基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“生理科學實驗”課程教學模式的探索與實施

楊曉華 高宏敬 張雷

[ 作者簡介 ]

楊曉華，女，河北懷來人，張家口學院，實驗師，本科，研究方向：生理學實驗。

高宏敬，女，河北張家口人，張家口學院，實驗師，本科，研究方向：醫(yī)學實驗。

張雷，男，河北懷來人，張家口學院，實驗師，本科，研究方向：解剖學實驗。

[ 摘要 ]

高等教育“生理科學實驗”的目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力?！吧砜茖W實驗”旨在培養(yǎng)高素質、創(chuàng)新型人才，結合跨學科的理論和實驗研究方法，設計包括基礎體驗、綜合體驗和創(chuàng)新體驗，結合多層次的學習內容，取得了良好的效果。

[ 關鍵詞 ]

創(chuàng)新能力;生理科學實驗;教學

“生理科學實驗”是生理學課程的重要組成部分，大多數生理學知識是通過實驗室研究和臨床實踐獲得的，是基礎醫(yī)學與臨床項目之間的重要聯系。近年來，我國教育將傳統體驗、創(chuàng)新體驗和虛擬體驗相結合，培養(yǎng)學生發(fā)現問題的能力，特別注重科學思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1 創(chuàng)新的內涵和作用

創(chuàng)新是一種不同于傳統思維的思維方式，它利用已有的知識和材料，在特定的條件下改進或創(chuàng)造新的元素，并產生一些有用的結果。它包含三個層次的含義：第一，更新;第二，創(chuàng)造新的東西;第三，改變。創(chuàng)新能力是指創(chuàng)造性地解決問題，兼顧具體目標和能力。創(chuàng)新能力包括創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新技能等，是一種思維方式，它可以創(chuàng)造性地、獨特地解決問題，提供獨特的解決方案，并產生新的、有意義的結果。從社會發(fā)展和個人生活的角度來看，創(chuàng)新意識就是人們愿意創(chuàng)造一些前所未有的東西。創(chuàng)新意識具有創(chuàng)新性、社會性和個性特征，創(chuàng)新精神是放棄舊觀念，創(chuàng)造新事物的精神，要有高度的使命感和責任感，創(chuàng)新精神是培養(yǎng)人的思維、意識和創(chuàng)新潛能的重要保證，創(chuàng)新能力是指利用技術和創(chuàng)新成果進行信息處理、實際操作和思想表達的能力。國際競爭的關鍵是創(chuàng)新理念的競爭，中國經濟發(fā)展的關鍵突破是創(chuàng)新發(fā)展和建設。發(fā)展和深化改革，注重現代經濟體系創(chuàng)新發(fā)展，為青年學生創(chuàng)造知識結構和創(chuàng)新能力，是國家富強和人才強國的一項科教戰(zhàn)略舉措，提高現代學生的創(chuàng)新意識是我們的歷史任務。因此，培養(yǎng)現代學生的創(chuàng)造力是我國教育發(fā)展中亟待解決的現實問題。

2 生理科學實驗教學與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關系

“生理科學實驗”的經驗不僅可以補充和確認理論，而且是學生獲取知識的主要手段?！吧砜茖W實驗”也是學生建立理論聯系、掌握基本技術以及提高科學思維、分析和創(chuàng)新能力的有效途徑。與理論訓練相比，實驗訓練更具實踐性、綜合性和創(chuàng)新性，對于提高教育質量和學生的創(chuàng)新能力具有重要作用。因此，為了發(fā)展醫(yī)療，有必要建立符合發(fā)展目標的實驗培訓課程體系。

3 課程教學設計

3.1 課程教學目標

“生理科學實驗”是一門獨立的實驗課程，旨在將生理學、病理和藥理學實驗分離和融合，是醫(yī)科學生的必修課。高校要適應醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展需要，以能力、科學、道德為導向，生理科學實驗是跨學科的理論知識和實驗研究方法。從醫(yī)學研究的基礎出發(fā)，開展創(chuàng)新實驗項目，培養(yǎng)學生的科學實踐能力和創(chuàng)新能力。

3.2 課程架構

實驗課是強化和綜合運用理論知識，培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要工具。包括課程、實驗教材、總體規(guī)劃和醫(yī)學研究的基本理論和基本技能，培養(yǎng)綜合實驗的基本知識和技能，加強科學研究，實施自主創(chuàng)新試點項目，逐步建立多層次、系統的培養(yǎng)體系，培養(yǎng)學生的科學、實踐和創(chuàng)新能力。

3.3 教學內容與教學設計

“生理科學實驗”包括基礎理論、虛擬實驗、基礎實驗、綜合實驗和自主創(chuàng)新實驗五個部分。基本理論描述了科學研究、實證設計、數據統計、論文、動物和動物實驗的原理，以及使用常規(guī)儀器作為基礎進行基礎性、綜合性和創(chuàng)新性實驗。生理科學實驗可由52名學生在網絡仿真系統上完成，主要內容包括基礎實驗、綜合實驗和自主創(chuàng)新實驗。實驗自主創(chuàng)新項目由學生自主設計。

4 課程教學模式

4.1 基礎性實驗、綜合性實驗的教學模式

培訓資源和在線培訓平臺采用興趣、壓力和成績相結合、在線教學、課堂教學和現場實驗相結合的混合教學模式，開展基礎實驗和綜合實驗。

4.1.1 課前在線自主學習。每個實驗項目的在線課程，讓學生通過自主學習理論、方法和實驗技術來解決問題，并制定實驗解決方案和實驗操作流程來解決壓力引起的問題。

4.1.2 翻轉課堂討論和現場自主實驗。在課堂上，學生首先對理論和實踐知識進行實驗，然后在實驗前舉行研討會，討論結束后，學生根據提出的實驗項目進行現場獨立實驗。實驗結束后，對實驗結果進行統計分析，并對實驗結果、機理及存在的問題進行探討。

4.1.3 課后知識深層內化。課下，學生進一步分析實驗結果，并準備單獨的實驗報告，加深知識。實驗報告是研究材料的一種形式，由關鍵詞、文本和參考文獻三部分組成。

4.2 自主創(chuàng)新實驗的教學模式

學生創(chuàng)造力的發(fā)展是復雜進化理論、課程理論和早期綜合實驗學習的基礎，使學生能夠掌握基本知識和技能以及教授的創(chuàng)新實驗指導，發(fā)揮主導作用，并提供醫(yī)學材料基礎研究和先進研究領域的信息。通過獨立文獻和實驗設計，小組學生完成創(chuàng)新實驗申請和項目小組競賽，確定課堂上有1～2個重大項目，由班主任監(jiān)督和實施。本課題組的國防項目是獨立完成和學習的，該過程包括醫(yī)學研究課題準備、項目準備、實施、答辯和研究工作的全過程。

5 生理科學實驗培養(yǎng)創(chuàng)新能力的要點

5.1 在實驗教學中培養(yǎng)創(chuàng)新人才

創(chuàng)新教育的主要目標是培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力，它體現在教師的教學中。關鍵不是教學生做什么，而是讓他們知道如何思考，既要向學生傳授知識，又要激發(fā)他們的思維;在經驗中，教師要感受和理解知識形成和發(fā)展的過程，用研究理論解決實際問題，培養(yǎng)獨立思考和實踐的新的科學精神。除培養(yǎng)學生的基礎知識外，更重要的是要關注在過去的工作中遇到的新挑戰(zhàn)、新領域、新成果和創(chuàng)新。在某種程度上，科學的發(fā)展與創(chuàng)新的潛力是密不可分的，因此優(yōu)化教學內容，更新教學方法，理論聯系實際，提高學生的創(chuàng)新能力是實驗教學的指導原則。

5.2 激發(fā)學生科研興趣，啟發(fā)學生創(chuàng)新思維

在此之前，大多數學生不能將理論知識與科學實踐有機地結合起來，失去了對科學研究的興趣和實踐創(chuàng)新意識。興趣是最好的老師，所以對于教師來說，如何使學生對科學研究產生興趣，并正確引導學生發(fā)展是一個非常重要和困難的問題。研究小組定期就學生的課題交換信息，并以報告的形式提供給研究小組，以鼓勵學生對研究活動感興趣，并幫助他們了解研究活動與未來研究和工作之間的意義和不可預知的聯系。根據“人才培養(yǎng)與創(chuàng)新論壇”的理念，讓學生熟悉“人才培養(yǎng)與創(chuàng)新論壇”的內容和方法，學習科研項目和前景，利用科研成果了解社會經濟科學的研究價值，激發(fā)學生科研興趣，促進學生創(chuàng)新思維。當學生對科學研究產生興趣時，他們就會積極地研究、實踐、創(chuàng)新，在研究、實踐、創(chuàng)新的過程中產生快樂的情感和體驗，從而開展科學研究，享受科學研究。

5.3 鼓勵學生盡早參與科研，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維

傳統的教學更注重理論知識和實踐技能，而實驗則更注重基礎的認證培訓和示范實驗。在開展實驗時，實驗材料是由試點項目的教師制作的，大多數學生完成實驗并書寫實驗報告，但沒有仔細考慮實驗的每一步，只是單純做實驗，這樣的實驗課不能激發(fā)學生的創(chuàng)造力。一些學校甚至沒有實驗課程，這意味著大多數學生缺乏創(chuàng)造潛力的機會。如果學生已經掌握了基本的實驗技能，教師要進一步提高學生在實驗中獨立思考的能力，喚醒學生對科學研究的興趣，發(fā)展他們的創(chuàng)造力。為了開展生物學研究，學生要以實驗組的形式選擇課題，通過圖書館和互聯網查閱文獻，制定實驗程序，并在實驗課程中逐步優(yōu)化實驗項目，在此過程中，學生應有效利用網絡資源，注重創(chuàng)新和思考。只有這樣，學生才能在未來的工作或研究中及時、獨立地獲得許多新的知識和技能，從而提高自主學習能力。對于科學研究來說，重要的是科學基礎，它在很大程度上決定了科學工作的價值，因此培養(yǎng)學生的科研能力顯得尤為重要。

6 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“生理科學實驗”課程教學措施

6.1 在傳統實驗中注重動手能力、團隊合作精神及解決問題能力的培養(yǎng)

傳統實驗包括基礎生理實驗和復雜生理實驗，在傳統的實驗中，實驗的元素和內容由負責準備實驗材料的教師確定，并將學生分成小組，實驗教師指導學生在規(guī)定的時間內按照計劃的步驟完成實驗，通過基礎實驗的設計，使學生能夠更好地理解基礎理論知識，學習常用實驗工具的使用方法，掌握基礎生理實驗的操作技能，為今后進行復雜、創(chuàng)新的實驗奠定基礎，加強學生的綜合實驗技能，確保學生能夠充分運用基礎實驗技術提高知識的綜合應用能力。綜合實驗項目和內容仍由有經驗的教師確定。通過實驗教學，學生的實驗技能得到了加強，合作意識、集體主義意識和責任感也得到了提高。該實驗提高了學生的理論知識，提高了學生對生理和課程的興趣，提高了學生發(fā)現問題、分析問題和解決問題的能力。

6.2 應用虛擬實驗有助于學生擴大視野，開拓思路，彌補實驗條件的不足

為提高生理科學實驗的教學效率，教師可以在課程中引入一種虛擬實驗系統。學生可以點擊相應的圖片查看實驗結果，虛擬實驗系統包含大多數的生理實驗，如刺激強度和頻率對骨收縮的影響。實驗設備、藥物的使用和手術都很復雜，動物生活條件和試驗場地的個體差異較大，通過虛擬體驗能夠豐富實驗的內容。例如，內分泌科的學生可以在模擬實驗中觀察葡萄糖濃度曲線，觀察血液中胰島素對葡萄糖的作用速率，深刻了解理論，深化實驗觀察和新的研究方法，為學生提供實用的具有科學思想的創(chuàng)新體驗。

例如，在“神經干動作電位及其傳導速度的測定”實驗中，學生可以學習測量線速度的駕駛能力，加深理論知識。通過模擬神經元活動的功能，受試者的神經數量發(fā)生了變化，如閾值激勵和最大激勵。通過多次虛擬實驗的實踐，學生可以快速學習實際的實驗方法，減小實驗誤差，加快實驗過程，大大提高實驗的成功率。通過將虛擬體驗與真實體驗相結合，可以提高生理實驗的教學效果。

6.3 在創(chuàng)新實驗中培養(yǎng)學生的科研思維，保護學生的積極性

作為創(chuàng)新實驗的一部分，學生也被分成4～5人/組，實驗設計是在有經驗的教師的指導下進行的，學生自行查找資料和選題，但必須遵循以下原則：

（1）科學性原則;

（2）可行性原則;

（3）實用性原則。

選定主題后，在明確實驗研究的目標、原則、階段、意義和預期結果后，配合教師在動物實驗、藥物、設備等方面進行科學合理的策劃和難度較大的實驗。經過初步的嘗試，對實驗中存在的缺陷進行討論、檢測、補充和修改，完成修改后的實驗過程。實驗要求每組學生在實驗過程中收集好數據，實驗結束后，選擇一組學生，報告并總結小組的目標、原則、步驟和意義。分析并討論結果，在理解和收獲的過程中，實驗組成員進行總結。

在實驗教學的過程中，學生通常通過以下幾種方式進行選題：

（1）在對文獻熟悉的基礎上，學生可以改進經典的實驗方法，或者根據初始實驗改變影響因素。在這個過程中，學生要保證改進的可行性和科學性，本設計可以進一步加強學生的技術實驗，加深學生對一些理論知識的理解。

例如，學生在“哺乳動物動脈血壓的調節(jié)”實驗中進行實驗性手術，血壓水平的初步實驗會影響多巴胺，因此要分析低、中、高劑量多巴胺對家兔血壓的影響。

（2）重復建立一種動物疾病的病理模型。學生對動物疾病的病理模型感興趣，許多人希望在現有的教科書或文獻中復制動物模型，并評估它們的成功，在成功復制了病理模型后，學生研究了治療動物的藥物。例如，在“家兔急性右心衰模型制作及給予硝普鈉后的心衰情況有何改變”實驗的體質研究中，學生體質失敗率較高，大多數學生都失敗了，但熱情仍然很高。教師要鼓勵學生分析失敗的原因，保留問題，讓他們對未來的計劃充滿希望。創(chuàng)新實驗是一種學生自主獲取材料、開發(fā)實驗過程和研究開發(fā)的教學模式。

7 結束語

大學是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基礎，大學實驗室是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的搖籃，實驗培養(yǎng)的目標應該是培養(yǎng)人才，建立實驗學習體系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。從物理實驗課程開發(fā)的角度來看，教學內容和教學方法與學科建立和創(chuàng)新發(fā)展緊密結合，與自身的課外活動、自由學習和訓練相結合。在課堂中，發(fā)展與創(chuàng)新是一個基于實踐的學習過程，學生的科學思維能力、實驗設計能力和科技創(chuàng)新能力將得到很大的提高，只有在創(chuàng)新人才的實踐中才能取得良好的效果。與傳統的實驗教學方法相比，學生和教師都要花費大量的時間和精力，傳統的標準反應模型不能對學生的創(chuàng)造力進行準確的評價，傳統的評價方法不能對教師和技術人員的工作進行量化。因此，必須優(yōu)化實驗室資源配置，提供實驗經費，建立有效的創(chuàng)新實驗學習評價和激勵機制，繼續(xù)研究創(chuàng)新實驗模式。

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