基于師范專業人才培養的生物實驗教學改革與實踐

王鐵峰，程 華，李 妮，牛亞玲，潘軼男，王麗媛，陳福忠

（1.白城師范學院 生命科學學院，吉林 白城 137000；2.白城市第十四中學，吉林 白城 137000；3.大安市第一中學，吉林 大安 131300）

0 引言

師范專業人才是能將專業知識和技能應用于所從事的教學實踐活動的一種專門的人才類型［1］.實驗教學是指學生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現象的變化中獲得新知識或驗證已學知識的一種教學形式.實驗教學的主要目的是檢驗或發展理論，探索新的事物［2］，它既可使學生加深對理論知識的理解，又能增強學生的觀察、實踐操作以及創造能力，故而實驗教學是培養師范專業人才重要的教學環節，如何培養師范專業人才是目前師范專業本科院校教學研究的熱點［3-5］.本文結合白城師范學院生物科學專業實驗教學的實際情況，在分析目前實驗教學現狀的基礎上揭示其存在的問題，根據社會對師范專業人才知識、能力、素質的要求［6-7］，著眼于服務地方教育事業，以專業實驗教學優化整合為核心，重新構建實驗教學內容體系，實驗教學過程嘗試相應的舉措，其宗旨是為師范專業人才培養探索一條有效的途徑.

1 生物科學專業實驗教學存在的問題

師范專業人才培養應圍繞 “培養什么人，怎樣培養人” 展開，實驗教學是理論與實踐、知識與能力相結合，是鍛煉學生科學思維、培養學生應用能力、孕育學生創新意識的重要教學環節之一.白城師范學院生物科學專業實驗教學存在的問題主要表現在以下幾個方面.

1.1 實驗教學內容與社會需求不相宜

依據培養方案、教學大綱和學科實驗教材內容，一般仍按學科單一設置實驗課，使各學科實驗內容相互孤立、分散、重復、缺乏系統性，故基于理論教學的實驗教學內容無法實現以專業為基礎的連貫性和系統性，脫離了社會、教育、生活實際的需求，滯后于科學技術的飛速發展，也與師范專業人才培養宗旨相悖.

1.2 實驗項目類型與提升創新意識不相符

實驗教材仍然維持以往的內容體系，各學科還在延續常規的實驗，大多在不同程度上是理論教學的輔助內容和手段，即根據教學大綱，結合實驗指導書列出的實驗題目完成實驗教學任務，使其實驗內容和實驗技術的傳授存在較大的缺欠.表現在基礎性實驗、驗證性實驗多，綜合性、設計性和創新性的實驗少，不利于培養創新型人才.

1.3 實驗教學方法與能力培養不協調

實驗教學方法多采用的是講授法和練習法相結合，首先，教師通過口頭敘述向學生介紹實驗內容的原理和目的，詳細講解操作要點、注意事項和重點、難點等問題，引導學生明確實驗流程；然后學生分組進行實際操作，教師給予適當的指導，在此過程中學生掌握了操作要領，學會了操作程序，但其只注重了教師的主導作用，學生只是學會了純粹的模仿，教師沒有考慮培養學生主動學習的能力，沒有為學生創造良好的個人發展空間，達不到訓練學生實際應用和分析、解決問題的能力.

1.4 實驗教學方式與崗位對接不匹配

實驗教學方式還是按照課程計劃學時進行實驗，即在規定的時間和地點完成實驗教學內容，一般是隨著學科理論教學的進度而進行，由于時間和地點的限制，多數實驗是教師事先完成實驗流程的前幾個操作步驟，然后有選擇地選取實驗流程的最后幾個步驟由學生自行完成，目的是讓學生看到實驗結果，便于完成實驗報告，獲得的只是對實驗內容的一知半解，學生無法體驗實際教學崗位所要面臨的師生互動探討的教學環境.而教師崗位從事的多為正規的實驗教學項目，要求為師者對基礎實驗過程及原理的明確掌握和對所遇到問題的實際解決能力，所以，這種教學方式達到的效果與教師工作崗位銜接不上.

2 生物科學專業實驗教學內容體系的構建

從系統工程的角度出發，為使學生獲得縱橫融匯的生物學知識，增強與社會發展相適應的專業技能，對生物化學、微生物學、遺傳學、分子生物學及基因工程五門課程進行整合，打破按學科教學的限制，在系統分析五門課程實驗教學內容的基礎上，建立整體的實驗教學體系.將所有實驗分層次遞進展開，即劃分為學科知識獲取與基本技能實驗、綜合與設計實驗、實踐項目與創新性實驗三個層次.

2.1 學科知識獲取與基本技能實驗

為強化學科基礎理論及專業基本技能，按學科理論課知識學習的需要及實驗教學要觸及的常規儀器使用設置實驗.對于難以講解和描述的現象、規律、原理或基本概念，學生通過觀察實驗，利用多種感官直接感知事物本身，增強直接經驗，獲得生動表象，以此作為形成概念、理解原理、掌握規律的依據［8］.同時，還包括培訓學生對儀器設備的實際應用能力，熟練掌握常規儀器設備在實驗中的正確操作規程和操作中的注意事項，清楚實驗操作的基本流程，掌握相關的操作技能.這一過程對于幫助學生深入理解、鞏固生物學知識，提高學生觀察、理論聯系實際及生物學實驗技能可起到事半功倍的作用，為后續更高層次的實驗奠定基礎.

2.2 綜合與設計性實驗

綜合性實驗體現的是實驗內容、方法、手段的綜合，分為學科內綜合性實驗與學科間綜合性實驗.學科內綜合性實驗的設計以系統性為原則，呈現出實驗內容與技術的連續性和整體性，例如，微生物實驗開設的 “細菌生長曲線的測定” ，實驗內容包括細菌的培養和菌量的測定；實驗技術和方法包括液體培養基的配制，滅菌、無菌操作、接種技術，分光光度法濃度測定技術、細菌生長曲線的繪制等.學科間的綜合性實驗是從學科的特點和交叉聯系出發，優化整合設計出以基因工程實驗為核心、有機地融合多學科的綜合性實驗.例如： “目的基因克隆、載體構建及向細菌轉化” 實驗項目，內容包括基因擴增、目的基因與載體構建重組DNA 分子及重組DNA 導入細菌，實驗技術和方法包括PCR 技術、大腸桿菌的培養，質粒DNA 提取，限制性內切酶酶切、構建重組DNA、大腸桿菌感受態細胞制備、細菌的轉化和篩選陽性克隆等，涉及的學科知識包括微生物學、生物化學、遺傳學、分子生物學和基因工程等.綜合性實驗既可使學生明確學科內各章節知識及學科間知識的相互聯系，也利于學生對知識的進一步理解與升華，更好地掌握生物學知識的要點，同時，使學生獲得了多技能跨學科的綜合訓練，對專業知識上升到全面系統且融會貫通的認識，熟悉專業實驗的方法、步驟和技巧.具備綜合實驗素質的學生根據教師設定的實驗目的、要求，給定的實驗條件，進一步自行設計實驗方案，選擇實驗方法，擬定實驗程序，獨立進行操作并得出實驗結果.設計性實驗可培養學生綜合多門學科知識、多個實驗原理、多項實驗技術、多種實驗方法設計實驗方案的能力，充分展現學生自己的專業技能，調動學生參與實驗的積極性和主動性，增強學生充分運用擁有的專業知識發現問題、分析問題和解決問題的能力.

2.3 實踐項目與創新性實驗

現今的中小學用人單位對畢業生的要求越來越高，就業者既要有扎實的基礎理論、寬口徑的學科知識，又要具備實實在在的課堂教學和實踐能力，能學以致用、解決實際問題.用人單位特別看重學生的項目實踐或實習經歷，所以，針對生物科學專業的特點，分析未來職業崗位必需的知識結構與能力結構，遵從行業標準和教育教學實際要求，通過校校聯合營造實際教學背景或模仿教學環境擬定實驗項目，項目的選擇以實際教學崗位需求為目標，強調理論和技能的結合.例如，白城師范學院與當地一些中學建立了校校合作，根據中學生物實踐教學所對應的專業知識需求擬定實驗項目，如 “蛋白質的提取與純化分離” ，應用的相關技術包括離心技術、層析技術、液相色譜技術和電泳技術等，項目的實施過程是以模擬實際對象為背景，注重培養學生在模仿教學環境下綜合運用生物學知識、技術設計和解決實際問題的能力，增強知識的綜合運用能力.同時，結合創新教育挖掘學生潛力，使其具備可持續發展的素質，實現知識與技能的持續更新.學院憑借專業背景營建創新教育環境，與當地林科院建立學研合作，將理論研究融入本科實驗教學開展創新性實驗，例如 “花卉類植物化學誘變突變體的篩選及鑒定” ，依據花卉市場品種的需求，確立誘變的花卉種類與品種，運用遺傳學知識，根據化學誘變劑作用的特點，選擇適宜的誘變方法，以研究花卉類植物的遺傳變異為目的，從不同層次、不同角度、不同環節提高學生的科學思維與研究素質，逐步形成創新意識.創新的終極目標是為社會提供可持續發展的、自學能力強，不斷適應社會教育新形勢需要的教學人才.

3 生物科學專業實驗教學過程的組織與實施

基于新的教學理念，結合實驗教學內容的總體構想，針對不同層次的實驗采取相應的教學方式.

3.1 驗證性實驗與意義建構實驗相結合

學科知識獲取與基本技能實驗主要是有針對性地理解生物學的某一基本理論和基礎知識、掌握生物學的基本技能，實驗教學時程短，其內容由各學科實驗教學分擔完成，這部分實驗既可以是驗證性實驗，也可以是意義建構性實驗，在驗證性實驗中不斷強化基本技能的訓練，使學生對實驗操作規程與操作技能打下深深的烙印，從而掌握基本實驗技能.意義建構實驗是指學生通過實驗親身經歷的探討過程獲取學科知識［9］，其目的是讓學生通過各學科所特有的視角，形成對生物界的基本認識，了解人們認識和形成生物學基本理論、基礎知識的探索過程和方法.意義建構性實驗實施過程采取的措施：（1）課前布置學生完成實驗的預習報告，包括實驗目的和要求、實驗原理、實驗方法與步驟、實驗結束需觀察的現象或數據、預習遇到的問題；（2）以實驗小組為單位選出一名代表講解實驗流程、實驗過程需要解決的難題，實驗結果要獲取的基本理論和基礎知識，教師針對學生代表的發言，指出實驗過程的關鍵步驟及操作過程的注意事項，使學生明確實驗的全部過程；（3）實驗結束各小組提供觀察結果或實驗數據及結論，綜合全班的實驗結果及結論，建構本實驗要闡明的概念和規律，將感性認識上升到理論的高度.

3.2 自主合作與教師引導相結合

綜合與設計性實驗是以綜合專業相關知識，鍛煉思考、分析、解決問題的本領，培養學生創新思維和實際動手能力為目的.實驗教學時程偏長，故需要開放式實驗教學模式.綜合性實驗首先教師講解實驗題目相關的文獻資料及查閱方法，學生根據查閱的資料歸納實驗相關的研究綜述，明確相關的理論知識、實驗方法和手段，清楚重點和難點，經過匯總教師和學生共同的討論結果，盡可能確定兩種或兩種以上的實驗方法和手段，不同方法和手段的實驗分組進行，實驗結束由學生討論相關的理論知識在實驗中如何得到應用，不同方法和手段獲得的實驗結果進行比較，從中分析實驗方法對實驗結果的影響、各實驗方法的優缺點等.經過綜合性和意義建構性實驗訓練后，學生基本具備了綜合能力和自主學習的能力，設計性實驗的各環節包括實驗前的準備（方案的制定、方法的確立、試劑的配制、材料的處理、使用儀器的配置和調試）、實驗過程的操作、實驗結果的觀察與分析均由學生自行分組完成.此過程是以學生為主體，教師不過多干涉學生的設計和實驗，教師主要是引導學生獨立思考，激發學生的求知欲，鼓勵學生提出新觀點和新思路，敢于使用新方法，幫助學生分析和解決實驗中遇到的問題，掌控實驗進度，確保實驗按時完成.

3.3 模擬、見習與科學探究相結合

實踐項目與創新性實驗是將生物學知識與技能遷移到教育教學實際應用的過程中，實驗教學時程很長，主要以開放式實驗教學形式進行.實踐項目的基本操作為：（1）組織學生事先到地方相關中小學調研，全面了解學生未來職業崗位面臨的工作任務；（2）根據工作崗位的實際需求，結合學校現有的實驗條件，學生申報實驗教學項目；（3）教師組織評審小組，對學生申報的項目討論審定，項目盡量設置多個；（4）學生按自己的特長愛好選擇實驗項目，相同實驗項目為一組，就選擇的實驗項目仿照工作狀態，進一步制定詳細的實施方案；（5）依據實驗項目內容各組配備相應的指導教師，實施方案經過指導教師終極審閱，學生以項目為單位獨立完成；（6）展示實驗項目成果，提供規范的實驗項目成果報告；（7）實驗室無條件模擬環境進行的實驗教學項目，組織學生到相關中學實地見習，其流程由中學生物教師進行全面、系統、詳細的講解與操作；（8）事后組織學生交流見習收獲，書寫見習報告上交.創新性實驗是根據當地教育發展的需求，選擇亟待解決的問題，引導學生組成團隊申請應用研究立項，或引入教師科研項目，將其與本科畢業論文相結合，每個學生在團隊或教師科研項目中選定自己要研究的核心內容，教師在把握好難易度及確保其準確性的基礎上，確定本科論文題目.依照學校本科畢業論文工作的實施細則，參照參考文獻［10］的方式方法，輔導學生完成開題報告.在畢業論文實驗進程中，適時與學生見面了解進度情況，與學生交流討論、答疑，解決理論上的難點和實驗的關鍵性技術.實驗結束后，指導學生撰寫本科畢業論文，督促學生整理畢業論文全部材料，根據學生的學習態度、實際專業技能、畢業論文質量及其應用價值等提出建議和意見，協助答辯小組預審學生答辯資格，對學生的畢業論文客觀公正地寫出評語、給出評定成績.

4 結語

基于師范專業人才培養的生物實驗教學改革，我們進行了初步的探索，在具體操作與實施過程中還面臨一些問題，包括：（1）新實驗教學體系波及的學科多、內容廣，需要統籌規劃；（2）新實驗教學體系實驗項目類型豐富，需要的實驗場所、儀器設備等硬件條件高，需要逐漸完善；（3）新實驗教學體系主要培養以能力為本、具有創新精神的高素質師范專業人才，實驗項目經常要更新，需要教師不斷汲取新知識，提高新技能；（4）新實驗教學體系最重要的是與學生未來工作崗位對接的環節，需要我們時刻關注相關院校教學內容的更新，了解社會對師范專業人才的新要求并及時做出教學改革.總之，師范專業人才培養是一項長期的工作任務，它將隨著社會與科技的發展無止境地繼續探索.