探索性实验在培养学生创新能力中的应用#

方明 龚星宇 魏媛媛 王战国

（成都大学基础医学院，四川 成都610106）

传统医学机能实验教学在验证经典理论、传承科学精神、保持学科完整性上有其独特价值[1]，其优点在于实验内容源自经典的已验证实验，学生按部就班即可完成实验内容并书写实验报告，实验成功率高，且每组学生所做的实验内容是相同，便于教师对学生实验成绩的评分；缺点是忽视学生的创造性思维，使学生长期处于被动服从地位[2, 3]。

培养学生创新能力已成为当代高等教育的当务之急，原有的医学机能实验教学对培养学生创新能力十分不利。教学是创新的重要引擎，因此改革实验教学、培养学生的科研思维及创新能力，是医学机能实验教学改革的重要课题之一[4]。

基于问题的教学方法（Problem-based Learning，PBL）源于20世纪50年代的医学教育，是以问题式学习或者项目式学习的教学方法，强调学生在学习中的主体地位，鼓励学生独立思考，注重培养学生自主学习能力和发现、分析、解决问题的能力[5,6]。基于此方法，我们教研室对医学机能实验教学进行改革，开展探索性实验教学，已初显成效。

1 探索性实验教学实施前期准备

医学机能实验开课前通过QQ群和腾讯会议等线上方式向学生介绍探索性实验的内涵，即人们从事研究时，为探寻事物或现象的性质及规律所进行的实践活动[7]；探索性实验教学内容以与医学机能实验相关的、本学院教师科研方向为主线的实验问题；探索性实验教学方法是学生根据自身兴趣组成实验小组提出问题和猜想假设、查阅文献制定计划和实验方法、进行实验或收集证据，并对结果进行分析讨论，期间包含教师与学生的大量交流和评估；探索性实验成果以撰写论文或参加大学生创新创业大赛的方式进行评价。探索性实验教学鼓励学生大胆设想，可以充分发挥学生的自主性，实验过程中学生需根据实际情况不断吸取新知识，并面对实验结果的多样性，这有助于培养学生的自主学习、科研思维和创新能力。

2 探索性实验教学实施的三个阶段

医学机能实验是基础医学一门重要课程，其教学内容包含生理学、病理生理学和药理学三门学科的实验，教学目标既要求培养学生掌握实验基本原理和基本技能、熟练使用实验仪器、检测并分析实验数据，又要求培养学生的创新能力。为了达到这个教学目标，我们在医学机能实验教学实践中把探索性实验教学分为三个阶段：以PBL教学方式引导传统医学机能实验教学为第一阶段，征集和发布学院教师科研方向为第二阶段，学生根据兴趣组成实验小组在教师指导下进行探索性实验为第三阶段。

2.1 以PBL教学法引导传统医学机能实验教学阶段

传统医学机能实验教学大部分实验以验证性实验为主，能培养学生对实验基本原理和基本技能掌握、实验仪器的使用、数据的检测和统计分析等能力。这种实验形式虽然使学生掌握了探索性实验的必备基础，但作为求知主体，学生却始终处于被动服从地位，忽视了学生的自主学习能力培养。学生的自主学习能力是探索性实验的保证。为了解决这一问题我们在教学实践中引入了以问题为导向的PBL教学法。比如在神经系统实验“神经干传导速度测量”中提出学生熟悉的科学家霍金所患肌萎缩侧索硬化症症状，通过学生围绕问题独立收集资料，采用小组讨论的形式，解决问题，培养了学生自主学习能力[8]。学生通过以PBL教学法引导传统医学机能实验教学阶段后初步具备了探索性实验的条件。

2.2 征集和发布学院教师科研方向阶段

通过公开向全院教师征集探索性实验问题获得了“具有杀婴行为的母鼠易患抑郁症的神经免疫机制”、“喷墨3D打印技术应用于骨组织修复”、“复方绞股蓝改善小鼠学习记忆”等问题。问题征集后通过QQ群向学生公布并组织教师安排时间对公布的探索性问题向学生进行宣讲，宣讲内容包括研究领域现状、前沿、科研成果及转化情况、实验要求和评价指标。

2.3 学生根据兴趣组成实验小组在教师指导下进行探索性实验阶段

在学习宣讲内容并与教师交流后，学生根据自己兴趣和所掌握的知识组队，每队人数不超 5人。组队完成后确定实验小组的探索性实验指导教师。实验小组根据问题查阅文献、制定计划与实验方案，在与指导教师讨论、修改、确定后进行实验，并收集数据，对结果进行分析与讨论，撰写实验报告或论文。对于创新性较强的成果，由指导教师推荐发表论文或参加大学生创新创业大赛。最后组织全部学生公开报告实验过程、学习方法、实验结果及遇到的相关问题，分享实验经验与体会。

3 探索性实验的教学反馈和成果

3.1 探索性实验教学反馈

对18级临床专业94名学生进行问卷调查，收回问卷94份，收回信息完整的有效问卷91份。调查结果显示 85.7%的学生认为有必要开展探索性实验（30.7%认为很有必要）。79.1%的学生认为探索性实验提高了学生对医学机能实验的学习兴趣（35.2%认为有明显提高）。86.8%的学生认为探索性实验对培养学生创新能力有明显作用（40.6%认为很有作用）。统计结果显示，在医学机能实验教学中开展探索性实验得到了大多数学生的认可，且对于培养学生创新能力起到了积极的作用。

3.2 探索性实验教学成果

据统计，自2018年我教研室在医学机能实验教学中开展探索性实验以来，学生通过参与探索性实验在公开期刊共发表论文15篇，参加大学生创新创业大赛获得全国一等奖1项、二等奖1项，三等奖2项的成绩。许多学生在报告中写到：“参与了探索性实验后觉得科研创新也不是那么难了”、“探索性实验培养了自己的自学能力和钻研精神，非常赞同这种教学模式”。

4 医学机能实验教学中开展探索性实验的反思

4.1 开展探索性实验教学要求高于传统医学机能实验教学

探索性实验要求学生在具备传统医学机能实验技能的同时还需要具有强烈的求知欲、较高的自主学习和科研创新能力。这就要求医学机能实验教学中不仅不能忽视传统的验证性实验、综合性实验以及设计性实验，还需要引入PBL教学法讲述该实验相关内容的研究现状和研究前景，给学生提供探索的思路和方向，供学生在课后查阅文献资料以便于深入了解，为探索性实验教学做铺垫[9]。

4.2 探索性实验教学师资问题

探索性实验教学，对教师的教学水平和知识面提出更高要求。学生在实验中会遇到和提出许多问题，作为指导教师，需要不断学习本专业新知识，拓宽知识面以应对学生实验中出现的问题。为此，我们教研室与全学院征集的具有丰富教学和科研经验的资深教师共同组成探索性实验教学团队，以确保探索性实验教学顺利实施。

4.3 探索性实验教学中教师和学生职责要分明

探索性实验开展过程中出现部分教师为了尽快完成实验、获得成果，完全代替学生设计好实验，只让学生操作的现象，学生沦为“实验室操作机器人”完全达不到培养学生创新能力的要求。探索性实验教学是以学生为中心，以培养学生学习自主性和创新能力为目的，实验方案设计、实验操作、实验结果分析和讨论应该以学生为主。教师职责只是学生学习的组织者、合作者、引导者和评价者[10]。