搭建開放研究平臺 深化實驗教改研究——微生物學設計性實驗教學的實踐探索

卜 寧，趙新剛，陶思源，王 勇，馬蓮菊

沈陽師范大學，遼寧 沈陽 110034

微生物學是生命科學的主干基礎課之一，是理論性、實踐性和應用性很強的一門學科，其獨有的實驗技術與方法已廣泛滲透到現代生命科學的各個分支領域。微生物學實驗是微生物學的重要組成部分，是微生物學教學的重要環節。長期以來，微生物學實驗教學大多延續傳統“驗證性”的實驗內容并采用“程式化”的教學方法授課，導致學生對實驗探究的興趣不高，實驗教學效果欠佳。近年來，我們在微生物學實驗教學中進行了設計性實驗教學改革的有益探索，其目的就在于“開發學生智能，培養與提高學生科學實驗的能力和素養”。利用為學生搭建起的“開放研究”平臺，培養學生查閱資料能力、實驗動手能力、數據處理能力、綜合分析能力及組織管理能力，使學生在探求未知的氛圍中創新學習，發揮潛能，超越自我；教師在充滿挑戰的環境中主動學習，不斷發展，追求卓越。

一、實驗教學的現狀分析

目前微生物學實驗教學大多采用傳統的教學模式，即教師根據微生物學實驗教學大綱要求，制定實驗教學計劃，再依據教學計劃，確定每一次實驗的教學內容；課前準備好實驗材料、藥品、儀器用具等；上課時，學生在教師的指導下按照設定的實驗題目和程序，完成規定的實驗內容和操作，驗證實驗結果，最后寫出實驗報告。可以說，這種傳統教學模式對于微生物學實驗教學有一定的積極意義，學生通過每次的實驗學習能夠目標明確地掌握相應的學科理論知識及實驗技能……但不能否認的是：這種教學模式更在一定程度上壓制了學生的求知探索欲望，學生的學習被限制在有限的時間和空間里，積極性和主動性不能充分發揮，學生過多地關注實驗結果，而不重視過程；雖掌握了一定的技能，但缺乏對所學理論和技術的融會貫通，缺乏獨立分析問題、解決問題及應對實際工作的系統綜合能力。針對傳統實驗教學存在的種種弊端，實驗教學必須走出一條適應現代社會對人才培養的多元化需求的新路，必須進行創新人才培養的改革探索，以轉變實驗被動教學的局面，培養即具有扎實的基礎知識和基本技能，更具備個性化創新思維能力和實際解決問題能力的綜合性人才。

二、設計性實驗教學改革的實踐探索

（一）設計性實驗的內涵

設計性實驗是指給定實驗目的要求和實驗條件，由學生運用已掌握的基本知識、基本原理和實驗技能，自行設計實驗方案并加以實現的探索性實驗，是有效增添“創新性教育元素”教學實踐活動，具有現代、復合、先進、時代和創新性特點。設計性實驗內涵包括：立題，學生在查閱資料的基礎上，根據教師科研項目或學生自己感興趣的研究方向選題，課題研究的目的、要求、結果明確，研究內容可涵蓋多門課程知識；設計，學生根據已具有的知識儲備自行提出科學規范的實驗設計方案，給出明確的實驗方法、步驟、技術路線、預期結果；實驗，設計方案經師生多次可行性論證后實施，學生從配制藥品到選擇儀器，從實驗操作到觀察統計數據，獨立完成整個實驗研究過程；總結，學生獨立進行結果分析，得出結論，書寫完成實驗報告或實驗研究論文，匯報并交流研究成果，并由師生共同評定成績。

在學生經歷設計性科學實驗研究過程中，擁有充分展示自己能力的空間和舞臺，不僅能夠獲得豐富的科研訓練體驗，更能獲取大量的難以表述的內隱知識，不僅能開拓視野，提高科研創新意識和能力，更能體會成功，獲得自信。

（二）主導思想及目的

當今世界正處在一個大發展、大變革、大調整時期，國力、科技、人才的競爭，改革、創新、發展的深入不僅成為關乎國家發展和命運的關鍵詞，而更成為帶給高等教育的嚴峻挑戰，因此，培養具有創新意識和創新能力的高素質人才必然成為高校教育教學必須認真思考的核心問題。

為適應當今社會對人才需求的變化，培養和造就具有競爭力的創新型高素質人才，提高和增強學生社會核心競爭力，必須堅持“注重基礎，拓寬知識，激發個性，強化技能，培養能力，提高素質”的育人指導思想，必須堅持“以人為本”的教學理念。開設設計性實驗是實驗教學改革、改變傳統教學模式、有效提高實驗教學質量、切實提升人才培養質量的重要舉措，是提高學生實驗技能、綜合素質和創新能力的有效途徑。開設設計性實驗的目的在于培養學生獨立的思維能力、嚴謹的科學態度、百折不撓的工作作風、相互協作的團隊精神和勇于開拓的創新意識，激發學生的主動性和創造性，使學生挖掘潛能、張揚個性、鍛煉意志、培養能力、提升素質；使教師轉變觀念、主動學習、更新知識，自我發展，不斷成長。

（三）實施過程

設計性實驗教學的基本流程是：動員準備和選擇課題——制定方案和修改論證——實驗操作和分析討論——論文匯報和成績評定。

1.動員準備和選擇課題

（1）學情調研。采用調查問卷、個別談話等方式通過電子郵箱、網絡教學平臺對學生的興趣、基礎、能力等進行較全面系統的專題調研，以便教師在實施設計性實驗教學中有的放矢地開展工作。

（2）動員準備。教師準備：一方面教師向學生闡明設計性實驗教學的總體思路，使學生明確思想，做好心理準備；另一方面教師給學生介紹資料查閱方法以及學科研究進展，激發學生興趣，引導學生廣泛搜集資料、查閱相關文獻，為選擇研究課題做一定的鋪墊。學生準備：按照設計性實驗的靈活、個性化原則，以學生為主體，學生自愿組成若干個課題研究小組，每組2～6人不等，由1名主持人負責組織管理。

（3）選擇課題。學生在查閱資料和準備充分的基礎上，根據教師科研項目或學生自己感興趣的研究方向進行選題。要求所選課題研究的目的明確，具有綜合訓練性；研究內容歸屬于微生物學實驗范疇，并力求貼近生產、生活實際和研究熱點。

2.制定方案和修改論證

（1）制定方案。學生根據確立的選題，按規定的格式提交科學規范的實驗項目設計書，闡明實驗研究的立論依據（研究目的和意義，國內外研究現狀，主要參考文獻等），提出研究方案（研究目標，主要研究內容，研究方法，技術路線，實驗方案，擬解決的關鍵問題，預期結果等），列出經費預算。

（2）修改論證。設計方案經組內多次討論修改后提交，并在開題答辯課堂上接受理論及實踐可行性等方面的評審，按師生提出的修改和補充意見進一步修改并定稿。

3.實驗操作和分析討論

（1）實驗操作。根據實驗設計，通過開放實驗室，學生以課題研究小組為單位自己動手準備實驗（配制藥品，選擇儀器設備），反復實踐，開展實驗研究。

（2）分析討論。通過實驗操作，觀察實驗現象，記錄實驗數據。遇到問題（實驗現象不明顯，數據可疑等）時，及時商討或與指導教師交流，師生間相互學習、相互切磋、相互啟發、相互激勵，綜合分析原因，提出解決辦法并采取相應的措施。實驗結束后，整理分析實驗數據，集體討論評價實驗結果，得出結論。

4.論文匯報和成績評定

（1）撰寫論文。以課題研究小組為單位共享實驗數據，但每人必須獨立完成實驗結果的分析及研究論文的撰寫。研究論文則按畢業論文的格式統一要求。

（2）總結匯報。由課題主持人（或代表）將研究成果以PPT形式在規定時間內向全體師生展示匯報，以課題研究小組為單位進行答辯，每位成員均有展示自我的機會。

（3）成績評定。設計性實驗成績以30%的比例計入到實驗總成績中，成績評定包括實驗設計、實驗過程、實驗數據、實驗論文等幾個方面。即實驗設計是否科學合理；實驗過程是否態度認真；實驗數據是否翔實可靠；實驗論文是否分析合理并格式規范。

（四）收獲和體會

1.促進學生綜合素質的全面提升

設計性實驗課程給學生提供了一個“無拘無束的自由發展的”的學習時空，學生成為教學真正的主體。通過設計性實驗的課題研究，學生對微生物學研究方法和實驗基本操作有了深刻的理解，對微生物學理論知識有了進一步印證，綜合素質得到了全面的提升。

（1）創新思維能力。在選題論證、分析討論過程中，學生們各抒己見，從不同角度分析和闡明自己的觀點，拓展了思維視角，通過集體討論交流，碰撞產生出智慧的火花，從而培養了學生的創新思維能力。

（2）文獻查閱能力。為確保實驗研究的順利進行，學生在設計實驗方案、實驗過程及論文寫作過程中，需要查閱大量相關的文獻資料或書籍，因而，鍛煉了學生的文獻查閱能力。

（3）動手操作能力。在完成設計性實驗課題研究的過程中，學生通過對多種實驗技術的綜合運用和反復實踐，強化了對微生物學基本實驗技能的掌握，提高動手操作能力。

（4）溝通交流能力。在設計性實驗中，通過小組內討論、師生間相互切磋以及實驗設計研究方案的開題、研究論文答辯匯報，提供給學生交流、匯報的平臺，有意識地強化學生溝通交流能力的訓練，提高了語言表達和與他人交流的能力。

（5）論文撰寫能力。在撰寫實驗項目設計書、實驗研究論文過程中，學生要對所查資料及所學知識進行提煉和總結，運用準確的書面語言描述現象、闡述觀點，學生基本了解和掌握了論文寫作的基本思路和要求，為畢業論文的寫作奠定了基礎。

（6）良好科學素質。設計性實驗研究存在很多未知和不確定性，為避免由主觀因素所導致的實驗失敗或重復操作，需要學生具有嚴謹的科學態度和堅忍不拔的意志品質。通過設計性實驗的開設，培養了學生獨立、認真、嚴謹的工作作風和實事求是的科學態度，提高了學生良好的科學素質。

（7）團隊協作精神。設計性實驗以研究小組為單位開展研究，小組每個成員的觀點、見解、能力不同，從實驗設計到實驗操作，從結果分析到論文答辯，需要分工合作，密切配合，營造了切磋研討、教學機會和氛圍。在這過程中，培養了學生合作意識、團隊意識、團隊精神，增強了學生的社會責任感。

2.促進教師的提高和發展

設計性實驗課程的開設使教師面臨新的挑戰，對教師的素質和能力提出了更高的要求。教師的變化主要體現在：

（1）觀念、角色的轉變。設計性實驗課程給學生創新思維和創造能力的展示提供了一個良好的平臺，學生真正成為教學主體，教師是學生學習活動的組織者、引導者；在設計性實驗教學過程中，學習成績不再是評價學生的主要依據，一些成績平平的學生或較差的學生卻嶄露頭角，從多元化角度發現學生、評價學生，改變了教師的人才觀和質量觀。

（2）師生關系的轉變。設計性實驗教學突出“以人為本”、“以學生能力培養為核心”的教學理念。在教學中，教師為學生提供服務、指導和管理，師生平等互助，共同成長和發展。

（3）促進教師轉型，追求卓越。在設計性實驗教學中，教師既是指導者、服務者、組織者，又是學習者，更要成為研究者。要有效地指導學生開展設計性實驗研究，教師必須具備扎實的專業知識和實驗技能功底，查閱文獻，及時了解最新的科研動態，不斷學習，更新知識，成為學習者；要有效地指導學生開展設計性實驗研究，教師必須了解學情，研究學生興趣、基礎、能力，研究教學規律，研究教學改革，成為研究者、專家。教師以教促學，學生以學促教，教學相長，師生共同提高，形成了良性循環。

三、結語

設計性實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的有效途徑，在提高學生的綜合素質方面發揮了重要作用，是現代教育的必然趨勢。實驗教學改革是一項長期的工作，只要我們堅持不斷探索和實踐，就一定能夠達到預期目標。

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