基于创新能力培养的宏观生物综合实验改革探讨

张征田　杨建伟　杜瑞卿　王小立

摘要    本文根据生物科学专业宏观生物综合实验的特点，分别从组织教师专家团队优化整合教学内容设计、改进教学方式和教学过程、优化教学效果考核方式3个方面进行教学改革尝试，重构宏观生物综合实验课程体系，以期为培养大学生综合运用专业知识解决生产实践问题的能力尤其是创新能力提供参考。

关键词    宏观生物;综合实验;创新能力;改革

中图分类号    G642         文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）19-0247-02                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）

素质教育的核心是以学生为主体、以学生发展为根本，实质是要求教育要面向所有学生，促进学生德智体美劳全面发展，重点提高学生服务国家和社会、服务广大人民群众的社会责任感，善于运用所学知识解决实际问题的实践能力，培养学生勇于探索和开拓创新精神[1]。实践教学是培养学生综合素质和提高创新能力的重要手段之一[2]，是学生课堂所学基本理论知识的延伸，也是对课堂理论教学效果的重要反馈，两者相辅相成，紧密联系。随着社会的快速发展，国家要抢占科技制高点，离不开创新人才的支撑。高等院校作为人才培养的最大基地，在实践教学过程中，应当着重培养学生的创新型思维能力和探索未知知识能力、理论联系生产实践的能力、解决实际问题的能力，以培养创新型人才[3-6]。

创新性综合大实验是理工科高校培养创新人才的高效载体，在很多教学水平较高的综合性大学都开设有生物创新性综合大实验，地方院校由于受到师资力量和教学设备的影响起步较晚，显得较为落后。生物创新性综合大实验课程是指学生在经过专业知识学习和基本技能训练以后，掌握一定的生物学基础理论知识和基本操作技能的基础上，综合运用本专业及相关交叉学科的知识点或实验技能，通过观察、讨论、探索、分析等多种方式进行实验设计与结果验证或者探究未知学习领域并应用于生产实践的一门复合性实验综合课程[4-8]。生物科学是南阳师范学院重点发展和建设的特色学科，是国家级特色名牌专业，拥有多个实验工程中心和实验平台。根据应用创新型人才培养的要求，大力改革创新性综合大实验，整合学校资源，从教学内容设计、教学方式、教学过程和教学考核等方面进行大胆尝试，取得了较好的教学效果。

1    组织教师专家团队优化整合教学内容设计

传统生物实验课程内容设置单一，主要是对理论知识进行考察和验证，包括演示性和验证性实验，侧重于对刚进校大学生基本专业技能的培养，培养学生对单个知识点或者单一技能的掌握运用能力，知识点较细、较零散，实验主要在大学一、二年级阶段开展，实验内容较为枯燥，难以提起学生兴趣，学生以被迫式学习为主，主动性学习少。进入大三以后，根据教研室的安排，打破一人一门理论课附带一门实验课的传统格局，发挥实践课程任课教师的团队优势，结合各位教师的自身优势，将自己的科研内容和前沿知识有机整合到实验中去，设置一个综合了各门基础知识和理论的大专题，让学生在学习中探索、在探索中学习，把教学目标设定为培养学生主动发现问题、独立分析与解决问题的能力，激发学生探索未知学习领域，培养学生对科学的奉献精神和创新精神。随着生命科学技术的飞速发展，各种生物新技术和新方法日新月异，许多科技前沿知识和方法只停留在理论课堂或者重大科技平台上，很少能广泛应用于广大学生的普通实验课，加上教师知识体系过于陈旧、更新速度慢，实验教材编写教师知识的局限性，导致在制定实验教学大纲、设定实验数目与内容时，往往存在教学大纲目标陈旧片面、实验内容过于老套、新知识新技术更替缓慢等问题，因而改革实验教学大纲和实验内容势在必行。南阳师范学院需要整合各种实验资源，协调各种实验平台和工程中心，发挥专业与学科优势。开展宏观综合性实验的最终目的是培养学生综合运用知识进行科学创新的能力，首当其冲的就是创新设计实验内容，主要包括以下3个方面。一是顶层设计新，体现在实验大纲和实验内容的新;二是实验方法的新，体现在尽最大可能融合现代生物技术新方法、新理论;三是通过实验使学生的科学探索精神和学习兴趣大大加强、学生的创新思维和创新能力得到显著提高。因此，在选题上应从南阳市生产实际出发，紧密抓住南阳市矿产资源丰富、开采冶炼污染大的实际问题，将南阳师范学院生命科学与技术学院生物科学专业宏观生物综合实验教学内容具体定为考察生物与环境的关系及应用，探究环境指示生物在环境监测与污染治理中的应用。实验以草间钻头蛛为材料，探究自然环境中的重金属如何在食物链中传递、累积和放大，有机体面对毒害如何进行有效防御的生理机制以及蜘蛛作为环境指示生物在生产实践中的应用。整个实验内容涵盖了动物学、昆虫学、生态学、毒理学、动物生理生化和生物学数据统计与分析等多门专业课，逻辑性强，覆盖面广而深，各学科紧密衔接，知识系统化、科学化，要求学生运用所学各种专业理论知识和基本技能去进行实验，大大激发了学生的学习兴趣。

2    改进教学方式和教学过程

教师团队制定全新的实验大纲，编写了系统专业的综合实验讲义，实验过程中，把学生分成若干个实验小组，在确定实验内容后，学生以组为单位查阅害虫天敌与重金属方面文献资料，撰写重金属对蜘蛛的影响文献综述，参照文献内容结合实际设计实验方案。建立交流群，由教师对各个小组进行适当的技术指导和审核，倾听各小组里不同的声音，最终小组讨论确定实验方案。在确定方案后，各小组严格按实验规程进行实验，实验过程中做好相关记录，小问题小组讨论解决、共性问题全班讨论解决、重大疑难问题在教师团队指导下解决。最后将实验结果以类似科研论文的形式包括文献综述、实验方案设计、实验过程与记录、实验结果分析、实验结论和实验总结等交给教师团队批阅。

新的实验教学模式打破了传统填鸭式教学的局限，使学生成为学习的主人、教师是学生的拐杖和引路人，结合“90后”大学生个性强和想法多的特点，利用各种媒介特别是手机进行全方位的交流互动，激发学生潜在的自学能力和巨大的创造能力，提高学生自主学习、探究性学习的积极性以及学生综合运用理论知识解决生产实践问题能力、科研团队协作和创造创新能力。

另外，在综合实验教学过程中改变实验室管理模式，生物实验楼有关综合实验的实验室实行全天候开放，教师可以轮班值守，可借助通讯媒介全程指导，各小组根据实验进度灵活掌握实验时间。由于实验具有不可控性，各小组学生可以在综合实验的持续4周时间内一直在实验室工作，以保证可以完整地完成一个实验流程。这种灵活多样的实验室管理模式和指导模式可以有效地减缓学生实验的紧张感和局迫感，使其全身心地投入到实验中去，同时也可较大限度地发挥实验教师组织者与参与者的专业优势，与学生进行良性互动。

3    优化教学考核方式

传统实验课程考核的依据为实验报告，由于实验内容设定单一，又大多是验证性实验，实验结果大同小异，因而无法甄别学生的掌握程度，无法真实检验实验的效果，更谈不上创造创新能力的培养。为此，生物宏观综合实验形成了轻结果重过程、重实验技能、重科研创新能力和重品德的实验考评体系，主要考核学生在实验过程中综合运用知识解决问题的动手能力，提出问题、分析问题和解决问题的能力，團结协作的能力，归纳总结的能力，综合利用各种数据库查阅文献进行科研论文写作能力以及系统的科研思维和创新能力。教师在评定成绩时，对那些在实验过程中敢于打破常规、具有独特想法的学生应重点关注，既要评判学生科学报告写作的规范性又要评判学生综合实践能力，培养学生的初步科研兴趣与创新能力[9-10]。

4    结语

生命科学与技术学院创新性综合实验的开设很大程度上丰富和革新了实验教学内容，有效地整合了学校的各种教学资源，发挥了教师团队的强大专业优势，学生运用各种平台和资源最大限度地检验了自己所学的专业知识，培养了各项实验技能，提高了科学研究和动手创新能力，形成了师生良性互作的新模式。在今后的教学改革中，更应该加大力度改革教学内容、教学模式和教学考核方式，提高学生的综合实践素质，培养生物学科创新性人才。

5    参考文献

[1] 陈鹏.中国特色社会主义教育理论刍议[J].陕西师范大学学报（哲学社会科学版），2018，47（6）：5-28.

[2] 邢红宏，梁承红，张纪磊.充分利用综合性实验培养学生的综合素质[J].实验室研究与探索，2013，32（2）：165-167.

[3] 徐波，戴晨霞，陈明辉，等.生物技术专业多学科综合实验教学改革研究[J].大学教育，2017（6）：1-3.

[4] 刘锴栋，黎海利，魏伍川，等.地方师范院校生物科学专业生物综合大实验课程体系的探索[J].大庆师范学院学报，2016，36（3）：91-93.

[5] 贾永霞.创新性实验教学的探究与实践[J].实验室研究与探索，2018，37（12）：206-208.

[6] 张彩莹，夏敏，周索.《生物工程综合大实验》课程的改革与实践[J].南阳师范学院学报，2016，15（3）：58-60.

[7] 聂三安，林瑞余.高校综合实验课程教学改革新体系的探索：以生物科学为例[J].教育教学论坛，2018（34）：163-165.

[8] 薛绍礼，屠培培，吴琳梅，等.生物技术综合实验教学实践的一些体会[J].科技创新导报，2019（7）：232-234.

[9] 刘洪艳.项目化教学模式在专业综合实验中的探索研究[J].实验科学与技术，2018，16（1）：61-64.

[10] 何丽明，蒋群，闫晓梅.生物技术综合实验的教学设计与探讨[J].高校生物学教学研究（电子版），2016，6（2）：50-53.