培養(yǎng)創(chuàng)新能力的生物設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分解式教學(xué)

王明華 ，趙二勞，徐 瀾

(1.忻州師范學(xué)院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州 034000)

培養(yǎng)創(chuàng)新能力的生物設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分解式教學(xué)

王明華1，趙二勞2，徐 瀾1

(1.忻州師范學(xué)院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州 034000)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)專(zhuān)業(yè)本科高年級(jí)開(kāi)設(shè)的一門(mén)實(shí)踐性課程，與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)密切相關(guān)。在教學(xué)中，依據(jù)培養(yǎng)創(chuàng)新能力的態(tài)度、思維、技能等不同方面的需求，對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分別在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)等方面進(jìn)行分解式教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，通過(guò)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新能力；培養(yǎng)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；分解式教學(xué)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是通過(guò)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，為達(dá)到某種教學(xué)目的而有計(jì)劃安排的教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生在教師的組織和指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件,自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)方法、選擇實(shí)驗(yàn)器材、擬定實(shí)驗(yàn)操作程序，自己加以實(shí)現(xiàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理的實(shí)驗(yàn)[1]。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法的多樣性，感受實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的探索性，獲得一定的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和能力積累，為自主創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)提供一定基礎(chǔ)。

在高等師范院校生物類(lèi)本科學(xué)生的低年級(jí)階段，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)主要以配合對(duì)應(yīng)理論課程的各章節(jié)為主，大多數(shù)以單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為單元，以班級(jí)或同屆別為一體，統(tǒng)一進(jìn)行同一項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[2]。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，雖有利于學(xué)習(xí)扎實(shí)的基本實(shí)驗(yàn)操作技能，但不便于融會(huì)貫通，不利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)造性。因而在高師生物學(xué)專(zhuān)業(yè)本科的高年級(jí)階段，通過(guò)開(kāi)設(shè)和改革設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，通過(guò)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)以培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，尤其必要。

1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備分解

1.1 教師準(zhǔn)備，提前引導(dǎo)學(xué)生以興趣參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目擬定

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在大學(xué)本科高年級(jí)開(kāi)設(shè)，學(xué)生對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程理論和實(shí)驗(yàn)操作有一定積累，具備了一定的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)操作能力和專(zhuān)業(yè)的社會(huì)需求認(rèn)知，能夠?qū)τ趯?shí)驗(yàn)項(xiàng)目的制定提出一些見(jiàn)解。因此，相關(guān)實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備前，可按學(xué)生興趣指導(dǎo)其在結(jié)合地方社會(huì)需求及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有科研特色的基礎(chǔ)上，參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選題立項(xiàng)過(guò)程，制定出切合實(shí)際的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從而增進(jìn)學(xué)生對(duì)理論和理解實(shí)踐應(yīng)用意識(shí)。

1.2 學(xué)生準(zhǔn)備，調(diào)動(dòng)興趣自主分組學(xué)習(xí)

教師對(duì)于學(xué)生的管理以全方位、全時(shí)段的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理使用為基礎(chǔ)，學(xué)生經(jīng)實(shí)驗(yàn)室管理和使用人員同意后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室主動(dòng)學(xué)習(xí)，了解主要儀器使用原理和用途、科研特色、成果等，形成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)記錄。學(xué)生能夠依據(jù)個(gè)人興趣、特長(zhǎng)和意愿，分成10人左右一組，更有利于團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)形成和培養(yǎng)，及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理實(shí)踐。

1.3 教師學(xué)生共同準(zhǔn)備，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

確定分組并選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，學(xué)生們?cè)诮處熤笇?dǎo)下，查閱和引用參考資料和文獻(xiàn)，制定出合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。廣義上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[3-4]是指整個(gè)研究的課題設(shè)計(jì)，包括實(shí)驗(yàn)方案的制定、實(shí)驗(yàn)單元的選擇、分組排列及技術(shù)，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相應(yīng)的資料搜集、記載、整理和統(tǒng)計(jì)分析等。學(xué)生制定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定科學(xué)性、合理性的。對(duì)于既定的研究項(xiàng)目，可采取的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法不唯一，適用的統(tǒng)計(jì)方法及所關(guān)注結(jié)果的側(cè)重面也有差異，故而每個(gè)小組內(nèi)各個(gè)同學(xué)可提出不同的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃。這一教學(xué)環(huán)節(jié)有助于師生間的因材施教和主動(dòng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，將對(duì)學(xué)生科研能力的培養(yǎng)起著重要作用，并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)各專(zhuān)業(yè)課程以及畢業(yè)論文設(shè)計(jì)與實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.4 實(shí)驗(yàn)中心和教師協(xié)調(diào)準(zhǔn)備，保障實(shí)驗(yàn)

不同實(shí)驗(yàn)小組的不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，經(jīng)指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)共同綜合、審閱、評(píng)價(jià)后，結(jié)合項(xiàng)目選題間的相關(guān)性、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的軟硬條件、科研需求的實(shí)用性等方面考慮，涵蓋較常用的幾種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[5-6](如單因素實(shí)驗(yàn)、隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等)，確定具體具有可行性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于需要考慮每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的特色，故而每個(gè)小組的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有一些較小的差異。教師需在有充分準(zhǔn)備時(shí)間的情況下，與實(shí)驗(yàn)員充分溝通，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)意圖和具體差異及要求，較為詳盡和充分的做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作。

2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施分解

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施須在培養(yǎng)方案指導(dǎo)下，以一定學(xué)時(shí)為保障，在一定場(chǎng)所內(nèi)進(jìn)行。按照我系實(shí)際，我們把實(shí)驗(yàn)教學(xué)按照實(shí)驗(yàn)時(shí)序、實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能等進(jìn)行單元?jiǎng)澐趾蠓诸?lèi)別進(jìn)行。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)講、評(píng)分離式理論教學(xué)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，而其基本原理和方法與《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》[7-8]這門(mén)課程的理論教學(xué)密切相關(guān)。由于與學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)間安排有沖突，致使一些班級(jí)的《設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)》課程安排先于《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的理論，為了保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先安排教師對(duì)教學(xué)對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和方法方面的基礎(chǔ)實(shí)用性理論教學(xué)，學(xué)生分組選定項(xiàng)目后，在實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)下，查閱資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分組教學(xué)時(shí)，需與實(shí)驗(yàn)教師團(tuán)隊(duì)定制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、方法、內(nèi)容相結(jié)合，對(duì)于學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從目的、意義、方法、材料、結(jié)果記錄、數(shù)據(jù)分析等諸多方面進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)、合理性、可行性等比較講解，從而有助于學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的理解，進(jìn)而培養(yǎng)和提高學(xué)生掌握和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索研究的思維創(chuàng)新意識(shí)和技能創(chuàng)新素質(zhì)。

2.2 學(xué)生角色體驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理

以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一般較為全面、繁復(fù)，實(shí)驗(yàn)中還需要考慮隨機(jī)、重復(fù)等原則，工作量相對(duì)較大，因而具體的實(shí)施也需要進(jìn)行合理的安排，才能盡可能的發(fā)揮小組內(nèi)每一位同學(xué)的主動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)特長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施中，淡化教師角色，實(shí)驗(yàn)以小組(約10人)為單位，完成一種較完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，具體包括材料試劑配置、取樣、儀器操作、測(cè)定、數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后實(shí)驗(yàn)室整理等，小組成員進(jìn)行人員、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的合理安排，才能保障在計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。每個(gè)學(xué)生需要全程參與準(zhǔn)備、實(shí)施實(shí)驗(yàn)的完整過(guò)程中，從而積累對(duì)于實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的獨(dú)立管理經(jīng)驗(yàn)和技能，熟悉實(shí)驗(yàn)人員、材料、器材等的統(tǒng)籌應(yīng)用，有利于師范生實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理、自我創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過(guò)程中的技能和素質(zhì)提升。

2.3 教師對(duì)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的提醒式培養(yǎng)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在大學(xué)本科高年級(jí)開(kāi)設(shè)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了解了實(shí)驗(yàn)基本操作技能和一般教學(xué)儀器的原理和操作使用方法。因此在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生主要對(duì)實(shí)驗(yàn)基本操作及儀器使用進(jìn)一步熟練和加深理解，通過(guò)實(shí)踐能夠使每位同學(xué)都參與。教師教學(xué)監(jiān)測(cè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)注意事項(xiàng)隨時(shí)提醒，并引導(dǎo)和鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)興趣較好的同學(xué)在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步提出一些操作和使用上的合理性改進(jìn)建議，在實(shí)踐方面提高學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)技能應(yīng)用能力。

3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系分解

作為一種對(duì)學(xué)生動(dòng)手和實(shí)際操作技能鍛煉和提高的實(shí)踐性課程，對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)評(píng)價(jià)需要綜合課前、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面的綜合表現(xiàn)形成一種完整的過(guò)程性評(píng)價(jià)體系。對(duì)于課前和課堂的實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作過(guò)程，授課教師可按照實(shí)驗(yàn)分組對(duì)每組的10個(gè)同學(xué)進(jìn)行隨堂、不定時(shí)的指導(dǎo)和評(píng)價(jià)，并進(jìn)行一定的文字甚至是音視頻的記錄，有助于學(xué)生及時(shí)糾正不合理的操作方式，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施后的綜合評(píng)價(jià)，則從以下兩方面考察。

3.1 傳統(tǒng)-論文結(jié)合式實(shí)驗(yàn)報(bào)告攥寫(xiě)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告[9-10]是實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的及時(shí)總結(jié)，通過(guò)回顧實(shí)驗(yàn)過(guò)程的各方面，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的流程和各種操作規(guī)范和要點(diǎn)，能夠加深學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)相關(guān)的各種理論知識(shí)的理解，增進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際的思維實(shí)踐。對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，應(yīng)當(dāng)能夠體現(xiàn)完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，因而既要包括實(shí)驗(yàn)前的各種理論教學(xué)和準(zhǔn)備，也要包括實(shí)驗(yàn)中的具體實(shí)施，還要包括實(shí)驗(yàn)后對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、評(píng)價(jià)。

“實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)”能夠體現(xiàn)一定實(shí)驗(yàn)特色和主要內(nèi)容要點(diǎn)；“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹蹦軌驈亩喾矫妗⒍鄬哟误w現(xiàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)設(shè)置和實(shí)施的實(shí)訓(xùn)和實(shí)踐目標(biāo)；“實(shí)驗(yàn)原理”應(yīng)當(dāng)包括相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法原理、具體理化指標(biāo)的測(cè)定原理、實(shí)驗(yàn)儀器的工作和操作原理等；“實(shí)驗(yàn)材料與方法”部分能夠較為清晰和條理的將實(shí)驗(yàn)用到的材料的具體選擇和預(yù)處理、實(shí)驗(yàn)具體儀器試劑配置和操作方法步驟等寫(xiě)清楚，作為實(shí)驗(yàn)室實(shí)施實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)性資料；“實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論”部分首先按照實(shí)驗(yàn)原理中涉及的計(jì)算公式等，將原始數(shù)據(jù)換算為實(shí)驗(yàn)結(jié)果所需相關(guān)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的度量，并按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，將?shù)據(jù)整理歸類(lèi)后做一些簡(jiǎn)單的圖表，并進(jìn)行結(jié)果的直觀分析和關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施的討論；“結(jié)論”部分為通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得的較為明確的表述，可具有一定的實(shí)際意義；“注意事項(xiàng)”中鼓勵(lì)學(xué)生將在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)與自己所做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比較獲得的體會(huì)、實(shí)驗(yàn)操作流程、儀器操作規(guī)范等進(jìn)行比較和總結(jié)，形成較好的實(shí)驗(yàn)室使用習(xí)慣。

通過(guò)傳統(tǒng)-論文結(jié)合式實(shí)驗(yàn)報(bào)告攥寫(xiě)，將科研論文的一般寫(xiě)作方法和數(shù)據(jù)使用規(guī)范融入到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)會(huì)由“做實(shí)驗(yàn)”到“用實(shí)驗(yàn)”的過(guò)渡，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)技能和科研創(chuàng)新能力。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的持續(xù)化關(guān)注

對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告中體現(xiàn)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，學(xué)生在進(jìn)行《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的教學(xué)時(shí)，要作為例題或作業(yè)融入[11]，既能夠進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完整性，又能夠通過(guò)學(xué)生的具體感受和體會(huì)，改善《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》中對(duì)于樣本和數(shù)據(jù)處理的抽象性，幫助學(xué)生理解和掌握具體的數(shù)據(jù)分析方法。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果通過(guò)進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析后，學(xué)生可以對(duì)結(jié)論的可信度和推廣價(jià)值進(jìn)行評(píng)判，而對(duì)于不利于推廣的結(jié)論，則可以提出新的實(shí)驗(yàn)研究建議和改進(jìn)措施，并在畢業(yè)論文設(shè)計(jì)階段進(jìn)行有益的深入探索，從而在增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)用性的同時(shí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為高師生物學(xué)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)的一門(mén)實(shí)踐性課程，實(shí)行教學(xué)改革是當(dāng)前提倡“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”素質(zhì)教育的內(nèi)在需求。通過(guò)分解教學(xué)的時(shí)間、內(nèi)容、角色等，整合優(yōu)秀教學(xué)資源、合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)所和時(shí)間、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理、注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理和分析，始終在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新參與度，密切聯(lián)系各種相關(guān)理論原理，將課程教學(xué)改革貫穿始終，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為生物科學(xué)理論知識(shí)的推廣應(yīng)用添磚加瓦，具有良好的實(shí)踐前景！

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(本文文獻(xiàn)格式：王明華，趙二勞，徐 瀾.培養(yǎng)創(chuàng)新能力的生物設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分解式教學(xué)[J].山東化工,2017,46(13):138-139,142.)

Exploding Teaching of Biological Designable Experiments for Promote Students′Innovation Ability

WangMinghua1，ZhaoErlao2，XuLan1

(1. Department of Biology, Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000,Shanxi,China;2. Department of Chemistry,Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000,Shanxi,China)

Designable experiments were a kind of practical curriculum for junior and senior student,which improving the individual innovation ability. In the teaching practice,according to the different needs of innovation ability culture,the preparation,implementation,and experiment report reorganization of experiment were separated into several parts for students and teachers. During the integrated experiential learning,the interesting of both students and teachers had been excited and promoted the individual innovation ability.

innovation ability; culture; designable experiment; exploding teaching

2017-04-25

山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)J2016096)；忻州師范學(xué)院博士科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)(2015)

王明華(1982—)，女，講師，博士，研究方向：天然產(chǎn)物活性成分分析。

G640

A

1008-021X(2017)13-0138-02