。學研教協(xié)同創(chuàng)新教學理念是一種新型的現代高等教育教學理念，所謂學研教(“Learning-Research-Teaching”synergy，LRTsynergy)，是指高校學生的“學習”、教師的“教學”與科學研究緊密結合、協(xié)調統(tǒng)一、相互促進［13］。學研教協(xié)同強調高等教育中教與學的互動以及高等學校中教學與科研統(tǒng)一，其中教與學的互動以教師和學生都參與科學研究為聯結紐帶，教學與科研的統(tǒng)一以學生參加科研為條件［14-15］。本研究提出的基于學研教協(xié)同的生物學實綜合實驗課堂教學體系改革實踐是以學生為主體，教學為主導，科研為載體，基于教學、科研、學習互動協(xié)調的教學組織方式的創(chuàng)新活動，其目的是達到學生綜合素質的提高和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。項目化教學改革與實踐與協(xié)同創(chuàng)新教學都是為了培養(yǎng)應用創(chuàng)新型人才，項目化教學法的目的在于激發(fā)學生內在的學習興趣，調動學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，使學生成為一個真正的學習者、思考者和發(fā)現者，學生唱“主角”，老師轉為“配角”，實現教師角色的換位，加強學生自學能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［16］。實踐證明:基于學研教協(xié)同創(chuàng)新的項目化生物學綜合實驗教學體系的實施，讓學生體驗了科學研究的一般方法，開發(fā)了學生學習的潛能，發(fā)展了學生的個性，培養(yǎng)了學生的團隊精神和合作意識、提高學生的科學思維能力和創(chuàng)新能力。

1“生物學綜合實驗”教學新理念

總體思路:在協(xié)同創(chuàng)新思想的指導下，將學生的“學習”、教師的科學研究、教師的“教學”緊密結合、協(xié)調統(tǒng)一、相互促進;完善實驗內容項目化和教師成果的滲入化的協(xié)同機制，對項目化生物學實驗的課程體系進行頂層設計，組建跨生物學二級學科、更加完善的、分層次的生物學綜合實驗教學協(xié)同教學體系，逐步形成基于協(xié)同創(chuàng)新的“項目化綜合性實驗”的地方高校生物學實驗教學體系和人才培養(yǎng)模式。

2“生物學綜合實驗”教學新體系實踐

項目化的“生物學綜合實驗”教學新體系以學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升為教學目標，以實驗項目化、綜合化的方式構建教學內容，形成科研課題化的實驗項目，通過學生自主化的教學形式教學，以模擬科研過程的思路統(tǒng)領教學全程，讓學生“體驗怎樣去科研”，建立以科學思維方法和創(chuàng)新能力提高為核心的實驗教學評價體系。本教學體系包含了20余個綜合實驗項目。

2．1“生物學綜合實驗”教學新特點

(1)學研教”協(xié)同創(chuàng)新教學?！吧飳W綜合實驗”教學體系將學生的“學習”、教師的科學研究、教師的“教學”緊密結合、協(xié)調統(tǒng)一、相互促進，實驗內容全部是由教師科研成果轉化而來，以科研促進教學，用科學研究的思維方法組織實驗，將科學研究的方法引入實驗課，著力培養(yǎng)學生科學研究能力，探索、發(fā)現和創(chuàng)新的能力。如“精氨酸激酶的克隆、表達、純化與酶學性質”實驗項目是潘繼承教授承擔的國家自然科學基金項目的研究內容和研究成果轉化而來的。(2)實驗內容綜合化、項目化。實驗內容綜合化以體現技術的綜合應用為目的，側重實驗知識和技術的綜合運用能力的培養(yǎng)，強調學生有效地運用多種實驗技術方法，解決科學研究中的問題。例如“典型污染物對淡水腹足動物的毒理效應”實驗項目立足于動物學、生態(tài)毒理學、生物化學及分子生物學等學科的知識背景，可選擇不同類型的典型污染物，選擇不同的腹足動物，用不同的暴露時間以及系列毒理學的生物標志物包括DNA斷裂、線粒體損傷、氧化脅迫效應指標等來綜合指示污染物的毒理效應。實驗內容項目化是指設立實驗項目庫，學生自行組團，以研究小組的形式開展實驗，力求培養(yǎng)學生的探索精神、科學思維、綜合實踐能力及創(chuàng)新能力。例如“pfu酶表達及其活性檢測”項目的實施，學生可以自己組合成4～6人的小組，選擇該項目，獲得教師批準后，即可查找資料、設計實驗方案，之后再交給教師審核方案的可行性和合理性，最后按方案實施實驗過程。(3)實驗項目科研化。本教學體系的設計框架，就是模擬科研過程組織教學，設立實驗項目庫，由學生成立課題小組，合作完成文獻的收集與利用、實驗的具體實施、實驗結果的討論、分析和總結、論文撰寫等環(huán)節(jié)任務，幫助學生熟悉科研基本規(guī)范，激發(fā)探索興趣。(4)教學形式自主化。既發(fā)揮教師的主導作用，更體現學生的主體地位，通過開放式、多元化的參與機制，學生充分發(fā)揮，自主探索。文獻查閱、實驗設計、實驗討論、結果分析、論文撰寫等環(huán)節(jié)任務，均由學生自主完成，學生既熟悉科研基本規(guī)范，又激發(fā)他們的探索興趣、提升創(chuàng)新能力。(5)內容更新實時化。為了使生物學綜合實驗教學內容具有與時俱進的先進性，體現生物學新知識、新技術，“生物學綜合實驗”教學體系設計鼓勵授課教師將自己科學研究新成果不斷轉化為實驗教學內容，每學年要求任課教師根據個人或研究團隊的科研成果對部分實驗內容進行必要修訂，及時補充新技術或與理論進展相關聯的新內容;又以網絡深入閱讀方式，實時更新相關實驗項目的重要文獻，學生能夠及時追蹤學術前沿。2013～2014年開發(fā)新的實驗項目如下:浮萍rbcS啟動子的組織特異性研究;pfu基因的原核表達及其活性檢測;地衣芽孢桿菌普魯蘭酶基因的克隆與表達;植物中有效成份提取與性能研究;發(fā)酵法生產胡蘿卜素;CyclophilinA的表達和純化;植物旱生型和水生型葉形態(tài)結構差異性比較等。

2．2“生物學綜合實驗”課程新模式

項目化生物學綜合實驗是在教師引導下的學生自主實踐、合作討論式的實驗教學模式，設立項目化的生物學綜合實驗項目庫，學生自由選擇實驗項目，每4～6人組成一個項目小組，在組長的帶領下，文獻的查閱、實驗項目方案的設計、討論、實施等都由學生負責完成。授課時間采取集中與分散相結合的方式:大多數實驗項目在每學期的17～18周為“生物學綜合實驗”集中授課時間，對于完成時間較長的實驗項目，則由教師和學生商議確定授課時間。授課對象:大三和大四學生;每個學生完成項目庫中的4或5個綜合實驗項目。具體實施過程如下:①教師課前導引:多媒體教學講述實驗項目相關背景知識;課程的具體要求和注意事項;文獻的檢索、分析和利用;儀器設備的規(guī)范操作培訓等。②學生實驗設計:學生利用數據庫等網絡資源檢索文獻分析并利用獲取的信息優(yōu)化實驗方案、更新實驗設計、積累實驗素材。③學生自主實踐:優(yōu)化實驗方案后，在組長的帶領寫，進行自主實驗操作。④結果分析討論:實驗完成后，各小組總結，PPT匯報分析、討論實驗結果，總結實驗得失，本環(huán)節(jié)可提高學生發(fā)現問題、分析問題和總結歸納的能力。⑤撰寫論文:以小論文形式提交實驗總結。

2．3“生物學綜合實驗”評價新體系

能以項目化教學法教學的實驗課程必須具有一個項目所具有的整體性、系統(tǒng)性和相互關聯的特征，我們對引入本課程教學體系的每個項目均進行以下評價，以達到預期的教學效果，使教學內容也處于實時更新狀態(tài)。(1)項目的構建。評價各實驗項目的相互聯系、相互影響、可關聯性、知識點和實驗技術的融合。(2)項目的實施。主要評價構建項目的教學預案、各實驗項目知識點和技術在新構建項目中的融合、可能出現的問題和情況制定出得處理預案。(3)項目的管理。主要對實驗教學采取的形式，如:實行開放式實驗教學或預約制實驗教學的管理模式進行評價。(4)項目設計水平。主要對實驗項目的整體性、系統(tǒng)性進行評價。(5)實驗經費保證。對項目化的實驗所需藥劑、器材的消耗評價，以達到最少的錢出最佳的教學效果。(6)學生成績考核體系。本實驗課程建設的總體目標是圍繞“以學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心”，因此在評價標準設定上主要側重對學生綜合實驗能力和素養(yǎng)的評價，在評價內容上更多關注實驗實施的參與過程、技能提高、實驗設計與研究能力、實驗結果與分析能力等。具體評價和考核方法是:實驗設計的科學性(考核實驗設計方案格式，合理性，可行性，創(chuàng)新性，文獻資料運用情況等);研究性小論文(每個設計綜合實驗項目書寫一篇研究性小論文，評價實驗論文格式、實驗論文數據及圖譜結果、實驗討論分析，引用文獻，觀點闡述、最新實驗技術應用等)?？己朔謹当壤峙?實驗設計占30%，研究小論文30%，實踐能力占30%，出勤、衛(wèi)生、安全占10%。

3“生物學綜合實驗”成效與思考

通過幾年的實踐，建立了日益完善的項目化生物學綜合實驗教學體系，在教學內容、教材建設、教學方法、教學評價、教學隊伍方面形成了自己的特色和優(yōu)勢。本課程改革取得了明顯成效，教學平臺建設日益加強，教學研究氛圍日益濃厚，學生培養(yǎng)質量明顯提高。教學平臺建設成果:“生物學綜合實驗”被評為國家精品資源共享課程。教學研究成果:近年來本課程組教師先后承擔省級教改項目10余項，校級教改項目20余項，教改項目獲得各級教學改革獎勵9項，其中省級教學成果獎5項;發(fā)表教改論文30余篇，出版包括“生物學綜合實驗”在內的生物實驗教材8種。學生培養(yǎng)質量:本科生整體創(chuàng)新能力強，先后完成科研項目80余項，18人次在省級挑戰(zhàn)杯等競賽中獲獎，12人次在省級實驗操作大賽中獲一、二等獎，10余項成果獲湖北省大學生優(yōu)秀科研成果獎;近3年，本科生在核心期刊上20余篇，每年超過40%的應屆本科畢業(yè)生考取國內重點高校和科研院所的研究生。本教學體系按照科學研究一般過程組織教學，強調學生自主創(chuàng)新實踐，構筑了創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式。我們對“生物學綜合實驗”有以下思考，也是我們在教學中需要不斷解決和完善的問題。

3．1教學內容的實時更新問題

生命科學領域廣泛，實驗方法、技能日新月異，在有限的課時內，實驗內容難以涵蓋所有二級學科以及體現生命科學發(fā)展的新技術、新成果。根據課程的特點，我們鼓勵教師盡量將最新科研成果融入實驗的教學中。及時跟蹤生物學發(fā)展趨勢，保持實驗項目始終處于動態(tài)更新之中，實驗項目的內容要更符合當前學科發(fā)展方向，今后需進一步整理、完善、固化教學改革和教學實踐成果，注重實驗內容的關聯性、互補性，有效組合實驗技術，提高學生的實驗技能和科學思維，最大限度地提高學生的實驗興趣，激發(fā)學生的實驗和科研熱情。

3．2實驗教學評價體系問題

綜合型實驗的評價體系有別于一般性的基礎性實驗，其科學性和可操作性也值得探究。我們對每個實驗項目實現績效化管理和評價，建立動態(tài)的生物學實驗教學內容和體系。對于項目化的綜合實驗學生考核評價體系，我們認為:生物學綜合實驗要重過程，輕結果，只要實驗過程科學、規(guī)范，結果不會很壞。我們的考核就十分注重對學生過程的考核，包括學生閱讀文獻、實驗技術路線的設計、實驗過程中的細節(jié)、對數據的處理和分析等都是考核的內容，這些占總成績的60%;同時綜合實驗小論文也是考核的很重要內容之一，占總成績的30%。每個綜合實驗的學生考核體系是基于該課程的教學理念所設計的，我們的考核體系是基于模擬科研過程的學研教協(xié)同創(chuàng)新教學理念。

3．3實驗室和師資隊伍建設問題

要保證各個教學環(huán)節(jié)的成功，實驗室軟硬件的建設需要不斷與時俱進，教師除了具有豐富的教學經驗和高度的責任心外，必須有深厚的科研基礎，加強師資隊伍建設十分必要。需要不斷建設一支結構合理、教學水平高、科研能力強、甘于奉獻的一流教師隊伍。

3．4實驗教學網絡平臺問題

進一步完善課程網絡平臺建設，構建方便實用的自主學習平臺;開發(fā)和完善建設網上學習系統(tǒng)和學生課程評定系統(tǒng)等。

4結語

課程特色就是生命線，“生物學綜合實驗”模擬科學研究的一般過程組織教學，改變了實驗教學以單一的實驗室操作和實驗報告考核學生的傳統(tǒng)實驗教學模式，本課程形成了基于“學研教”的生物學綜合實驗教學協(xié)同教學新體系，構建了綜合性實驗內容項目化和教師成果的滲入化的協(xié)同機制，實現了在教師引導下的學生學習自主化的教學模式的改革目標。通過本課程的學習，學生可掌握科學研究的一般方法，在文獻的收集與利用、實驗的具體實施、實驗結果的討論、分析和總結、論文撰寫等方面全方位的訓練和提高，也就是“教會學生怎樣科研”?？傊?，“生物學綜合實驗”實驗教學體系加入了“新”的教學理念，設計了“新”的教學內容，并融入了“新”的教學成果，取得了“新”的教學效果。

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作者：王友如 潘繼承 陳雄文 王衛(wèi)東 侯建軍 單位：湖北師范學院 a.國家級生物學實驗教學示范中心 b.生命科學學院