基于科研周期的实验

李翠兰+李明堂+刘金华+张秀芳

摘要：以科研促进教学是培养具有科学探索精神和创新能力人才的一个重要途径，但目前主要采取的形式是将科研活动的某个环节以点的方式零散地融入实践教学过程中，不能真正激发学生学习的主动性，也不能培养学生的创新能力和批判精神。本文针对当前科研在促进教学过程中出现的问题，提出了基于科研周期的实验一实习耦合教学模式，并对其构建方法及在生态毒理学教学中的应用进行了探讨，以期通过科研周期这一主线将科研各个环节有机融入到实践教学中，使学生体会到丰富的学习形式和学习内容，在全方位的立体式教学场景中通过反复的学习一思考一运用来实现对知识的活学活用，从而培养学生的科学素养和探索精神。

关键词：科研周期；实践教学；实验一实习耦合教学模式；创新能力

我国高等教育正在经历从数量扩增到内涵发展的过渡期，以往在数量扩张大背景下的一些教学思想、教学方法等越来越不适应未来高水平人才培养的需要，因此，急需探索与内涵发展相衔接的教学模式和教学方法。由于理论教学可以使学生系统地掌握学科的概念体系，培养学生的理性思维能力，所以，一直以来是高等教育人才培养的主阵地，也是高校课程改革的先导和重点领域，涌现出大量的课堂教学改革案例和成果。如近几年出现的微课、在线课程、慕课和翻转课堂等，完全颠覆了传统的教学模式。另外，还有针对教学方法进行的改革，如参与式、启发式、讨论式等。这些改革在提高学生学习效率、培养学生创新精神和创业能力方面发挥了一定的作用，取得了一定的教学效果。但随着人才培养目标的重新定位，作为大学教育的第二课堂——实践教学开始越来越受到重视，过去“重理论、轻实践”的教学理念被摒弃，各学校在实践教学环节投入更多的人力、物力和财力，建立了理论教学和实践教学相结合的一体化教学模式，使两者作用和功能互补，有机共存。

目前，关于实践教学改革的研究也比较多，但主要集中在学校层面，如探讨理论教学与实践教学的关系，实践教学的体系建设、管理模式和质量监督方法等。虽然每个学校根据学校的办学定位、学科发展水平、人才培养目标与定位等进行了改革，也取得了一定的成效，但与第一课堂的改革进展相比，无论是改革的力度还是改革的效果都明显缓慢，与社会发展的步伐也不协调。如实践教学体系有待完善，实践教学环节缺乏连续性、系统性、衔接性，实验教学内容缺乏设计型、综合型和创新型实验，实践教学方法和手段落后，考评体系不科学等。另外，实践教学内容既包括实验、实习、实训、社会实践、课程设计、毕业设计（论文）、学年论文等，也包括军训、创业活动以及纳入教学计划的社会调查、科技制作、学科竞赛活动等。只有上述内容形成科学合理的体系，互相衔接，才能达到人才培养目标的要求。而目前的研究主要是针对实验课程的改革较多，缺乏对整个实践环节进行系统的统筹和规划，针对某一具体课程的实践教学模式和教学方法改革的案例也较少。所以，可以预见随着高等教育改革的深入和双一流大学建设的推进，以实验和实习为主的第二课堂的重要性会日益凸显，其教学改革的程度和水平会直接影响到教育质量的提高。因此，以就业创业为导向，以科学探究和创新精神培养为主的实验实习教学改革势在必行。

一、实验实习教学中存在的主要问题

（一）理论、实验和实习单独开设，缺少连贯性

当前排课模式大多是先理论，后实验，最后实习，虽然也是一个学习链条贯穿于整个课程的学习过程，但每一个教学环节相对于学生来说都是独立的。对于任课老师来说，如果理论、实验、实习的课程均由同一位老师讲授的话，老师能够把握整门课程的连贯性，一线传承下去，使每个环节既不重叠，又有延伸和拓展，能使学生在大的情景下去思考。但这种排课方式的可能性不大，绝大多数情况都是理论、实验、实习由不同的老师来完成，结果就是实验和实习往往是对理論课的补充、加深以及应用等，没有起到相互促进的作用。

（二）科研反哺实践教学受开课模式限制

目前，一些科研成果和实验经验已经用于实践教学，如增加了前瞻性的实验内容以及综合性和设计性的实验数量等，但只是提高了实验的层次，学生在实验过程中仍会按照固定的方法、步骤去做，只是实验之间的连贯性强了，而学生的主动思考和创新能力并没有得到真正的培养。即使参与到教师的科研项目中，也只是少数学生，而且项目的研究范围宽，往往超越了一门课程的范围，学生会感到无所适从，而且由于时间冲突，学生往往不能连续参加科研的各个环节，从而降低了对人才培养的促进作用。

（三）实验实习的教学效果差

因为现有的实验和实习在时间上都是独立安排的，先实验，后实习，使得实验独立，学生只是机械地照着实验讲义被动地去操作，简单地提交实验数据，缺少独立思考的机会和综合分析的能力。而实习就是在实践中学习，是对所学理论知识在实践中的应用，是学生进行的一个系统操作过程，如果与实验内容重复，学生提不起兴趣，如果不重复，则在短短的一周时间内也很难达到实习的目的。总之，目前的实验实习教学缺乏让学生主动思考、主动交流、主动理论联系实际的教学情景，学生只是为了做实验而做实验，机械地完成一项工作。

二、科研在提高实验和实习教学效果中的作用

随着科学技术和社会经济的发展，高校的社会责任从单一的强调教学转向教学和科研并重，高校的教学和科研构成一个整体，共同构建了高校的育人环境。在旧的教育模式下，教学活动面对的是教室、实验室、实习基地的本科生，科研活动面对的是研究室、科研基地的研究生，两者截然分开。而教师的时间和精力是有限的，因此部分教师就存在“重科研、轻教学”的心理，使得许多大学面临教学和科研争抢资源的难题。其实，如果在实际工作中能够正确处理好两者间的关系，则教学和科研是互相促进的，如以科研的思路和方式引导实践教学。

在一个科学技术飞速发展的时代，在一个讲究创新培养的教育环境下，如果高校的实验教学和实践活动内容不是紧跟着时代的步伐而变化，总是反复重复着几十年前的老方法、老内容，那么培养出来的学生也会千篇一律，谈不上具有创新精神。所以，在实践教学过程中，要不断补充新的实验内容和实验方法，使学生能够及时了解学科的发展动态和前沿，掌握新技术、新方法。而科研恰恰能够为实践教学的更新提供素材，科研与教学相结合，两者互为补充、互惠互利，统一为人才培养服务，所以，针对科研项目进行一定的教学内容和形式改革势在必行，使科研反哺教学，促进教学。如筛选部分科研内容用以更新实验课内容、组织学生参观研究室和研究基地、鼓励学生从大二开始参与到教师的科研活动、引导学生利用现有的科研条件积极申报大学生创新创业项目等。这样可以培养学生的科学探究精神，加深学生对专业知识的理解并接触到更多、更新的前沿理论和实验内容，可以拓宽学生的视野，提高学生的综合素质和能力。endprint

三、基于科研周期的实验一实习耦合教学模式的构建

科研活动是由一系列环节紧密构成的，具有明显的阶段性和周期性，是一个系统工程，它既包括立项前的资料查阅，研究内容、方案、计划和目标的制定与实施，也包含数据的分析、结果或结论的总结与讨论、学术论文的撰写、结题报告的提交等过程。这些过程环环相扣、层层递进，每一个环节的缺失都会影响科研活动的整体实施效果。同理，如果想通过科研活动促进本科教学，提高学生创新能力培养的水平，那么就应该将科研活动的各个环节都融入到教学过程中，这样学生在学习和实践的过程中有据可依、有始有终，主动配合科研的各个环节去实践、去思考，为实现一个个具体的目标而主动学习理论知识和实践技能，不仅能够提高学习兴趣和科研上的逻辑思维能力，还能培养主动学习能力和团队合作精神。但由于受到各种条件和制度的限制，目前大部分的科研促进教学的实践都主要是将科研活动的各个环节部分地、零散地融入到实践教学，虽然能为学生实践能力的培养提供优质资源，扩大视野，但并没有将科研活动对教学的促进作用发挥到最大程度，不能明显提高学生的科学探索精神和创新能力。如果用科研周期这一主线将各个环节有机结合，融入到实践教学中，学生会感觉到学习内容非常丰富，形式多样，会在一种系统全面的背景下去学习和思考，对所做的实验和所学的知识能有一个理解和应用的平台和空间，从而培养学生的学习兴趣和主动探索的能力，让学生体会到学有所用和学以致用，达到创新能力培养的目的。

目前，一般情况下往往先上理论课，上完理论课再上实验课，最后进行教学实习，这些环节虽然相互联系，互为补充，但由于各个环节是相对独立的，在时间上又是单方向的，即上理论课时学生并没有实验和实习的概念和经历，学生很难将理论知识和实践结合起来，当上实验课时，没有了考试的压力，学生主动学习理论知识的积极性明显降低，实验课上不主动思考，只是照着实验讲义完成实验操作而已。当理论教学和实验课都结束后，进行教学实习时，虽然老师会让学生从最基本的设计和药品配制开始来主动地完成一项任务，但在学生看来也只是把一些动手操作简单地串联在一起而已，仍然达不到培养学生兴趣和主动学习的目的，其科学探索精神和创新能力的培养也会大打折扣。而科研活动的各个环节也很难在这种教学模式中得到应用，科研促进教学也无从谈起。

基于科研周期的实验.实习耦合教学模式的构建方法是在教学环节的设置上实现理论课和实验课在时间上的交叉，而教学实习恰恰在交叉时间内进行，教师在课堂上结合即将进行的实验和实习进行讲解，让学生对实践教学有所期盼，有所了解，在实验课上教师及时结合理论知识对学生进行指导，对学生的学习状况有所了解，在课堂上又会根据学生的实际情况有针对性地进行授课，在理论和实验互相作用的过程中，给学生提供一个更广阔的实习平台，让学生的学习主动性得到提高，并且通过三者的有机融合，将科研活动的各个环节融入到教学活动中。通过一段时间的理论和实验学习后，在课堂上教师告诉学生实习的内容，让学生独立或以团体的方式完成资料查阅和实验设计，实习的部分内容为实验提供材料支撑和事实依据，实验的部分内容则是实习的延续，每一个实验项目及实验结果都体现着其目的和意义，实验数据都相互关联，完成实验教学后，学生将实验数据进行总结分析，按照科研思路和格式完成实验报告的撰写。

四、基于科研周期的实验一实习耦合教学模式在生态毒理学教学中的应用

生态毒理学是环境科学专业的一门重要专业方向课，是学科交叉边缘课，也代表着学科发展的前沿，学生通过对本门课程的学习可以为以后的科研工作服务，对学生的理论知识和实验动手能力的要求都很强。我们在总结以往教学过程中出现的问题，探索针对课程特征的教学方法的基础上提出了基于科研周期的实验.实习耦合教学模式。首先，根据学生学习知识、理解知识和应用知识的逻辑顺序进行课程的安排，理论课从第1周安排到第8周，实习课安排在第6周，实验课在第5周到11周。课堂教学、实验教学和实习教学耦合在一起，而不是一般情况下的先理论课，后实验课，最后实习课。希望利用耦合方式形成网状结构，让各种学习过程不断融合，形成学习一思考一运用一再学习一再运用的过程，从而让学生有足够的空间和时间去思考，能够发现问题、分析问题和利用所学去解决问题，加深对理论知识的理解，能够明白实验研究的目的等。其次，对实习和实验内容与形式的改革。理论课程开始时，教师会将本门课程的所有教学环节和时间安排对学生说清楚，让学生有所准备。在开课后的第4周向学生介绍实习安排，实习安排为第一天以小组的形式通过PPT汇报与实习有关的课程论文，教师参与讨论，最终帮助学生完成详细的设计实验，包括污染物和植物种类、测定指标，这个过程相当于资料调查分析和科研立项、制定研究内容和研究方案。第二天为盆栽实验，相当于进行实验研究，第4天对土壤的基本理化性质等进行测定分析，为后续的实验数据分析提供依据。第5天学生对测定的实验数据进行整理、分析和汇报，以此来调整预定的样品采集和指标测定方案，并且制定出在实验课上补充测定的指标等。在实习课结束后的实验课上采集实习课上盆栽的植物样品，对土壤样品等进行测定，对测定的数据进行总结、分析，形成图表和结果结论等，以小组为单位撰写报告，并做PPT进行汇报。通过理论一实验一实习教学的有机结合，科研活动的各个环节有序地融入教学过程，在老师的指导下，学生的科学探索精神和创新能力的培养将得到最大发挥。

在实际的教学过程中采用基于科研周期的实验.实习耦合教学模式后，由于学习的形式和内容都非常丰富，学生自主学习和团队合作的机会增多，学生的学习兴趣明显提高，团队合作意识明显增强，学生带着好奇、期盼的心情去做实验，對测定数据和实验结果非常感兴趣，主动去发现问题、思考问题和解决问题，从而培养了科学探索和批判质疑的精神。在实验和实习课上不再感到单调和无目标，师生之间的交流互动明显增加，实验课的进度加快，为新的实验内容的开始提供了时间保证。学生得到了一个反复的学习一思考一运用的学习训练过程，教学效果和学习效果明显提高。总之，这种教学模式让学生从“要我做实验”变成“我要做实验”，让学生在更加立体的教学场景中去发挥自身的创造力和想象力。endprint