韓宏巖， 許維岸

(蘇州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，江蘇蘇州 215123)

0 引言

隨著當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的人口、環(huán)境、糧食、能源等全球性問題日益突出。國內(nèi)外眾多科學(xué)家預(yù)測，生物科學(xué)將是21世紀(jì)的領(lǐng)先學(xué)科之一，對生命之迷的探索一直吸引著一大批有志學(xué)生投身于生物科學(xué)研究領(lǐng)域。高等院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠鍛煉大學(xué)生科學(xué)思維方式和科研探索能力，提高他們綜合分析問題和解決問題的能力，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要意義［1-4］。

生物類課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，各分支學(xué)科相互間緊密交叉。有關(guān)生物科學(xué)的研究已不再囿于早期以觀察、描述性手段研究生物體和生命現(xiàn)象，而是運(yùn)用多學(xué)科交叉與融合形成的各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，邁入探索和發(fā)現(xiàn)生命奧秘的階段。傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是教師準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的一切材料，講清楚實(shí)驗(yàn)步驟，有時還做演示實(shí)驗(yàn)。學(xué)生只要按照教師設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟做就可以了。這樣長此以往就會造成學(xué)生被動地應(yīng)付，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，忽視對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果的深入思考，不能充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性。這種以教師為中心的“傳授式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)不利于學(xué)生獨(dú)立思考、自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，更容易導(dǎo)致學(xué)生失去對生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，最終會造成碰到問題往往束手無策，缺乏應(yīng)變能力。教師也很難客觀地評定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革對于提高整個實(shí)驗(yàn)課程體系效果非常重要。以往的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)多以驗(yàn)證性的、孤立的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，缺少學(xué)生主動參與的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，這對于提高學(xué)生對知識的綜合運(yùn)用能力非常有限。鑒于上述存在問題，我國各高校紛紛開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行一系列研究和探索，并取得可喜成績［5-12］。因此，針對如何對提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的總體趨勢。

為適應(yīng)生物類專業(yè)大類招生，近年來，蘇州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院進(jìn)行一系列生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，配套出版了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)叢書，除了基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以外，還包括“生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”［13］。因此，生物綜合實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)目的旨在提高學(xué)生對生物學(xué)專業(yè)知識實(shí)踐應(yīng)用的能力，以及獨(dú)立思考、自主創(chuàng)新的能力。

1 科學(xué)安排綜合實(shí)驗(yàn)時間與學(xué)生分組

在進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)時，要求學(xué)生具有較全面的生物學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識。因此，開設(shè)生物綜合性實(shí)驗(yàn)必須符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有一個循序漸進(jìn)的過程。為體現(xiàn)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的連續(xù)性和專業(yè)課程之間的銜接，在學(xué)生修完基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后，將綜合性實(shí)驗(yàn)安排在第3學(xué)年的第2學(xué)期后期并集中在連續(xù)6周時間內(nèi)完成。針對綜合實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，實(shí)行全天開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這樣既可以排除其他教學(xué)任務(wù)的干擾，也有利于學(xué)生有充足的時間和精力完成實(shí)驗(yàn)，并能讓學(xué)生在這樣的集中訓(xùn)練中體會到科學(xué)研究中時間統(tǒng)籌規(guī)劃的重要性，建立他們的科學(xué)利用時間的觀念。通過綜合實(shí)驗(yàn)的集中訓(xùn)練使學(xué)生對如何開展科學(xué)研究有一定的理解，在實(shí)踐操作中鍛煉學(xué)生獨(dú)立自主地開展實(shí)驗(yàn)研究，為學(xué)生即將在第四學(xué)年進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)提前做好準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)小組由學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛好進(jìn)行自由組合，通常安排3～5名學(xué)生為一組。這樣的分組方式既能充分利用現(xiàn)有的各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，最大限度地鍛煉學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，又能很好地?xùn)練學(xué)生相互協(xié)調(diào)配合的團(tuán)結(jié)合作精神。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教師科研方向和生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教師科研方向相結(jié)合

綜合實(shí)驗(yàn)選題從教師的科研領(lǐng)域進(jìn)行篩選，以科研成果充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)題目的選擇根據(jù)學(xué)生的興趣和特長，由實(shí)驗(yàn)小組自己決定選題。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及動物生物學(xué)、植物生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域的實(shí)踐操作，共選編了24個綜合性實(shí)驗(yàn)課題，涵蓋生物化學(xué)、生理學(xué)、酶學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、酶工程和基因工程等方面。每個實(shí)驗(yàn)題目之下含有許多小問題，再根據(jù)具體要解決的小問題分為若干小實(shí)驗(yàn)。例如，“動物不同組織器官胰蛋白酶性質(zhì)的比較”、“蝦精氨酸激酶基因的全長cDNA克隆和序列分析”、“綠豆超氧化物歧化酶的分離、純化和純度鑒定”、“α-淀粉酶的分離純化及特性分析”、“趨化因子受體CCR5的真核表達(dá)”和“小鼠卵母細(xì)胞減數(shù)分裂及微管動態(tài)的分析”等等。在選題時教師充分考慮到題目所涉及的各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)原理、方法和手段，優(yōu)先采用學(xué)生在以往學(xué)習(xí)中已經(jīng)了解和掌握專業(yè)知識和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，目的是鍛煉學(xué)生如何靈活運(yùn)用這些實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)去解決具體問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，從試劑選擇、溶液配置、儀器操作乃至結(jié)果處理均由學(xué)生親自操作，并做好實(shí)驗(yàn)記錄，以備教師查閱和分析總結(jié)。充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)踐操作中主觀能動性，旨在讓學(xué)生全面理解和體會實(shí)施一項(xiàng)科研活動所經(jīng)歷的主要過程，提高和鍛煉科研素養(yǎng)。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與解決生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合

為體現(xiàn)生物專業(yè)具有較強(qiáng)應(yīng)用性和實(shí)用性特點(diǎn)，在生物綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中增添了一些與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系密切的生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)。例如，“環(huán)境條件對分批發(fā)酵的影響及其控制”、“發(fā)酵類食品的制作與分析”、“工業(yè)微生物菌種的選育”和“雙水相萃取技術(shù)及其應(yīng)用”等等。這樣選題既能使學(xué)生學(xué)以致用，形成可能具有實(shí)用價值的科研成果，又能提高學(xué)生將理論知識與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的能力，激勵學(xué)生不斷學(xué)習(xí)和探索，有助于學(xué)生與將來可能就業(yè)的崗位更好地銜接。

4 以學(xué)生為主、實(shí)驗(yàn)教師為輔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思與設(shè)計(jì)是關(guān)系到能否順利完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的關(guān)鍵?！八^構(gòu)思，就是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，它是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段的另一項(xiàng)十分重要的工作”［14］。正如英國科學(xué)家貝弗里奇所指出，“最有成就的實(shí)驗(yàn)家常常是這樣的人:他們事先對實(shí)驗(yàn)課題加以周密思考，并將課題分成若干關(guān)鍵的問題，然后精心設(shè)計(jì)為這些問題提供答案的實(shí)驗(yàn)”［15］。綜合實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)的合理性和系統(tǒng)性對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合能力的培養(yǎng)起著十分關(guān)鍵的作用。在設(shè)計(jì)生物實(shí)驗(yàn)過程中，緊緊圍繞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“三要素”，即實(shí)驗(yàn)對象、實(shí)驗(yàn)因素和實(shí)驗(yàn)效應(yīng)為主線，教師引導(dǎo)學(xué)生開展自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。首先，提出要探究的生物現(xiàn)象和問題，明確要解決什么問題，確立實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。例如，“環(huán)境因素對雞胚胎發(fā)育及子代高級認(rèn)知功能有何影響?”、“不同月齡小鼠心臟谷胱甘肽代謝是如何變化的?”、“檢測哪些生理生化指標(biāo)能夠揭示植物體氮代謝變化?”以及“如何采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)進(jìn)行研究煙草的遺傳轉(zhuǎn)化”等等。其次，要求學(xué)生自己動手查閱資料，利用已經(jīng)掌握的理論知識和實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，擬定技術(shù)路線流程圖，并對技術(shù)路線的科學(xué)性和合理性以師生互動的方式加以論證。最后，采用以學(xué)生為主與教師為輔相結(jié)合方法，制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案和具體實(shí)驗(yàn)操作步驟。在此過程中，提倡和鼓勵學(xué)生多思多問，充分調(diào)動學(xué)生主動探究的積極性和想象力，對擬采用的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法、實(shí)驗(yàn)要求的條件、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著影響的因素進(jìn)行研究探討，對預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)判，實(shí)驗(yàn)具體操作之前使學(xué)生做到心中有數(shù)。

在綜合實(shí)驗(yàn)課中教師不講述具體的實(shí)驗(yàn)步驟，只強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中的關(guān)鍵注意事項(xiàng)，教師深入到每一實(shí)驗(yàn)小組去觀察、指導(dǎo)學(xué)生的每一個動手、操作方法、規(guī)范程度等，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，切實(shí)保證每個學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本功達(dá)標(biāo)。通過學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)了學(xué)生收集信息、分析問題、解決問題的能力，促進(jìn)了學(xué)生對專業(yè)理論知識的綜合運(yùn)用，活躍了學(xué)生的思維。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作過程中，學(xué)生始終是實(shí)驗(yàn)活動的主體，充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性;教師給學(xué)生提供較寬闊的思維空間和選擇余地，使學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力得到提高。對實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題通過教師與學(xué)生直接交流，營造了良好的師生互動的教學(xué)氛圍，為學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)造力提供了條件，拓展了學(xué)生視野，這一過程對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識不可或缺。

在綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師的輔助作用就在于全程跟蹤學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，進(jìn)行有效地監(jiān)督與指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施過程中學(xué)生往往會碰到各種問題，教師采取集中講評與個別輔導(dǎo)相結(jié)合的方法進(jìn)行解答。對于學(xué)生中出現(xiàn)的共性問題集中進(jìn)行交流與解答，而對于個別學(xué)生遇到的問題，則先讓學(xué)生思考為什么會產(chǎn)生該現(xiàn)象，要求學(xué)生自己分析，并提出解決的辦法。教師在分析總結(jié)學(xué)生意見的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)的建議和措施，并與學(xué)生共同商討制定解決問題的辦法。因此，通過以學(xué)生為主、教師為輔的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，促進(jìn)組員之間密切協(xié)作，并在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新意識，以適應(yīng)社會對創(chuàng)新型人才的需求。

5 建立科學(xué)學(xué)生成績的評價體系

5.1 學(xué)生提交書面紙質(zhì)材料和采取學(xué)術(shù)報(bào)告形式

學(xué)生將獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行生物統(tǒng)計(jì)處理，以圖表展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按照論文的格式，以小論文的形式提交書面實(shí)驗(yàn)報(bào)告。最終要求學(xué)生完成一篇字?jǐn)?shù)在3 500字左右的課程論文，具體的論文題目根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自擬，主要參考文獻(xiàn)不能少于15篇。在課程論文中要求學(xué)生充分展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的結(jié)果和各種問題進(jìn)行討論與分析。這樣可以反映出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的得與失，使學(xué)生能夠合理地進(jìn)行自我分析和自我評價，目的是不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)技能。該階段有助于鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和寫作能力。通過規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作，一方面可以訓(xùn)練學(xué)生的書面文字表達(dá)能力;另一方面，在撰寫報(bào)告的過程中，可以促使學(xué)生查閱更多國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，提高其專業(yè)學(xué)術(shù)水平。

各實(shí)驗(yàn)組學(xué)生自己制作幻燈片(PPT)，集中演示匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每組規(guī)定15 min匯報(bào)時間?？陬^匯報(bào)能夠鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力、邏輯思維的嚴(yán)密性和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解力。另外安排10 min的答辯時間，通過學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的互動問答，增強(qiáng)了學(xué)生對知識探討的熱情，鍛煉了學(xué)生的應(yīng)變思維和口頭表達(dá)能力，有利于提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

5.2 教師進(jìn)行綜合性成績考核

由于時間和條件的限制，每個學(xué)生不可能將綜合實(shí)驗(yàn)的所有題目都親自做一遍。為了充分利用教學(xué)資源，使學(xué)生能夠相互學(xué)習(xí)，擴(kuò)大知識面，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯報(bào)全部結(jié)束后，教師對每組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行集中講評，目的是讓各組學(xué)生了解各個實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和不足，以促進(jìn)各組之間的廣泛交流，達(dá)到取長補(bǔ)短的教學(xué)效果。

鑒于生物綜合實(shí)驗(yàn)采取獨(dú)立設(shè)課和獨(dú)立考核成績的辦法，教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績評判采取常規(guī)日?？己撕图寄芸己讼嘟Y(jié)合辦法，具體根據(jù)以下幾方面進(jìn)行綜合成績評定:出勤率占10%(包括學(xué)習(xí)態(tài)度和主動性)、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、對儀器使用的熟練程度占15%;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性占20%;實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的科學(xué)與合理性占20%;實(shí)驗(yàn)過程中分析問題、解決問題的能力占30%;日常實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生保持與整理情況等占5%。成績考核綜合性采用教師與實(shí)驗(yàn)管理人員評價相結(jié)合，平時實(shí)驗(yàn)審核與最后結(jié)果評定相結(jié)合，這樣有利于教師更好的監(jiān)督、管理實(shí)驗(yàn)過程，全面考核學(xué)生的綜合素質(zhì)。

6 結(jié)語

“授人予魚，不如授人予漁”，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力是學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生永恒的主題。一個生物科研課題往往要用多門學(xué)科知識，多角度全方位進(jìn)行探討和研究，所做實(shí)驗(yàn)幾乎都具有綜合性。綜合性實(shí)驗(yàn)既要將傳統(tǒng)的模仿型、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向研究型、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，又要將被動地填鴨式的舊教學(xué)模式向主動地興趣化的新教學(xué)模式轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索科學(xué)的強(qiáng)烈欲望。面對當(dāng)今多學(xué)科交叉與滲透，生物科學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展的時代，深刻地影響著生物科學(xué)的研究思維模式和工作方式。特別是國家發(fā)展改革委員會在生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃中明確指出:要加快發(fā)展生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)、生物能源、生物制造、生物環(huán)保，保護(hù)特有生物資源，保障生物安全，使生物產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)，并為發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)［16］。因此，對教師提出了更高的要求，既要儲備豐富的業(yè)務(wù)知識，又要理論聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐，要對實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)管理模式進(jìn)行不斷探索與改進(jìn)，這是一個長期的教學(xué)相長和經(jīng)驗(yàn)不斷積累的探索過程。因此，除了要繼續(xù)深入探索生物綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、創(chuàng)新意識和實(shí)驗(yàn)技能互相整合的機(jī)制外，還要優(yōu)化與之配套的實(shí)驗(yàn)室管理模式，這樣才能可持續(xù)地推進(jìn)生物綜合實(shí)驗(yàn)改革與發(fā)展，充分發(fā)揮生物綜合實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的地位和作用。

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