生物实验 “五位一体”实践教学体系改革与探索

王慧丽，张晓可，郭桂义

(1. 安庆师范大学 生命科学学院，安徽 安庆 246133；2. 信阳农林学院 茶学院，河南省豫南茶树资源综合开发重点实验室，河南 信阳 464000)

1 课程概况

生物学是一门综合性强、涉及学科众多、以实验为主的自然科学，只有把实验和理论学习结合起来，才能提高学生的实践技能，培养学生的观察能力、动手能力、以及发现问题和分析解决问题的能力，同时增进学生对生物学科的兴趣[1]。生物实验作为生物学专业重要的教学环节之一，其课程体系合理与否，直接关系到人才培养的质量[2]。然而，目前生物实验教学过程中存在的一些问题已经制约了学生实践创新能力的提高。随着社会经济的快速发展和科学技术综合化，如何培养基础扎实、知识面宽、创新实践能力强的综合型创新生物人才已成为师范院校面临的重要课题[3]。本文结合生物实验实践教学的实际情况和专业特点，提出了“五位一体”的生物实验实践教学体系，以期对生物学专业学生的培养发挥积极作用。

2 生物实验教学中存在的主要问题

2.1 实验教学设计不合理

目前高等院校生物教学普遍存在实验教学轻于理论教学的现象。实验课大多依附于理论课，不仅课时数不及理论课，也没有独立的实验系统，很难形成循序渐进的实验课程体系[4]。实验性质方面，验证性实验较多，而综合性、设计性实验不足，没有紧跟学科发展的步伐，导致学生创新实践能力差[5]。实验过程中一些教师采用填鸭式教学，学生面对较难掌握的生物原理容易缺乏学习兴趣，因此实验课的组织模式和讲授方法急需改进。

2.2 实验教学资源不足和资源浪费并存

高校实验室是实践教学的根据地，在培养创新人才的过程中具有不可替代的重要作用和地位[6-7]。然而，大多数高等院校实验室建设经费投入不足，实验室功能单一[8-9]。只有基本的实验教学条件，缺乏系统的多功能一体化实验室，与教育部高校教学水平评估要求存在巨大差距[10-11]。此外，许多实验室的利用率较低。长期以来，各教研室普遍采用独自管理和建设各自实验室的封闭教学模式，虽然在实验时间上进行了开放，但实验室开放并不彻底，不利于专业建设和人才培养，造成了实践教学资源的浪费[12-13]。此外，专职实验教师在职称评定、绩效考核等方面没有得到应有的重视，不能专心于实验室管理和实验教学研究，这些也影响了实验教学质量的持续提升[14]。

2.3 产学研合作潜能未充分发挥

现在高校教师多数是博士、硕士直接招聘进来，生产实践经验并不丰富。还有一些高校只注重科研，与实践资源平台衔接不够，只负责把学生送到企业，而对企业反馈如何、企业需要教师及学生解决哪些生产实践问题并不关心，导致产学研只有空架子。没有让企业切实参与到学校人才培养上来，学校又没有相关的实验、实践教学资源，致使实践教学课程不能系统落实，校企合作途径不顺畅[15]，产学研合作潜能没有充分发挥。

3 实验课程改革措施探索

针对生物课程的特点以及学生在学习中存在的问题，我们提出了“五位一体”的生物实验实践教学体系改革方案(图1)，建议从以下五个方面分别进行。

图1 “五位一体”生物实验实践体系结构图

3.1 构建新的生物实验课程体系，增加生物实验课课时量，优化整合实验内容

3.1.1 独立设置生物实验课，增加生物实验课课时量 教育部颁布的《高等学校基础课实验教学示范中心建设标准》中提到生物实验课要占理论课时数的100%左右，而《普通高等学校本科教学工作水平评估标准》中规定了综合性、设计性实验的课程占实验课程总数的比例为80%[16]。考虑实验课程的整体情况，结合生物学科的培养目标和实验教学自身的规律，对实验内容进行优化组合。对于基础验证类实验(课时比例占20%～25%)，可在大一第一、二学期开设。例如动物学、植物学和微生物学部分理论课可以改成独立实验课，相比纯理论课堂教学中老师满堂灌，独立实验课利用现代化虚拟仿真互动实验室，让学生动手，反而提高学习效率。对于综合类实验(课时比例占40%)，在大二第三、四学期开设，教师在综合类实验中分出竞赛科研项目、竞赛创业项目、开放实验项目等，以特色实验项目来编制实验讲义和实验教学大纲，提供多种实验方案，采用4～6人小组，培养学生的动手能力、综合运用知识解决问题的能力。对于创新设计类实验(课时比例占20%～25%)，在大三、大四的第五到八学期开设，实验课课程设计以毕业论文设计为中心，教师以实习或自己的科研实验为题目，由学生以小组形式自行设计方案、实验步骤等，学生遇到问题，老师适当引导激发学生深入研究的积极性，淡化课堂和课程的概念，帮助学生形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式。

3.1.2 改进实验课课堂组织模式 将翻转课堂、启发式教学、案例式教学等融入实验教学课程中，发挥学生的主体作用，开展创造性实验教学。课前让学生提前了解实验研究进展，提高学生参与意识；课中利用丰富的实验材料、实物教具进行现场演示，激发学生的学习兴趣，结合现代先进技术，实现教学手段多元化，利用图表、棍棒模型，培养学生建立空间概念；课后搜集课外文献资料和做练习，帮助学生拓展知识面和加深对知识的理解。

3.2 不断拓展实验室功能，提高实验室开放度

3.2.1 建设虚拟仿真实验室、实验实习教学管理等信息化平台 动物学、植物学、微生物学等实验中装片的观察可在显微互动实验室开展，教师可以随时看到同学们观察到的显微镜画面，并将所有的图像投影到大屏幕上，使师生之间的图像资源能够共享。通过图像、声音以及系统内的图片库等将抽象复杂的教学内容直观、准确地表达出来。还有园林实验室可以引进园林仿真软件，例如YLCAD园林景观设计软件、HTCAD土方计算地形分析、ZDTM三维地形分析软件等，使学生学习效率大大提高。使用实验实习教学管理信息化平台可以预约实验、学习实验仪器使用方法及实验注意事项等，提高实验室使用效率。

3.2.2 专业实验室逐步打造成开放实验室 打破课堂空间、时间界限，开放学科竞赛实验室、科研实验室、教学实验室，实现教学资源的有效整合和配置。以安庆师范大学生命科学学院为例，以大学生创新竞赛为主的开放实验室配备了学生实验的基础实验仪器，包括电子天平、显微镜、生化培养箱、干燥箱、标本制作工具等。省级重点开放实验室集中了学院最先进的科研仪器设备，包括流式细胞仪、PCR仪、酶标仪、核酸提取仪、蛋白质纯化系统、叶面积分析系统等进口仪器设备，为学院教师科研和学生参赛提供了方便。将学生的实验项目与教师的科研课题结合，可促使科研仪器转化为学生创新实践的仪器，增加仪器的使用率。

3.3 以学科竞赛促进生物实验教学改革

近年来安庆师范大学生命科学学院鼓励学生积极参加创新创业项目和学科竞赛活动，包括“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、大学生创新创业训练计划等国家级赛事，“安徽省大学生生物标本制作大赛”“安徽省生命科学竞赛”“安徽省大学生食品设计创新大赛”“安徽省青年科普创新实验生物大赛”等省级专业赛事，并取得了显著成绩，获得了多项一等奖，学科竞赛获奖900余人次。从比赛选拔到正式竞赛，师生收益颇多；比赛会涉及PPT制作、绘图用的CAD、修图用的PS、商业模式需要用到的盈利计算以及生物信息采集用到的遥感技术等技术。为了赢得比赛，学生会主动学习本专业以外的其他课程或软件技术，不仅能为后期毕业论文添彩，还能为走入工作岗位提供必要的工作技能。

这些大赛推动生物课程内容的改革，促使教师和学生打破传统的教、学方式，建立系统的竞赛指导方法与管理体系。以教赛互动开放式教学模式，采用任务驱动法，通过面对面、网络、微信、QQ等多种形式进行教学互动，通过竞赛的方式检验学生的学习成果，提高教学质量。这些大赛促进学生实际动手能力及创新意识的培养，促进大学生的沟通能力、独立思考能力及团队意识的形成[17]。

3.4 构建“产学研”实践平台，强化实践教学环节

实践教学应紧贴产业发展，注重培养学生应对复杂环境的综合能力及职业素养。校内倡导学生自主创业，依托大学生创业孵化基地，鼓励教师指导学生参加大学生创新创业训练。开拓校内外实践资源，加强校内实践基地与社会企业的联系。

加强产学研合作，将实践教学分为三个阶段进行。第一阶段，学生在校学习阶段，引进具有丰富生产实践经验的工程师、职业经理人、公司老总作为外聘教师，由外聘教师和校内教师共同构建实践教学课程体系、编制实验教材、讲解基本的工艺流程或创业过程。第二阶段，教师带领学生在企业内实习，把理论知识具体应用于生产实践中。第三阶段，带着实际需要解决的问题，教师和学生回到实验室进行新材料新配方实验，企业给教师提供实验、研发经费，提高教师进入企业的积极性，促进成果转化为产品。学生和教师在实习过程中不仅能解决生产实际问题，还能使双方实践能力得到提升。在这一过程中学校和企业没有分离，实现了“学校与企业结合、学习与就业融合”的实践教学模式。学生在真实项目实施过程中，获得知识、技能和职业素养的提升。通过创新创业实践，我校园林、食品等工科专业培养了一批有职业素养、能吃苦、适应能力强、团队合作精神好的学生，得到了企业的好评。

3.5 将教师的科研项目融入实践教学中

学生的毕业设计可从指导教师团队承担的实践项目中选题，从而让学生的实验项目与教师的科研课题相联系，形成完整的课题体系。安庆师范大学生命科学学院教师获得国家自然科学基金、安徽省自然科学基金等多项纵横向研究课题，有部分学生从大一或大二就开始参与教师的科研课题，因为接受了比较严谨的科学培训，完成论文的质量比较高。然而大部分学生是毕业前才选导师，老师与学生联系少，论文与社会服务、科研、生产第一线脱节，论文质量不高。因此，可在学生入学一年后提早实现导学制，学生根据兴趣自主选择导师，从而有助于培养学生严谨的科学态度、扎实的实验技能、较强的创新意识和团队协作能力等。近几年我院教师已指导学生发表核心期刊论文10余篇，获专利30余项，这些论文和专利又为学生竞赛打下坚实的基础。

4 总结

本文构建以学生实验教学为中心、实验室为载体、学生竞赛为抓手、科研项目为依托、产业实践为纽带的“五位一体”生物实验实践课程体系。利用各种资源开展实验教学，包括实验教学模块、开放实验室模块、学生竞赛模块、产业实践模块、科研项目模块等，五个模块之间相互补充，形成内在联系紧密的综合实验系统，共同激发学生的学习热情，充分发挥学生的主观能动性。