自主設計實驗在機能實驗教學中的應用與探索*

李 偉 王國光 陸曉華 皖南醫學院基礎醫學院病理生理學教研室,安徽省蕪湖市 241002

隨著我國教育水平的不斷提高,為適應創新型人才與綜合型人才培養的需要,高等院校對教學模式的探索與研究在不斷深入。機能實驗學作為一門基礎實驗課程,在鞏固理論知識、提高動手操作技能、學習實驗設計、觀察處理分析實驗結果等方面發揮著重要作用,為學生進一步學習臨床學科、從事醫藥行業和科研工作奠定基礎[1]。但機能實驗學一直采用傳統的以教師為中心的“講—做—總”模式,學生被動接受內容,實施實驗操作[2-3]。部分學生未養成課前預習的習慣,課后對于實驗背景、原理及意義不求甚解,數據分析討論和報告工于應付,學生被動接受實驗內容,導致缺乏主觀思考意識和創新能力。為解決傳統教學模式存在的弊端,本文以機能實驗課程為教學平臺,對學生自主設計機能實驗的教學模式進行初步探索與實踐,并對教學效果進行分析。

1 自主設計實驗與機能實驗教學

自主設計實驗教學是指以學生為主體,由學生自主設計實驗步驟和內容,教師輔助學生完成實驗的一種新型教學模式[4]。自主設計實驗教學可有效調動學生的積極性,促進學生養成學以致用的思維習慣,培養學生的科研與創新意識,提高設計和完成實驗的能力。但同時自主設計實驗也存在周期長、課時緊迫、實驗方案不確定性高、實驗條件要求高、難以規模化開展等弊端[4]。機能實驗中的驗證性實驗是在一個預先設定好的實驗框架下,驗證已知的實驗結果,目的是驗證并鞏固所學內容,同時培養學生的實驗技能,是機能實驗課程的重要組成部分[5]。由于驗證性實驗過度側重實驗結果和結論,忽視了實驗過程對學生主動性、積極性和創造性的提高作用[6],導致學生不善于觀察實驗現象,機械地重復實驗步驟,模仿教師操作示范,缺乏對實驗原理、步驟及結果的思考和分析,并未充分達到鞏固理論知識的目的。經過調查發現,多數學生課上僅對實驗動物操作部分感興趣,課后對實驗原理和內容掌握不牢固,甚至還出現學生對曾經做過的實驗毫無印象的情況,教學效果和教學質量難以保證。為了促進實驗教學改革,探索創新的教學模式,在機能實驗教學過程中,筆者以教學大綱中驗證性實驗為教學內容,引導學生自主設計和開展實驗過程,教師只介紹實驗主題、原理、條件與設計原則等,由學生分組設計實驗方案,教師適當引導并選出其中最符合教學大綱和最優的設計方案開展實驗。該教學方式采用了自主設計實驗教學與啟發式教學的方法,能夠融合自主設計實驗和機能實驗兩者的優勢,提高教學效果和質量。

2 自主設計機能實驗教學的開展

教師在課上先介紹實驗設計相關知識:(1)實驗主題:比如觀察鹽酸消旋山莨菪堿對肺水腫的預防作用;(2)肺水腫的臨床病理特點與機制;(3)實驗對象與麻醉劑的特點及選擇原則;(4)已具備的實驗條件;(5)實驗設計的基本原則;(6)實驗設計過程的注意事項等。學生每3～5人分為一組,根據老師介紹的相關內容,先組內討論設計思路并確定方案,包括題目、實驗對象、藥品、動物分組、手術、觀察指標、實驗方法及步驟等。然后各組派1名代表分別介紹自己組的方案及其理論依據,并進行全班討論,教師匯總各組方案并有針對性地提出存在的問題和優缺點,由班級挑選出最符合教學大綱和最優的設計開展實驗。實驗操作過程由教師全程指導,對學生提出的實驗設計問題和操作問題進行解答和示范。引導學生觀察實驗現象,記錄實驗結果。實驗結束后讓學生利用所學的理論知識針對實驗結果作出分析討論,教師進行指導和歸納總結。同時,教師可引導學生課后查閱相關的文獻資料,對所學的實驗內容進行拓展,比如復制肺水腫動物模型的方法都有哪些?還有哪些藥物對肺水腫具有預防作用?以該模型為基礎還可以進行哪些研究?讓學有余力的學生在教師的指導下,查閱文獻撰寫標書,自愿提交具有創新性和可行性的項目,利用業余時間以興趣小組或大學生創新創業項目的形式開展研究,嘗試撰寫研究論文并發表。將自主設計實驗應用于機能實驗教學過程中,在驗證理論知識與結論的同時,學習與實驗設計相關的內容,為獨立設計創新性和可行性較高的研究項目奠定基礎,既能提高學生的學習興趣與積極性,鞏固基礎理論知識,又可培養學生的實驗設計能力和創新能力,同時兼顧不同學生之間科研興趣與科研能力的差異。

3 教學效果分析

傳統的教學模式,學生“照方抓藥”,按照預定的實驗步驟被動地開展操作過程,使學生逐漸養成了“實驗課只是動手做一做”的固定化、機械化思維,缺乏對自主學習、獨立思考及創新能力的培養[3,7]。自主設計實驗作為一種新型的實驗教學模式,以學生為主體,變“驗證”為“探究”,充分調動學生的主觀能動性,已被眾多高校教師接受和嘗試,在鞏固理論知識、提升實驗設計綜合能力方面發揮重要作用[8]。本文對引導學生自主設計機能實驗的教學模式進行了探索,在2018級臨床及2019級護理本科專業中,選取了5個班級進行自主設計機能實驗教學的實踐,并對109名學生(男生占42.2%,女生占57.8%)進行了匿名問卷調查,結果顯示:有57.8%的學生認為在實驗方面的綜合能力有很大提高,39.4%的學生認為有一定的提高,僅有2.8%的學生認為沒有提高。新的教學模式改變了傳統的灌輸式教學模式,使學生變被動為主動,促進學生獨立思考、積極探索實驗過程。區別于傳統的教學模式,學生在確定實驗題目,選擇合適的麻醉藥品和實驗對象,設計實驗分組和步驟,確定觀察指標以及討論實驗結果等方面均得到了不同程度的鍛煉。調查結果顯示,有68.8%的學生對自主設計實驗的上課方式非常感興趣,并期待下次實驗課采用同樣的模式;30.3%的學生比較感興趣,有0.9%的學生不感興趣。65.1%的學生上課積極性很高,33.0%的學生認為比較有積極性,僅有1.8%的學生積極性不高,認為課時延長。新模式教學調動學生的主觀能動性,啟發科研思維,學生體會到主動探索實驗研究的樂趣,課上表現出較高的興趣和積極性。在小組內實驗設計討論環節,多數同學能夠發揮創造與邏輯性思維,展現出綜合運用基礎知識的能力。調查顯示,93.6%的學生均有參與討論,利用各自的知識積累與儲備提出自己的想法和見解,其中33.0%的學生參與度非常高,但有6.4%的學生很少或者基本沒有發言,主要原因是這部分同學基礎知識儲備過少,未完全掌握自主設計實驗的方法,同時個別學生性格內向,不善于與同學討論交流。此外,調查問卷結果還顯示,僅有7.3%的學生在課前已經掌握了實驗設計的相關知識,有89.9%的學生是通過新的教學方式學會了實驗設計思路和方法,僅有2.8%的學生仍不清楚如何設計實驗方案,表明在傳統教學模式下,少部分同學借助學校的實驗平臺,在教研室老師的指導下進行過科研的學習與訓練,對實驗的設計與開展有一定的了解,但多數學生從未參與過科研工作,未獲得綜合實驗能力和科研素質的培養,缺乏實驗設計知識儲備和科研思維。通過自主設計機能實驗教學,學生掌握了實驗的設計原則和方法,對實驗原理、設計過程、方法步驟及結論等內容印象深刻,對實驗驗證的理論知識理解更加透徹。學生對新的教學模式認可度較高,能獲得更好的教學效果。調查顯示,有50.5%的學生認為自主設計實驗教學在啟發科研思維,培養創新精神,提高獨立分析問題、解決問題的能力方面作用很大,有43.1%的學生認為作用較大,有6.4%的學生認為有些作用。傳統教學模式下,學生思維僵化,課上按照教師講解的步驟機械地完成實驗操作,使學生逐漸產生了實驗課就是老師“要我做”的印象。而新教學方式能提高學生的主動性,變“要我做”為“我要做”,學生對自己設計的內容具有更高的興趣和探索意愿,既鍛煉了科研思維,又提高了獨立分析問題、解決問題的能力。隨著對實驗內容的不斷學習和拓展,學生能夠養成良好的科研思維和素養,在今后的學習中逐步由“我要做”向“我會做”轉變。在是否希望老師參與實驗設計與開展方面,33.9%的學生希望老師全程指導,66.1%的學生則希望獨立完成設計過程或開展實驗,盡量減少教師的干預,表明學生主觀上具有很強的獨立實驗和自主創新的意愿,對被動接受灌輸知識的傳統教學模式認可度很低。滿意度調查顯示,95.4%的學生對新教學方式很滿意,4.6%的學生不滿意。表明大多數學生認可自主設計機能實驗的新教學方式。與傳統的實驗教學模式相比,學生更愿意接受新穎的授課方式。經過調查發現,部分學生對新教學方式不滿意的原因主要有:(1)上課時間延長;(2)分組討論時間太短,實驗設計時間不足;(3)實驗儀器比較少,自己提出的觀察指標得不到檢測等。一方面,討論時間過短不利于學生充分思考和設計內容;另一方面,某些關鍵指標可能因基礎設備不足得不到驗證,會使學生喪失積極性,產生一定程度的挫敗感。因此,解決這幾個方面的問題,需要適當增加實驗學時和實驗設備投入。在采用新教學方式授課的過程中,學生普遍認為最大的收獲在于能自主學習,小組討論對獨立思考和設計實驗起到鍛煉作用,上課積極性高,參與感和成就感更強,實驗內容掌握得也更扎實。

4 討論

自主設計實驗一般包括前期準備、查閱文獻設計方案、分組討論、實施方案、總結并撰寫報告等環節[9-10],已在高校教學改革中進行了初步探索與應用。機能實驗學是高等醫學院校的基礎實驗課,在許多醫學專業中均有開設,本文將自主設計實驗的方法應用于機能實驗教學過程中,時間限定在教學課時之內,具有周期短、學時可控的特點。該教學模式實驗方案相對確定,學生自己設計實驗過程,突出學生的主體地位,變被動灌輸知識為主動探求,提高學生的積極性和主動性,鍛煉學生實驗設計的能力和科研思維。同時,教學過程中實驗條件齊備,無須額外添置儀器設備和試劑藥品,節約人力、物力和經費。新的教學模式將機能實驗以探究的方式呈現,可在有限的軟硬件條件和時間周期內達到更好的教學效果,提高教學質量。同時,該教學模式能調動學生的積極性,培養學生獨立思考主動探索的意識和創新精神,啟發科研思維,提高學生自主創新能力和綜合素養,適合在機能實驗學的教學中應用。但新教學模式也存在學生不能自主選題、教學時間延長、實驗儀器設備少、檢測指標不全面等問題,在今后的教學過程中有待于進一步探索與解決。