探索開放性實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

張巖，王文君，鄧鎮(zhèn)濤,向燦輝

（遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)，廣東珠海 519041）

全民創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新，已經(jīng)站在舉國高度。中國要轉(zhuǎn)型要發(fā)展，就要依靠科技強國。而科技的未來在于教育，因此，當代教育肩負的一個重要使命就是培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和創(chuàng)新能力。近兩年，很多高校都在積極推動大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心建設(shè)，開展產(chǎn)學(xué)研基地建設(shè)等，希望通過這樣的平臺培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、科研素養(yǎng)，以適應(yīng)新時代發(fā)展的需要[1]。然而，創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)的初步形成離不開基本操作技術(shù)和綜合操作技能訓(xùn)練，沒有扎實的基本功訓(xùn)練，不會猝然成就創(chuàng)新能力。開放實驗教學(xué)模式恰好形成了基礎(chǔ)訓(xùn)練與創(chuàng)新培養(yǎng)的一個紐帶。不滿足于課堂教學(xué)，想檢驗自己獨立操作能力的學(xué)生，可以在這個平臺上實現(xiàn)從選題、設(shè)計、準備、操作整個實驗過程全由自己掌舵探索的愿望，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新精神[2-4]。近幾年，隨著國家對科研的投入和重視程度不斷提高，這種舉措已經(jīng)潛移默化地影響到青年學(xué)生。很多大學(xué)生剛?cè)雽W(xué)就想?yún)⑴c科研，鍛煉自己的動手能力，所以開展開放性實驗教學(xué)也是學(xué)生內(nèi)心的自我要求。

為了滿足學(xué)生的要求，滿足國家在新時代對高等教育新使命的要求，也順應(yīng)高等教育改革和發(fā)展的自身要求，本著小課題、大內(nèi)涵，小中見大、培養(yǎng)科研興趣的教育理念，結(jié)合現(xiàn)有教學(xué)條件，我們探索了一套可行的、可持續(xù)性的化學(xué)開放實驗教學(xué)體系，并取得了一定的成效[5-8]。

1 化學(xué)開放性實驗教學(xué)體系

目前，遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)化學(xué)實驗教學(xué)中心承擔有機化學(xué)、物理化學(xué)、基礎(chǔ)化學(xué)、醫(yī)用化學(xué)、無機化學(xué)、藥物化學(xué)、分析化學(xué)等相關(guān)課程的實驗教學(xué)，涉及口腔、護理、藥學(xué)、生物工程、臨床醫(yī)學(xué)等專業(yè)學(xué)生。

圖1 化學(xué)開放性實驗教學(xué)的實施方案

校區(qū)師資隊伍合理，科研項目較多，學(xué)術(shù)研究氛圍濃厚，且周邊生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)達，被譽為“國家級生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園”以及“金灣醫(yī)藥谷產(chǎn)業(yè)園”。醫(yī)藥企業(yè)與學(xué)校之間有橫向課題合作，為學(xué)生提供了良好的實踐創(chuàng)新環(huán)境和平臺。

根據(jù)周邊環(huán)境、師資隊伍、學(xué)科設(shè)置和學(xué)生專業(yè)特點，實驗室開放主要包含以下四種類型：①基礎(chǔ)實驗開放；②綜合型實驗開放；③設(shè)計型實驗開放；④科研創(chuàng)新型實驗開放。其中基礎(chǔ)和綜合型實驗是傳統(tǒng)教學(xué)課程的進一步鞏固和延伸，重點培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗操作方法。設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗開放通常是傳統(tǒng)實驗教學(xué)以外的內(nèi)容，學(xué)生可以自主選題或者命題,重點培養(yǎng)學(xué)生對實際問題的分析能力和解決能力。

設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗新穎性強，學(xué)生參與積極性較高，是化學(xué)實驗教學(xué)的主要開放類型。其整個過程包括實驗課題篩選方法、實驗過程管理監(jiān)督、實驗結(jié)果評價方法、實驗教學(xué)效果反思與總結(jié)四個部分，具體實施過程詳見圖1。化學(xué)實驗教學(xué)中心對設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗開放的實施效果進行了詳細調(diào)研，并通過分析調(diào)研結(jié)果，對開放性實驗體系中不合理部分進行不斷修改和完善，以便更好地滿足學(xué)生需要。

2 化學(xué)開放性實驗教學(xué)實施過程

2.1 實驗課題篩選方法

2.1.1 學(xué)生科研意愿調(diào)研

調(diào)查對象：2014～2018級遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)生物工程、藥學(xué)、口腔、臨床、影像等專業(yè)學(xué)生。調(diào)查方法：現(xiàn)場問卷調(diào)查，無記名方式發(fā)放。發(fā)放150份，回收147份，有效率98%。調(diào)查內(nèi)容詳見表1。

2.1.2 實驗課題設(shè)計與篩選

學(xué)生情況：調(diào)查結(jié)果顯示生物工程和藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的參與積極性最高，分別為64.2%和70.7%。高年級學(xué)生因課程任務(wù)較重，考研就業(yè)壓力較大，參與積極性較低。低年級學(xué)生積極性高，參與意愿強，但基礎(chǔ)薄弱，化學(xué)知識體系尚未成熟。

課題設(shè)計：針對低年級學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和操作水平，綜合考慮化學(xué)實驗室的客觀條件進行課題設(shè)計和篩選。以培養(yǎng)學(xué)生興趣，增強實驗趣味性，貼近生活，降低難度系數(shù)為導(dǎo)向。

課題確立：經(jīng)過認真研討，預(yù)實驗驗證，確立了實驗項目開放清單。開放課題有以下兩種類型：①設(shè)計型實驗：在學(xué)生掌握基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上增加設(shè)計內(nèi)容，增添少許科研色彩，避免驗證實驗的枯燥，調(diào)動學(xué)生的科研積極性。如雞蛋殼中鈣含量的測定、校區(qū)水質(zhì)檢驗、肥皂的制作、食鹽中碘元素的分離及檢驗、冰熱實驗影響因素考查等。這類實驗主要讓學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)操作和實踐能力；②創(chuàng)新型實驗：根據(jù)教師的在研項目或?qū)W生的興趣，學(xué)生自己命題開展課題，以解決實際問題為導(dǎo)向，強調(diào)課題的創(chuàng)新性。這類實驗難度較大，對學(xué)生的要求較高，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

表1 遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)化學(xué)設(shè)計型和創(chuàng)新型開放性課題調(diào)查結(jié)果

2.2 實驗過程管理監(jiān)督

在現(xiàn)有實驗室管理的基礎(chǔ)上，制定和完善適用于開放實驗的監(jiān)督管理制度，如實驗室安全準入制度、實驗室借用制度、學(xué)生安全守則、實驗習(xí)慣評定、儀器設(shè)備損壞、遺失賠償制度、實驗室開放制度、實驗室預(yù)約制度、實驗預(yù)習(xí)制度等[9-11]，并規(guī)范了學(xué)生參與化學(xué)開放性實驗課題的流程。

首先學(xué)生以“合作小組的形式”選題或命題。經(jīng)組內(nèi)討論，查閱文獻，設(shè)計實驗方案。方案經(jīng)老師審核通過，預(yù)約實驗室，遵守規(guī)則制度，開展實驗。接著學(xué)生根據(jù)實驗方案提交實驗清單，領(lǐng)用實驗藥品和耗材，配制實驗試劑，摸索實驗條件。實驗中如遇瓶頸問題，重新查閱資料，組內(nèi)討論，或咨詢老師，調(diào)整完善實驗方案。最后操作實驗，整理數(shù)據(jù)，撰寫報告。全程都是以學(xué)生為核心，主動權(quán)在學(xué)生，但老師不是完全不理會，而是遠遠地看著。這種監(jiān)管給學(xué)生安全感，又不會影響學(xué)生的決策權(quán)，有效培養(yǎng)了學(xué)生獨立解決問題的能力。

2.3 實驗成績評定

從實驗的各個環(huán)節(jié)對學(xué)生成績的評定進行考核，如學(xué)習(xí)參與性、實踐能力、實驗習(xí)慣、溝通能力、團隊合作等方面。評定辦法采用教評、學(xué)生互評和學(xué)生自評等多種方式，按不同權(quán)重計入總成績，以有效激發(fā)學(xué)生的參與意識和積極性。

3 化學(xué)開放性實驗教學(xué)實施效果與總結(jié)

3.1 實施效果

學(xué)生根據(jù)興趣和科研意愿，自己組隊選題，共59人參與，分15組，每組3～5人，其中12組為2016～2017級生工、藥學(xué)專業(yè)學(xué)生（創(chuàng)新型實驗2組，設(shè)計型實驗10組），3組為2017級口腔、影像、臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生（設(shè)計型實驗3組），效果詳見表2。15組中，僅有4組（創(chuàng)新型實驗1組，設(shè)計型實驗3組）同學(xué)獨立完成了課題（26.7%），其他11組均是教師輔助完成，表明大部分低年級學(xué)生還是需要老師的指引和輔助，尚不具備獨立開展課題的能力。課題開展中，學(xué)生感到比較棘手的部分是方案設(shè)計、方案調(diào)整、條件摸索，而這些環(huán)節(jié)在傳統(tǒng)的實驗課程中通常由老師完成，學(xué)生僅僅是按老師設(shè)計好的步驟完成操作，學(xué)生缺乏設(shè)計、準備、探索的過程。這些啟示我們在以后的實驗教學(xué)中需要給學(xué)生更多的鍛煉機會以及思考和探索的空間，同時學(xué)生反饋通過系統(tǒng)地、連貫性地開展實驗，經(jīng)歷科研的一般過程，在實驗興趣、科研思維、操作能力、探索精神等方面受益較多[12]。

表2 遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)化學(xué)設(shè)計型和創(chuàng)新型開放性實驗課題實施效果

3.2 問題與反思

在課題開展中存在一些問題與不足，主要集中在以下三個方面：

（1）學(xué)生是課題的主體，對課題需進行深入思考和充分準備。盡管實驗前各小組已經(jīng)做好了方案設(shè)計，但在實際操作過程中仍然存在不少問題，主要集中在以下兩個方面：①課題準備方面：眼高手低，以為有了設(shè)計方案就可以如期進行，低估了實驗的復(fù)雜性。對實驗中一系列具體問題缺少考慮，如有些同學(xué)在試劑配制方面存在計算錯誤或者稱量不準等細節(jié)問題；②課題調(diào)整方面：實驗遇到瓶頸，學(xué)生容易手忙腳亂，忐忑不安，不知如何進行實驗調(diào)整與改善，甚至有放棄的想法。在開放性實驗中，學(xué)生作為主體，實驗前需要充分預(yù)習(xí)準備，認真考慮實驗過程中的細節(jié)，遇到問題需要深入思考并調(diào)整，挖掘自我潛力，這對學(xué)生都是新的要求與挑戰(zhàn)，也是進步的方向與空間。

（2）教師是把關(guān)者，需要做好監(jiān)督和指導(dǎo)工作：①課題設(shè)計方面：教師需要學(xué)習(xí)先進的知識，深入研究學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，了解學(xué)生的科研意愿，查閱大量資料，結(jié)合實驗室實際情況，設(shè)計出新穎合理的開放性課題。既不可太難，打擊學(xué)生的積極性；也不可太枯燥，磨滅學(xué)生的興趣；②課題管理方面：教師需要更新管理觀念和管理方法，盡量做到少灌輸、多啟發(fā)，少包辦、多引導(dǎo)。在遵守實驗室規(guī)章制度的前提下，指導(dǎo)學(xué)生有序開展實驗，同時又要注意拿捏實驗指導(dǎo)中的分寸，正確引導(dǎo)學(xué)生，激發(fā)學(xué)生潛力，既不可撒手不管，任由學(xué)生胡來，也不可步步跟進，剝奪學(xué)生探索的主動權(quán)。

（3）學(xué)校是開放性實驗教學(xué)的推行者，需要在管理、資金、制度等方面給予保障。開放性實驗需要學(xué)生投入時間和精力完成課題，學(xué)?？煽紤]將開放性實驗作為選修課，并制定相應(yīng)的質(zhì)量評定標準，這樣既可以調(diào)動學(xué)生的積極性，又可以促進學(xué)生高標準、高質(zhì)量地參與課題[13-14]。開放性實驗需要場地、設(shè)備、教師等資源，這些都需要學(xué)校合理的調(diào)度和安排。此外，還需專門的實驗經(jīng)費用于支付實驗室開放中的材料消耗、設(shè)備維修、指導(dǎo)教師酬金等開銷。最后，還需制定相應(yīng)的獎勵制度，用于鼓勵開放實驗取得的各項成果，提高廣大師生參與的積極性[15]。

4 開放性實驗教學(xué)的現(xiàn)實意義

通過化學(xué)開放性實驗教學(xué)的實施、反饋與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)這種新模式相對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)有以下優(yōu)勢：

（1）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。開放性實驗教學(xué)以學(xué)生為主體，讓其從“被動思考”變成“主動探索”，通過自主實驗完成任務(wù)，學(xué)生可以獲得較大的成就感。這種成就感帶來的自信可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，帶動主動學(xué)習(xí)的愿望。

（2）鍛煉學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神、科研素質(zhì)和團隊協(xié)作能力。傳統(tǒng)的實驗課的選題、設(shè)計、準備是由老師完成的，學(xué)生只負責按部就班進行實驗操作，再遞交相應(yīng)的實驗報告即可。開放性實驗教學(xué)模式中學(xué)生是主體，自覺主動參與整個實驗過程，主動探討思考實驗過程中遇到的問題，在問題中成長，在失敗中強壯，更能鍛煉學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神、科研素質(zhì)和團隊協(xié)作能力。

（3）提高教師科研能力和管理水平。開放性實驗對教師提出了更高的要求，教師需要及時更新知識，引導(dǎo)學(xué)生開展科研探索，真正做到教學(xué)相長，從而提升教師的科研能力和管理水平。

（4）有利于學(xué)校對資源進行合理配置，提高實驗室和儀器的利用率。開放性實驗教學(xué)需要學(xué)校對實驗室資源統(tǒng)籌管理、合理安排、開放共享。學(xué)生在課余時間開展課題研究，提高了實驗室及儀器設(shè)備的利用率。

（5）提升學(xué)校品牌和社會影響力。高校通過高素質(zhì)人才的培養(yǎng)和輸出，獲得社會更大程度上的認可，進而提升學(xué)校的品牌和社會影響力。

5 結(jié)束語

綜上所述，開展開放性實驗教學(xué)，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，是高等教育改革和發(fā)展的自我要求，是學(xué)生自我成才的內(nèi)心需求。同時，開展開放性實驗教學(xué)中會有一些問題和挑戰(zhàn)，需要學(xué)生、教師、學(xué)校三方面共同努力，去面對和克服。希望通過同行們的不懈努力，探索出更多適合培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的教學(xué)方式方法。