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生物学综合实验项目化教学实践

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发布日期:2019-03-11 11:41

摘要:在国家精品资源共享课程“生物学综合实验”教学中,将学生的“学习”、教师的科学研究、教师的“教学”紧密协同;完善生物学综合性实验内容项目化和教师科研成果渗入化的协同机制,建立了基于学研教协同创新的“项目化综合性实验”地方高校生物学实验教学体系和人才培养模式。实践证明:该教学体系培养了学生的创新意识、合作精神、自主学习能力和主动实践能力。

关键词:协同创新;项目化;综合实验;教学体系

在高校传统实验教学中,学生的学习兴趣、主动性、积极性普遍不高,缺乏独立思考和训练的机会,达不到预期教学效果,对学生的独立科研能力和团队协作精神的培养也起不到积极作用,探讨新的实验教学模式或体系成为高校实验教学改革的重点和方向[1-3]。目前国内各高校都开展了专业实验教学改革,推出一批综合性实验项目,以培养学生的实践能力和创新能力[4-7],但大多没有形成系统的实验教学模式或体系[8-12]。结合生物学实验教学特点和我院国家级生物学实验教学示范中心教育教学理念,我们突出以创新能力培育和提升为本的实验教学改革理念,进行了基于学研教协同创新项目化生物学综合实验教学改革的探索与实践。学研教协同创新教学理念是一种新型的现代高等教育教学理念,所谓学研教(“Learning-Research-Teaching”synergy,LRTsynergy),是指高校学生的“学习”、教师的“教学”与科学研究紧密结合、协调统一、相互促进[13]。学研教协同强调高等教育中教与学的互动以及高等学校中教学与科研统一,其中教与学的互动以教师和学生都参与科学研究为联结纽带,教学与科研的统一以学生参加科研为条件[14-15]。本研究提出的基于学研教协同的生物学实综合实验课堂教学体系改革实践是以学生为主体,教学为主导,科研为载体,基于教学、科研、学习互动协调的教学组织方式的创新活动,其目的是达到学生综合素质的提高和创新型人才的培养。项目化教学改革与实践与协同创新教学都是为了培养应用创新型人才,项目化教学法的目的在于激发学生内在的学习兴趣,调动学生学习的积极性、主动性和创造性,使学生成为一个真正的学习者、思考者和发现者,学生唱“主角”,老师转为“配角”,实现教师角色的换位,加强学生自学能力、创新能力的培养[16]。实践证明:基于学研教协同创新的项目化生物学综合实验教学体系的实施,让学生体验了科学研究的一般方法,开发了学生学习的潜能,发展了学生的个性,培养了学生的团队精神和合作意识、提高学生的科学思维能力和创新能力。

1“生物学综合实验”教学新理念

总体思路:在协同创新思想的指导下,将学生的“学习”、教师的科学研究、教师的“教学”紧密结合、协调统一、相互促进;完善实验内容项目化和教师成果的渗入化的协同机制,对项目化生物学实验的课程体系进行顶层设计,组建跨生物学二级学科、更加完善的、分层次的生物学综合实验教学协同教学体系,逐步形成基于协同创新的“项目化综合性实验”的地方高校生物学实验教学体系和人才培养模式。

2“生物学综合实验”教学新体系实践

项目化的“生物学综合实验”教学新体系以学生创新能力的培养和提升为教学目标,以实验项目化、综合化的方式构建教学内容,形成科研课题化的实验项目,通过学生自主化的教学形式教学,以模拟科研过程的思路统领教学全程,让学生“体验怎样去科研”,建立以科学思维方法和创新能力提高为核心的实验教学评价体系。本教学体系包含了20余个综合实验项目。

2.1“生物学综合实验”教学新特点

(1)学研教”协同创新教学。“生物学综合实验”教学体系将学生的“学习”、教师的科学研究、教师的“教学”紧密结合、协调统一、相互促进,实验内容全部是由教师科研成果转化而来,以科研促进教学,用科学研究的思维方法组织实验,将科学研究的方法引入实验课,着力培养学生科学研究能力,探索、发现和创新的能力。如“精氨酸激酶的克隆、表达、纯化与酶学性质”实验项目是潘继承教授承担的国家自然科学基金项目的研究内容和研究成果转化而来的。(2)实验内容综合化、项目化。实验内容综合化以体现技术的综合应用为目的,侧重实验知识和技术的综合运用能力的培养,强调学生有效地运用多种实验技术方法,解决科学研究中的问题。例如“典型污染物对淡水腹足动物的毒理效应”实验项目立足于动物学、生态毒理学、生物化学及分子生物学等学科的知识背景,可选择不同类型的典型污染物,选择不同的腹足动物,用不同的暴露时间以及系列毒理学的生物标志物包括DNA断裂、线粒体损伤、氧化胁迫效应指标等来综合指示污染物的毒理效应。实验内容项目化是指设立实验项目库,学生自行组团,以研究小组的形式开展实验,力求培养学生的探索精神、科学思维、综合实践能力及创新能力。例如“pfu酶表达及其活性检测”项目的实施,学生可以自己组合成4~6人的小组,选择该项目,获得教师批准后,即可查找资料、设计实验方案,之后再交给教师审核方案的可行性和合理性,最后按方案实施实验过程。(3)实验项目科研化。本教学体系的设计框架,就是模拟科研过程组织教学,设立实验项目库,由学生成立课题小组,合作完成文献的收集与利用、实验的具体实施、实验结果的讨论、分析和总结、论文撰写等环节任务,帮助学生熟悉科研基本规范,激发探索兴趣。(4)教学形式自主化。既发挥教师的主导作用,更体现学生的主体地位,通过开放式、多元化的参与机制,学生充分发挥,自主探索。文献查阅、实验设计、实验讨论、结果分析、论文撰写等环节任务,均由学生自主完成,学生既熟悉科研基本规范,又激发他们的探索兴趣、提升创新能力。(5)内容更新实时化。为了使生物学综合实验教学内容具有与时俱进的先进性,体现生物学新知识、新技术,“生物学综合实验”教学体系设计鼓励授课教师将自己科学研究新成果不断转化为实验教学内容,每学年要求任课教师根据个人或研究团队的科研成果对部分实验内容进行必要修订,及时补充新技术或与理论进展相关联的新内容;又以网络深入阅读方式,实时更新相关实验项目的重要文献,学生能够及时追踪学术前沿。2013~2014年开发新的实验项目如下:浮萍rbcS启动子的组织特异性研究;pfu基因的原核表达及其活性检测;地衣芽孢杆菌普鲁兰酶基因的克隆与表达;植物中有效成份提取与性能研究;发酵法生产胡萝卜素;CyclophilinA的表达和纯化;植物旱生型和水生型叶形态结构差异性比较等。

2.2“生物学综合实验”课程新模式

项目化生物学综合实验是在教师引导下的学生自主实践、合作讨论式的实验教学模式,设立项目化的生物学综合实验项目库,学生自由选择实验项目,每4~6人组成一个项目小组,在组长的带领下,文献的查阅、实验项目方案的设计、讨论、实施等都由学生负责完成。授课时间采取集中与分散相结合的方式:大多数实验项目在每学期的17~18周为“生物学综合实验”集中授课时间,对于完成时间较长的实验项目,则由教师和学生商议确定授课时间。授课对象:大三和大四学生;每个学生完成项目库中的4或5个综合实验项目。具体实施过程如下:①教师课前导引:多媒体教学讲述实验项目相关背景知识;课程的具体要求和注意事项;文献的检索、分析和利用;仪器设备的规范操作培训等。②学生实验设计:学生利用数据库等网络资源检索文献分析并利用获取的信息优化实验方案、更新实验设计、积累实验素材。③学生自主实践:优化实验方案后,在组长的带领写,进行自主实验操作。④结果分析讨论:实验完成后,各小组总结,PPT汇报分析、讨论实验结果,总结实验得失,本环节可提高学生发现问题、分析问题和总结归纳的能力。⑤撰写论文:以小论文形式提交实验总结。

2.3“生物学综合实验”评价新体系

能以项目化教学法教学的实验课程必须具有一个项目所具有的整体性、系统性和相互关联的特征,我们对引入本课程教学体系的每个项目均进行以下评价,以达到预期的教学效果,使教学内容也处于实时更新状态。(1)项目的构建。评价各实验项目的相互联系、相互影响、可关联性、知识点和实验技术的融合。(2)项目的实施。主要评价构建项目的教学预案、各实验项目知识点和技术在新构建项目中的融合、可能出现的问题和情况制定出得处理预案。(3)项目的管理。主要对实验教学采取的形式,如:实行开放式实验教学或预约制实验教学的管理模式进行评价。(4)项目设计水平。主要对实验项目的整体性、系统性进行评价。(5)实验经费保证。对项目化的实验所需药剂、器材的消耗评价,以达到最少的钱出最佳的教学效果。(6)学生成绩考核体系。本实验课程建设的总体目标是围绕“以学生创新能力培养为核心”,因此在评价标准设定上主要侧重对学生综合实验能力和素养的评价,在评价内容上更多关注实验实施的参与过程、技能提高、实验设计与研究能力、实验结果与分析能力等。具体评价和考核方法是:实验设计的科学性(考核实验设计方案格式,合理性,可行性,创新性,文献资料运用情况等);研究性小论文(每个设计综合实验项目书写一篇研究性小论文,评价实验论文格式、实验论文数据及图谱结果、实验讨论分析,引用文献,观点阐述、最新实验技术应用等)。考核分数比例分配:实验设计占30%,研究小论文30%,实践能力占30%,出勤、卫生、安全占10%。

3“生物学综合实验”成效与思考

通过几年的实践,建立了日益完善的项目化生物学综合实验教学体系,在教学内容、教材建设、教学方法、教学评价、教学队伍方面形成了自己的特色和优势。本课程改革取得了明显成效,教学平台建设日益加强,教学研究氛围日益浓厚,学生培养质量明显提高。教学平台建设成果:“生物学综合实验”被评为国家精品资源共享课程。教学研究成果:近年来本课程组教师先后承担省级教改项目10余项,校级教改项目20余项,教改项目获得各级教学改革奖励9项,其中省级教学成果奖5项;发表教改论文30余篇,出版包括“生物学综合实验”在内的生物实验教材8种。学生培养质量:本科生整体创新能力强,先后完成科研项目80余项,18人次在省级挑战杯等竞赛中获奖,12人次在省级实验操作大赛中获一、二等奖,10余项成果获湖北省大学生优秀科研成果奖;近3年,本科生在核心期刊上发表论文20余篇,每年超过40%的应届本科毕业生考取国内重点高校和科研院所的研究生。本教学体系按照科学研究一般过程组织教学,强调学生自主创新实践,构筑了创新人才培养新模式。我们对“生物学综合实验”有以下思考,也是我们在教学中需要不断解决和完善的问题。

3.1教学内容的实时更新问题

生命科学领域广泛,实验方法、技能日新月异,在有限的课时内,实验内容难以涵盖所有二级学科以及体现生命科学发展的新技术、新成果。根据课程的特点,我们鼓励教师尽量将最新科研成果融入实验的教学中。及时跟踪生物学发展趋势,保持实验项目始终处于动态更新之中,实验项目的内容要更符合当前学科发展方向,今后需进一步整理、完善、固化教学改革和教学实践成果,注重实验内容的关联性、互补性,有效组合实验技术,提高学生的实验技能和科学思维,最大限度地提高学生的实验兴趣,激发学生的实验和科研热情。

3.2实验教学评价体系问题

综合型实验的评价体系有别于一般性的基础性实验,其科学性和可操作性也值得探究。我们对每个实验项目实现绩效化管理和评价,建立动态的生物学实验教学内容和体系。对于项目化的综合实验学生考核评价体系,我们认为:生物学综合实验要重过程,轻结果,只要实验过程科学、规范,结果不会很坏。我们的考核就十分注重对学生过程的考核,包括学生阅读文献、实验技术路线的设计、实验过程中的细节、对数据的处理和分析等都是考核的内容,这些占总成绩的60%;同时综合实验小论文也是考核的很重要内容之一,占总成绩的30%。每个综合实验的学生考核体系是基于该课程的教学理念所设计的,我们的考核体系是基于模拟科研过程的学研教协同创新教学理念。

3.3实验室和师资队伍建设问题

要保证各个教学环节的成功,实验室软硬件的建设需要不断与时俱进,教师除了具有丰富的教学经验和高度的责任心外,必须有深厚的科研基础,加强师资队伍建设十分必要。需要不断建设一支结构合理、教学水平高、科研能力强、甘于奉献的一流教师队伍。

3.4实验教学网络平台问题

进一步完善课程网络平台建设,构建方便实用的自主学习平台;开发和完善建设网上学习系统和学生课程评定系统等。

4结语

课程特色就是生命线,“生物学综合实验”模拟科学研究的一般过程组织教学,改变了实验教学以单一的实验室操作和实验报告考核学生的传统实验教学模式,本课程形成了基于“学研教”的生物学综合实验教学协同教学新体系,构建了综合性实验内容项目化和教师成果的渗入化的协同机制,实现了在教师引导下的学生学习自主化的教学模式的改革目标。通过本课程的学习,学生可掌握科学研究的一般方法,在文献的收集与利用、实验的具体实施、实验结果的讨论、分析和总结、论文撰写等方面全方位的训练和提高,也就是“教会学生怎样科研”。总之,“生物学综合实验”实验教学体系加入了“新”的教学理念,设计了“新”的教学内容,并融入了“新”的教学成果,取得了“新”的教学效果。

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作者:王友如 潘继承 陈雄文 王卫东 侯建军 单位:湖北师范学院 a.国家级生物学实验教学示范中心 b.生命科学学院

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