生命科學實驗教學中拔尖人才培養探索

張 霞， 曹 陽， 陳 峰， 林志新

(上海交通大學 生命科學技術學院 生命科學技術實驗教學中心， 上海 200240)

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生命科學實驗教學中拔尖人才培養探索

張 霞， 曹 陽， 陳 峰， 林志新

(上海交通大學 生命科學技術學院 生命科學技術實驗教學中心， 上海 200240)

在拔尖人才和精英教育培養的思想指導下，針對上海交通大學致遠學院連續4屆生命班學生，在生命科學的實驗教學中探索以素質能力培養為核心的拔尖人才實驗課程教學模式，培養學生具有整合知識、擅于合作、擅于發現、分析、解決問題等綜合科研能力。從以學習為中心的教學方式改革、課程目標的設定與監測手段改革、認識自己的學習模式、總結升華學習效果等方面做了各項探索，最后舉例分析拔尖人才培養模式下的案例。為我國高校拔尖人才培養在實驗課程教學中的具體方式做出大膽有益的嘗試。

生命科學； 實驗教學； 拔尖人才培養

0 引 言

生命科學是典型的以實驗為基礎的科學，在生命科學教學中，實驗教學承擔著舉足輕重的作用[1-2]。學生必須經過各種實驗技術的磨練，才有能力去完成畢業論文或更高層次研究。國際上生命科學實驗教學多以小班化實驗課程為主，以小組合作完成特定任務的方式進行，旨在培養學生的合作精神和動手能力，學生具有較大的發揮和創造空間，使學生實驗動手、合作創新等各方面的能力都可以得到提高[3-5]。

國內實驗課程教學是教師講課和指導，整個班級同時學習并完成某個實驗項目的模式。班級規模比較大，實驗課程的每個內容之間少有銜接，學生機械的完成既定實驗步驟并寫好實驗報告即可。在實驗教學中，學生的積極性、主動性、創新性和整合知識的能力都不能得以發揮和體現。

2010年上海交通大學致遠學院成立，學校提出了領袖型、創新性拔尖人才培養的要求，并實施了各項教學改革措施，對拔尖人才的培養做出有益嘗試[6]。致遠學院生命班，每屆班級人數在16～23人，是個模擬國際性小班化實驗課程教學模式的最佳機會。以拔尖人才培養和精英教育為指導思想[7-9]，經過4屆學生實驗課程的逐步改革和探索，采用以素質能力培養為核心的教學模式，讓學生成為積極主動的學習主體，要求學生設計和實施實驗內容，教師完全變為教學指導和輔助，在實驗教學中徹底改變傳統“教”與“學”的模式。學生經過鍛煉和培養，綜合實驗素質得到提高，科研探索能力得到培養。為精英化教育和拔尖人才培養，在實驗課程改革上探索科學有效的途徑。

1 以學習為中心的教學方式

把教師教學為中心的方式，變為學生要學、想學、積極學會為中心的方式[10-11]。這個模式轉變說起來容易，做起來卻有很大阻力，阻力來自學生和教師兩個方面。學生經過多年學習和考試模式的訓練，已經成為訓練有素的“被動”接受機器，很難明白這個改變對他們來說具體是怎樣執行的，并且由于學習習慣的力量，在較短的時間內不會接受和配合這種改變。老師方面需要徹底放手交給學生自己去做計劃、自己執行、自己組織團隊合作直至完成計劃的內容。這和傳統的教學有很大不同，給老師很大的挑戰，因為放開手的學生會遇到很多規定動作之外的問題，也是教師傳統教學過程中沒有遇到過的問題。教師需要切實認識“教學互長”這個觀念，才能理智、清晰、又游刃有余的處理各種情況。基于以學習為中心的教學方式，采取了以下具體的改革措施。

1.1 自主選擇部分實驗內容

實驗課程設置分為兩個階段，第一個階段，教師有兩個任務：① 通過三個統一必修基礎技能訓練內容，把課程中需要用到的儀器設備、操作技術等使每個學生都熟練掌握；② 介紹課程設計的實施流程，提供若干選擇實驗內容，每個內容附有相應介紹和學時數，每個學生根據自己興趣和需要選擇足夠學時的實驗內容，根據全班的選擇結果，請同學在不同實驗內容上尋找不同合作伙伴，共同制定實驗計劃和進度安排，并自主實施計劃。

經過改革使要學什么、要做什么成了學生自己掌控的事情，學生的積極性和參與度立刻得到了最大體現。學生們對于可以自由選擇實驗項目感到很新奇，每個人都按照自己的意愿選擇了符合學時的內容。在實驗項目進行過程中，同學們也更加投入和主動，從傳統教學的“要我學”徹底變成“我要學”模式。有的同學會在中途改變計劃，利用課余時間，增加學習新的實驗項目，最后班級大部分同學實際的學時數遠遠超過了課程計劃的32學時。在可選實驗內容中，實驗的難度和耗時情況是各不相同的，例如石蠟切片技術(前后約10 d)工作周期長，植物組織培養實驗的成功率低等。還有的實驗項目是創新的，實驗講義里沒有相關資料，需要同學自己查閱資料、制定計劃、安排時間、尋找合作伙伴等，結果，超過半數的學生會選擇這類有難度有挑戰的實驗項目。這些現象深刻的說明，當學生是學習的主人后，對自己的要求很高，具有主動學習的能力和動力、不懼困難、喜歡挑戰。

1.2 實驗內容的“零”起點

在實驗課程的設計上，采取了實驗內容的“零”起點的教學方式，這個措施極大提升了學生的科學研究素質。生物實驗往往需要教師準備大量的實驗材料、器械，甚至是把實驗前一部分做好，學生只做后面一部分，以保障實驗效果。這樣教學方式下的同學對實驗原理、步驟的理解往往只知其一不知其二，實驗條件略有變化就不知所措，無從下手。為了提高實驗課程的實際動手能力，自選實驗內容都是從“零”起點開始。所謂“零”起點實驗就是學生是從實驗準備開始，不再有已經配好的藥品、已處理好的材料、已調好的儀器設備。學生從采集、購買實驗材料開始，經歷實際科學研究的各種環節和步驟，在這一系列的經歷中，學生會遇到前所未有的困難，會經歷這樣那樣的“磨難”，必須逐個克服和解決所有的難題，才能完成實驗最終得到一個好的實驗結果。經過這樣實驗課程訓練的學生，就如同進行了多次科研能力的實訓，具有發現問題、分析問題、解決問題的能力。同時，合作能力也有了巨大提升，每個同學都認識和體會到一個人能力和時間是有限的，有一個良好的合作關系對于實際工作的推動和進展具有“事半功倍”的效果，這一點在所有同學的總結匯報中都反復提到。

1.3 設立實驗室預約和開放制度

由于實驗課程的學習由統一內容變為“個性化”內容，在實驗室的使用和時間安排上就需要一個更加靈活的管理方式，實驗室預約和開放成為相配套的保障措施[12-13]。原則上學生必須利用實驗課程的上課時間來完成實驗，只有個別步驟和項目需要其他的時間來使用實驗室。需要設置一個助教負責接收預約和管理實驗室，學生用郵件、電話的方式向助教提出申請，助教根據預約的人數和實驗項目內容，每周確定一個或多個開放時間段，來滿足學生的需求。

2 課程目標的設定和監測

課程目標的設定在教學中具有很重要的意義，是教師教學和學生學習活動的實現目標。課程目標用詞含糊、不可測量或者無法監測都會引起指導教學和學生學習的誤解，成為教學的盲區和漏洞。因此，課程目標必須客觀、明確、具體、可測量，并設置相關檢測手段監測課程目標的實施效果。

例如“普通生物學實驗”課程目標為：針對生命科學及相關專業的學生，教學定位重在生物學實驗基礎技能的訓練、學生實驗能力、素質、習慣的培養，實驗內容涵括生物學基礎的經典內容，為學生進入生命科學相關專業的學習打好基礎，做好專業學習的總動員。學生通過學習該課程后，在思想、知識、操作技術和應用能力等方面應達到專業基礎的水準。

以上課程目標中有針對的具體教學對象，但課程的內容含糊。看到這個課程目標，不同的教師會有不同的理解和操作，執行起來可能是選擇各不相同的內容，而且對同一個內容的學習程度也會不同；另外，關于“專業基礎水準”定義的不同理解，可以理解為學生熟練掌握或者初步學會某些實驗技術。有經驗的教師和新教師在把握和執行這個課程目標上可能會有極大的差異。

對上述課程目標進行具體化，修改為：針對生命科學及相關專業的學生，訓練學生生物學實驗基礎實驗能力、素質和習慣的養成，學會使用多種顯微設備；能夠配制各種染液、培養基，學會無菌操作及各種器材的滅菌技術；學會動物、植物、微生物等實驗材料的采集、觀察、解剖和研究；學會簡易生物制片技術、石蠟切片技術；能夠進行初級植物細胞組織培養操作等。學生達到上述要求后，就在思想、知識、操作技術和應用能力等方面達到專業基礎的水準。

修改后的課程目標明確、內容具體，對“專業基礎水準”有了一個明確定義，大大減少了理解和執行的差異，對于教師和學生來說，都是可以準確執行的目標。更重要的是這個課程目標是可以檢測的，學生的綜合能力可以通過設計一到多個考核實驗來檢測[14]，如設計一個可以運用到大部分實驗操作的綜合考核項目，然后在規定時間內合作完成，根據實驗過程和結果可以評價學生的“專業基礎水準”是否達標。例如：考核內容為2 h內完成植物細胞組培苗的快速繁殖，需要學生4～6人合作配置MS培養基、分裝、滅菌、無菌操作、快速切繁等系列操作。再如：考核內容為1周內完成小鼠腎臟HE石蠟切片，需要4～6人合作從小鼠解剖、取腎臟固定、包埋、切片、染液配制、染色封片等系列操作。

課程目標的設定在教學開始就應該向學生說明，相對應的考核監測手段也需要同時說明，這樣學生的學習將有的放矢，知道自己需要達到的專業水準要求，也會更加嚴格的要求自己。

3 認識自己的學習模式、總結升華學習效果

人的學習模式各不相同，這與人的性格、環境、遺傳因素等都有密切關系。有人偏重視覺、聽覺學習，有人傾向讀寫學習，有人直覺感知事物、有人則理性分析才能接受，有人善于主動學習、有人在被動接受下得到有效知識，有人瀏覽全局就洞曉細枝末節、有人則必須通過動手實踐才能真正學會[15]。所以很有必要讓每個學生在開始學習之前對自己的學習模式有個認識，借助各種測試問卷，交叉測試，最終對自己的認知模式有個較為詳細全面的了解，并由此指導自己的學習和生活。

在實際操作中可以利用課程網站，建立一個學習模式的自測題庫，同時鏈接多個相關認知模式測試網站，要求學生在規定的時間內完成自測，并對自己的學習模式做個簡單的認知。然后要求學生把自己的學習模式應用到這個學期的各種科目學習中。

中國現有的教育體制和教學方式傾向于篩選視聽讀寫類學習者，因此大部分進入高等學府能夠接受高等教育的學生在視聽直覺學習方面都很有優勢。在這個測試和應用過程中，接受測試的學生有半數是屬于各種能力較為平均的類型，他們沒有特別突出的接受新事物的方式，他們擅長聽、看學習，善于應對各種考試。這類學生理論課程的學習將會順風順水，但實驗實踐類課程將暴露出他們的一些缺陷，比如有學生理論知識很淵博，卻很難與實踐操作相聯系起來，形成典型的“眼高手低”類型，有人實驗可以順利完成但不能舉一反三，觸類旁通。造成這類情況的是現有考試和學習監測手段的不健全，學生從小沒有在觸覺學習和實踐學習上有引導教育和監測手段所致，而大學里很多學科是實踐類的，這使部分學生處于磨合適應的狀態，對于學習模式各項平均的學生，經過磨合期可以較快適應大學的實驗課程教育，而在觸覺學習上有缺陷的學生就將造成很大的學習困難。當然，也有各種學習能力都很高的學生，占據所測試學生的極小比例，這類學生基本不需要花費老師過多心思，他們能夠極其高效的接受任何教學方式，并很快脫穎而出。從他們的角度講，現有的拔尖人才教育可能還是不能滿足他們的求學需求。從人的認知角度看，這類學生依靠天賦敏銳和自成一體的自學方式，自覺主動斬獲他們所需要的知識，這也可以通過學習模式測試來認識自己，并更好的利用自己的優勢，在未來的科研之路上勇往直前。

經過學習模式交叉測試和一段時間的實踐檢測，每個人都會對自己的學習模式有個較為真實客觀的認識，課程的結束階段需要每個人對自己學習模式的“揚長避短”和“彌補缺陷”的應用有個認識總結，這是不一個可或缺的學習升華[16]。以便真實明白自己的短處和長處，更好應對今后的學習生活。最終的口頭匯報交流是必須的，每個學生把自己一學期的成果和感受總結提升，用幾分鐘時間跟老師同學交流，再由同學、老師、助教評價和總結他的優勢和利用自身優勢的最佳途徑，這對整個班級都是一個相互學習促進的機會。很多學生可以從別人身上看到自己的優勢，更可以學到怎樣發揮自己的長處，利用自身優勢，彌補自身缺陷，取得最佳學習的效果。

4 案例分析

12級徐慶濤同學經過一個學期的生物學導論實驗學習后，總體感覺自己花了大量的精力卻嘗遍各種失敗的苦果，課程結束的這個總結，他以為自己會是一種沮喪而挫敗的感受。他統計了全班同學每個實驗的成敗情況，逐一分析了失敗的原因，備注上自己的分析總結和心得體會，再附上自己整理的實驗照片。當完成這份總結后，成就感油然而生，他突然意識到也許實驗的成敗并不重要，重要的是自己經歷的這個過程。他最后的結語深刻的反應出他感受的升華，他說：“這終究是一次嘗試，失敗亦是一種成功，不敢說自己在這門實驗中完成得多好，卻敢說在這門實驗中投入了前所未有熱情，經歷就是一切，是一份獨特的質量。”最后，他希望這份總結可以留在課程網站上，以備學弟學妹參考提高。

就這個案例再進一步分析，徐慶濤雖不是班干部，卻具備人群中天然領導者能力的學生。在同學們第一次接觸自己選擇實驗內容、自己組織合作關系、全程完成自己規劃任務的現場，基本所有學生第一反應都是茫然無措，學生們多年的學習習慣是由老師掌控全局的，而自己作為主導顯然很不適應，甚至不明就里。有人發呆，有人急忙看書查資料，有人跑來咨詢老師，也有人向老師抗議表示不知該干什么。徐慶濤是最先明了局勢，并立刻做出反應，很快給同學分組分工，把慌亂的現場很快變成有條不紊的實驗進程，同學們都很愉快地服從他的安排，并高效運作起來。在隨后的實驗中，同學們也就明了自己的任務和工作，方向明確地合作或者獨立推進實驗了。這樣的全局觀和領導力是徐慶濤的最大優勢，他的缺點是不夠細致和耐心，這也是導致自己的實驗歷經失敗的原因之一。從培養領袖型、創新型人才的角度出發，這個實驗課程給了他充分發揮自己優勢的空間，再經過最后的總結，讓他的目光不只是局限在自己的缺點和失敗上，而是感受到自己的經歷和成長也是“一份獨特的質量”。這也許是拔尖人才培養體制留給每個學生最大的一筆財富。

5 結 語

歷經4屆致遠學院生命班的生物實驗課程的拔尖人才培養改革后，以上的各項措施都得以有效實施并取得良好教學效果。這種拔尖人才在實驗教學中的模式是否可以適合推廣應用于普通學生的實驗教學，將是下一步值得研究探索的課題。

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Exploration of Top-notch Talent Training of Life Science Experiment Teaching

ZHANGXia,CAOYang,CHENFeng,LINZhi-xin

(Center of Experimental Teaching，School of Life Sciences and Biotechnology，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China)

Under the guidance of the thought of top talents training and elite education, aiming at 4 grades the life class of Zhiyuan School in Shanghai Jiao Tong University, using character building education as the core of the teaching mode in life science perimental course, we cultivate students within tegrated knowledge, good cooperation, good at finding, analyzing, solving problems of comprehensive scientific research ability. The paper deals with the learning centered way of teaching reform, curriculum goal setting and monitoring, discusses the mode of learning, and summarizes the learning effect, and other aspects of the sublimation of the reform. It analyzes a case in the training mode of more comprehensive talents. The practice makes a bold and beneficial attempt for top talents training in higher education in the experiment teaching.

life science; experiment teaching； top talents training

2015-04-10

2012、1013年上海交通大學教學發展中心985教學研究項目(B1207024，B2130608)

張 霞(1974-)，女，寧夏銀川人，博士，高級實驗師，研究方向：基礎生物學實驗教學研究，海洋共生微生物多樣性生態學研究。Tel.：021-34204389；E-mail：irisette@sjtu.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)02-0143-04