开展实践教学改革 培养学生创新能力

汪 波, 李文芬, 颜亨梅

(北京师范大学 珠海分校 生物技术系, 广东 珠海 519087)

科技活动有助于培养和促进学生创新能力的培养,是一种锻炼自身素质的有效途径,积极推广大学生科技创新活动，提高学生的自主学习、独立思考能力,是高校培养研究型人才面临的首要任务[1-2]。本科生科研实践是本科教育的有机组成部分[3-4],从大一开始就需要对新生进行科研兴趣激发,让学生认识到科研能力培养的重要性[5]。作为生物技术专业的必修基础课程,动物生物学通常开设在一年级,对于激发新生对生命科学研究的兴趣,了解生物学的学科前沿、研究热点,乃至培养学生以扎实的基础和良好的状态进入后续课程的学习,具有至关重要的地位[6-7]。如何在动物生物学实践教学课程中贯彻学生创新能力的培养,这就要求根据实际情况,尽可能提高综合性、创新性实践教学比例,这也是我校进行动物生物学课外实践教学体系改革的出发点。

1 教学改革具体方案

教学改革方案主要包括教学改革内容、教学改革的组织与实施,以及考核方式的改革。

1.1 教学改革内容

1.1.1 动物资源调查

目前由于教师资源短缺、课时缩短等原因,部分高校难以专门安排野外实习时间,然而野外实习是动物生物学实践教学环节的重要组成部分,有助于提高教学质量[8]。结合北京师范大学珠海分校校园内有一片较大的荔枝林的实际情况,分别在东、南、西、北、中方向,选用5点取样法,调查该区域节肢动物的种类、数量、分布,分析群落的种群构成及动态变化,研究荔枝园主要害虫与天敌的相互作用关系。

1.1.2 蝴蝶标本制作

在荔枝林生物群落调查的同时,注意培养学生制作标本的能力,主要涉及干制标本的制作,实验对象主要是鳞翅目昆虫,其他昆虫根据实际情况,进行干制、浸制标本制作。

在校园动物资源调查的时候,重点采集蝴蝶,尽量收集蝴蝶幼虫,按照龄期同步化蝴蝶幼虫,通过设置温度梯度、光照梯度、湿度梯度等单因子实验,用摄像机记录蝴蝶羽化过程,判断温度、光照、湿度等环境因子对蝴蝶生长过程的影响。

课程结束后,进行校园蝴蝶标本科普展,主要包括3个方面的内容:一是蝴蝶干制标本展示,将亚克力球悬挂于人工生态仿真树上；二是蝴蝶图片展示,将校园所有拍摄到的种类,进行种类鉴定后,按照科、属分类展示；三是蝴蝶羽化视频展示。

1.1.3 传统分类学与近缘种、疑难种鉴定

动物资源调查过程中,引导学生学习使用分类检索表,学会形态学分析。但在种类鉴定过程中,不可避免会接触到部分难以鉴定的近缘种、疑难种,借此机会,引入当前学科研究热点,使学生了解如何结合分子生物学方法进行种类鉴定。其中,DNA条形码技术是目前利用较多的一种分子生物学方法,主要原理是通过分析生物DNA中保守片段,进行物种快速、准确鉴定[9],目前其主要应用于中草药、食品质量控制和食性分析等领域。通过学生撰写DNA条形码原理、方法和应用等方面的综述文章,引导学生用现代生物学的观点重新理解宏观动物学与微观动物生物学间的关系。

1.2 教学改革组织与实施

第一次动物资源调查在课内完成,要求学生掌握取样点设置方法、调查方法、标本采集方法等,学会实验记录(例如记录采集人、采集时间、采集地点,有条件的进行拍照)、标本编号、捕网以及扫网的使用方法,能够对动物出现的数量、频率进行统计,掌握基本的统计学方法,其余时间点的调查由学生利用课余实践完成,撰写调查报告。

蝴蝶标本制作由教师在课堂内带领学生练习制作1～2个蝴蝶干制标本,课后要求每组制作5个种类以上的亚克力球密封标本；“环境因子对蝴蝶生长的影响”设定为研究型实践教学内容,持续时间较长,由学生课后按照“文献查阅—提出实验设计—完善实验方案—具体实施过程—数据、资料、图片汇总—撰写研究型论文” 整体流程完成。

昆虫种类形态学鉴定检索表的使用,教师课堂内引领学生使用1～2次,课后学生自己去检索其他采集到的动物,同时引入近缘种、疑难种的鉴定问题,结合当前学科研究热点,引入分子标记的方法,要求学生查阅文献,小组完成1篇综述型论文。

1.3 考核方式的改革

实施课外实践教学能够给予学生充分的自主性,但也对如何有效评价学生的学习状况提出了更高的要求,因此教师应进一步完善教学环节设计,根据学生的准备工作、参与度、总结报告等方面制定详细的量化考核指标(见表1)。

表1 实践教学量化考核指标 %

以上考核内容均以小组形式进行,由于课外实践项目占用学生课后时间较多,教师难以进行全程跟踪,因此组内评价非常重要,如何计算每个组员的贡献系数是评价学生学习状况的关键,要求组长对组员分工情况进行详细记录,并提交书面说明,经2/3以上组员同意并签名确认。贡献系数量化评价指标见表2,每组贡献系数之和不得超过组员人数,学生最终成绩为教师评价分数*贡献系数。

表2 贡献系数量化评价指标 %

2 教学改革效果评价

2.1 夯实理论知识基础

让学生更加形象地理解生物学中2个重要的适应性,生物对环境的统一、结构与功能的适应性，以及生物对周围环境的适应性；通过“昆虫种类检索表”的实践,观察昆虫口器的不同,有助于学生理解随着食性的差异和捕食方式的不同,昆虫口器的进化历程,作为最原始的类型,咀嚼式口器只能进行咀嚼和研磨食物,刺吸式口器则可以有效吸食动、植物体内液体成分,例如刺破动物皮肤,然后吸食血液等。通过比较、观察标本,有助于理解动物进化时同源器官、同功器官的变化历程,达到较好的学习效果[10]。

2.2 有效提高学生科研素质

文献查阅方面,学生除了能够从学校的中、英文期刊数据库搜索资源外,也学会利用百度去查阅有关的文献,同时锻炼了做读书笔记的习惯。

研究方法方面,学生基本能够掌握描述法、比较法的原理与应用,理解对照组设置的意义、实验组单因子实验设计方法、利用统计软件进行相关性分析、显著性分析。

科技论文写作方面,学生能掌握目的、方法、结果、结论等研究型论文摘要的通用总结模式,重点掌握对实验结果的描述,对实验结果中关键性结果予以阐释、说明,尝试对实验进行分析,讨论与参考文献中类似实验趋势一致或者相反的原因。

2.3 创新能力的实质提升

学生在完成实践活动的过程中,会对自身知识结构、兴趣等方面有更为客观的认识,有利于学生挖掘自身潜力、参与科学研究。例如：学生通过对动物资源的调查,发现天敌与害虫之间此消彼长的关系,发表第一作者论文“珠海荔枝园节肢动物群落动态及其主要益害虫相关性研究”；通过举办校园蝴蝶科普展,发现了人们对蝴蝶文化的兴趣,以此为基础形成的“蝶姬生态园”项目正在进行第七届“逐鹿今朝”大学生创业计划竞赛；在昆虫形态学观察中,发现昆虫的触角不仅可以作为种类鉴别的依据,还可以用来进行通讯,申请了大学生科技创新培育专项资金项目“拟环纹豹蛛与猎物间信息联系机理研究”,研究结果获得广东省“挑战杯”科技三等奖。

通过课题组多年来的教学实践,教学效果显著,对学生的科研素质与创新能力有明显的提升,据统计,近年培养的学生获得广东省“挑战杯”科技三等奖2项、校级挑战杯一等奖1项、广东大学生科技创新培育专项资金项目2项、国家级大学生创新训练计划项目2项、省级大学生创新训练计划项目9项,学生发表第一作者论文9篇,其中6篇发表在科技论文统计源期刊上。

3 结语

教学改革项目实施以来,主要有以下经验和感触：

(1) 须每月定点、定期进行动物资源种类、数量统计,这样有助于培养学生持之以恒的作风。小组合作共同完成实践内容,可以培养和锻炼学生的团队合作精神和沟通能力,这为学生以后的科研活动培养了良好的习惯。对本科阶段主持项目、发表论文的学生进行统计发现,其学业规划更加合理,学术深造比例显著增加。

(2) 全面开展以科研素质评价为核心的多样化考核方式,重点考察文献查阅能力、实验方法掌握情况、科技型论文撰写水平,注重过程评价,提高组内成员参与度、强调组员之间的区分度,提交组员分工表,有效促进每名成员的参与意识,提升学习状态。

(3) 高校教师大多是“双肩挑”,如何进行教学与科研的融合,关系到教师的学术发展[11],因此选择课外实践教学项目时,可由2部分组成:一部分由教师科研项目转化而来,这样实验材料充分、实验方法成熟,具有较大的可行性,能够最大限度保证实践项目的成功；另一部分由学生根据自己的兴趣爱好、知识储备提出新的研究项目,既锻炼学生查阅文献、实验设计等科研素质,同时也能从多种角度扩展教师的研究领域、促进教师的科研发展、提升教师学术水平。

(4) 课外实践活动,学生自主控制学习进度、合理安排时间,有利于提升学习状态。但是,目前我校仅设置动物资源调查与鉴定、蝴蝶科普展等少数几个项目,如何选择更多合适的课外实践教学活动,既满足学科发展要求(包含形态学、生理学、生态学、分子生物学),又能引起学生兴趣、可操作性强、学生能够自主完成,是我校后续教学内容改革的主要方向。

参考文献(References)

[1] 刘保军, 卢满怀, 张志斌, 等. 以自主创新能力为核心的大学生科技训练体系构建[J]. 科技创新导报, 2016(24):144-147.

[2] 潘爱华.工科大学生科技创新素质培养的拓展体系构建[J].创新与创业教育,2013,4(6):108-110.

[3] 安宁. 本科生科研能力培养及优化路径[J]. 实验技术与管理, 2016,33(12):196-199.

[4] 王莉. 研究型大学本科生科研活动管理研究[D].武汉:武汉理工大学, 2008.

[5] 陆伟. 美国研究型大学本科生科研能力培养研究[D].保定:河北大学, 2005.

[6] 时伟.论大学实践教学体系[J].高等教育研究,2013,34(7):61-64.

[7] 尹宁伟.中国一流大学实践教学体系建构的新趋势：基于《“985工程”大学2010年度本科教学质量报告》的文本分析[J].中国大学教学,2012(5):82-88,96.

[8] 冯虎元,徐鹏彬,陈强.生物学野外实习视角下学生主观能动性的发挥[J].高等理科教育,2011(5):117-120.

[9] 郭玉燕, 罗雷, 郑学礼. DNA条形码技术在蚊虫分类鉴定中的研究进展[J]. 中国寄生虫学与寄生虫病杂志, 2017,35(1):93-98.

[10] 刘凌云,郑光美. 普通动物学[M]. 北京:高等教育出版社,2015.

[11] 陈瑾, 董世瑞, 王素英. 教师科研与实验教学相结合的成功尝试[J]. 实验室研究与探索, 2016,35(11):166-169.