创新性实验教学的实践和探讨

王佳璐 王芳 黄求应

摘 要：该文探讨了在创新性实验教学狮子山昆虫种类调查课程中，以兴趣点吸引学生参与，以学生为主体、教师为主导的原则开展实验内容的设计与操作，注重对实验过程的管理，完善以过程为导向的评价体系。通过教学改革，激发了学生的创新思维和创新意识，学生的科研实践能力和科学素养得到显著提升。

关键词：创新性实验教学;科研实践;过程评价

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）09-0174-03

大学生创新性实验计划是“十一五”期间教育部在新形势下为推动创新型人才培养工作而实施的一项重要举措。该项目直接面向大学生立项，旨在促进高校转变教育观念，激发大学生的创新思维和创新意识，培养适应创新型国家建设需要的创新人才。2016年全国科技创新大会对高校实验教学提出更高要求，要求高校实验教学要着力培养大学生的社会责任感、创新精神、法制意识和实践能力[1-3]。

传统实验教学中，教师为学生准备好实验所需的设备和材料，学生只需要按照实验指导书依次完成实验步骤，就能得到并且一定能得到已知的结果。一方面，学生感受不到实验的乐趣和求真的冲动;另一方面，学生错误地产生“书本就是权威、老师就是权威”的思想，缺少质疑与批判意识，更谈不上创新精神、创新人格和创新能力的培养。2000年以来，华中农业大学积极开展大学生科技创新实验，发现参与的学生存在有意识开展科技创新但缺少最基本的专业知识和技能，或者有意识开展科技创新也申报了项目但中途因为辛苦放弃等问题。针对这些问题，以引导学生探究、突出学生自主训练、实现实验课堂到科技创新对接为目标，华中农业大学近年来高度重视大学生创新性实验教学，本科实验教学中心、学院专业实验室、创新教育基地等积极配合，在项目来源上致力于让学生提前了解有关理论、科学研究技术与方法，在课程内容上注重多知识点的交叉融合与集成，强化实验技能综合训练。创新性实验教学课程成为学生开展科技创新的孵化器，获得了师生的一致认可[4-6]。笔者以创新性实验教学狮子山昆虫种类调查课程为例，探讨通过创新性实验教学培养大学生从事科学研究和创造发明的科学素质。

1 兴趣是内驱力

本课程自2013年起申报立项面向全校大学生选课开放至今，已连续8年开课，每学年开设1次。由于选课系统30人的限制设置，每年选课期间该课程在学生交流群中都会出现“一位难求”的境况。选课学生来自动医、园林、广告、经济、食工、自动化等20多个专业大一至大四的学生，喜欢昆虫、不惧怕昆虫、希望有机会玩虫子、对昆虫有一定兴趣是这些学生共同的特点。在学习之初，大部分学生对昆虫有一定的了解和认识，有特别钟爱或者追求的昆虫种类;少数学生对昆虫的记忆停留在孩童时候，期望能在课堂上重现抓虫玩虫的美妙时刻。了解到学生的这些情况，教师在第1次课上会较为系统地讲解昆虫的起源与进化、昆虫体躯的构造、头胸腹外部形态的特征、昆虫的生活史、昆虫的取食、防御行为等内容，约4个学时，尽可能地满足学生对昆虫专业知识的渴望，同时也修正学生认知中的一些错误。比如讲生活史部分时会讲到“朝生暮死”这个成语，起初说的是一种叫做蜉蝣的昆虫，它们的寿命非常短，早上羽化出来，傍晚就死了。这个时间通常是几天，最短的只有1～2h，所以用这个词来形容生命的短暂。但其实，这个短暂的过程只是指蜉蝣的成虫期，在这期间蜉蝣要完成在飞行中交配、雌虫把卵产在水中、繁殖下一代的使命。事实上每个蜉蝣个体的发育要经过卵期、幼期、成虫期3个发育阶段，需要几个月甚至几年时间才能完成。背景知识的讲授摒弃了知识的简单罗列，而是采用互动的形式，激起学生的学习需求与学习期待，从而使学习处于激活状态;同時用更多的图片和视频代替文字的罗列，将昆虫学的基本知识和野外采集昆虫的实际情况结合起来，吸引学生对课程本身的注意，激发学生的学习动机。在讲到昆虫外部形态和取食行为部分，少数昆虫种类学生都很容易理解，还有些平时不太了解又生活在身边的种类，也让学生理解了所学知识在生活中的意义。另一方面，在讲到采集工具和采集的技巧方法部分，学生都表现出浓厚的兴趣。教师在课堂上组织学生相互认识并依据共同目标完成分组，一般3～5人为一小组，推荐出小组长，之后建立联系群商讨实验方案。

2 学生是主体

传统实验教学是在固定的实验室内授课，学生不允许在课表规定的时间外进行实验，学生无法根据自己的时间和兴趣选择喜欢的方向进行学习。创新性实验十分注重学生的探索精神，注重在学习的过程中将学生的被动学习转化为主动学习。本项目中，通过教师课堂讲授，学生认识了不同种类昆虫的发育史及为害史，积累一定的专业知识，对于后期实验顺利开展非常重要。比如讲直翅目昆虫时，除了讲述目的特征，为了提升学生的兴趣和学习效果，还在介绍形态特征时，通过大量彩色的形态图和特征图帮助学生比较直翅目常见科在触角、听器、足等部位的不同，培养学生的观察和分析能力;讲述直翅目害虫危害时，从蝗虫超强的繁殖能力，谈到大家熟悉的非洲及印度和巴基斯坦的蝗灾，从地理、季风等多个方面分析沙漠蝗没有迁飞到我国的真实原因。课程开始时，任课教师拟定了不同的实验对象和目标，从目的特征、重要科的分类特征、危害植物的范围、生物学特征、经济意义等方面向学生介绍这些昆虫种类，学生根据自己的兴趣、爱好、能力水平来确定研究的内容和方向，给予学生充分了解、自由选择和创新的机会，这样每一个学生都可以实现自己的期望和价值。学生定下目标昆虫种类后，自行查阅资料、设计实验方案，制定出针对目标昆虫的实验步骤和规划，并在实施过程中不断改进和优化，即使出现无法预知的问题，学生也会围绕问题各抒己见，不断摸索和验证。对于目标昆虫，教师引导学生一定要以校园实际情况为基础，不可盲目追求个别珍稀种类。因此，实验目标要接地气，实验步骤也不需要太复杂，既要完成定下的实验目标，同时也要保证实验的完整性。在整个过程中，小组成员参与程度、合作精神、协调能力以及遇到困难和处理问题的能力得到充分体现，学生全面沉浸于科学实验中，体会到实验过程的苦和乐，不同学科的学生相互合作，个性得到彰显，学科交叉更加融合。在小组PPT汇报中，很多学生提到在活动中不仅加深了其对喜爱学科的理解，也收获了友谊和乐趣，并对课程提出了自己的建议，有助于项目的持续开展。

3 教师是引导者

大学生创新性实验计划是倡导以大学生为主体的创新性实验改革，但学生的知识储备有限，又缺乏系统研究的经验，因此教师要给学生提供参考课题，充分尊重学生的个性发展，充分发挥每个学生的不同认知特点和不同的发展潜力。同时，在实验过程中，教师应实时跟进，了解项目进度，根据实际情况提供一些指导性的建议。另外，教师应当侧重于对学生的引导和启发，引导学生自主地获取知识，在实验过程中保持主动性，主动参与、积极沟通、创新实验内容。比如，在实验开始之初，学生并不知道如蝶类等某一类昆虫在校园中出现的时间或地点，因此在前一两次野外采集中会抓到其他种类昆虫，但是目标昆虫收获不大。这时学生一般会不假思索地求助于教师。面对这种情况，任课教师最好不要马上为学生排除困难，应及时了解分组学生的实验进度，因势利导，鼓励和引导学生尝试自己解决问题，或请同组学生共同讨论，至少要找到出现问题的原因。这时，部分学生会想到天气、温度等原因，教师可适时引导学生了解自然规律，掌握目标昆虫与其寄主植物的生长规律，再设计方案计划。实验过程中，教师应善于挖掘学生的内在潜能，多角度、多途径引导学生进行思考和探究，为学生提供发挥聪明才智、积极创新的舞台。通过实验，学生加深了对课堂上所学专业知识的理解以及对所学专业知识实际应用的认识，同时熟悉了实验的操作规程和技巧，掌握了实验原理和方法，提高了实际动手能力和灵活运用所学专业知识解决实际问题的能力。在教师的指导下，学生对实验进行独立思考、大胆质疑，自行设计方案、自主操作实验、自由发挥想象，极大地调动了学生的主观能动性，使学生的潜能得以充分发挥，激发了学生的求知欲和创新思维，增强了学生的科研实践能力和创新能力。

4 考核重过程

学生在教师提供的参考范围内选题，在教师的指导下设计实验方案，通过探索性的实验，经过分析、讨论、总结得出结论或收获目标种类。本项目的考核方法以激励学生主动求知为宗旨，协调促进整个课程的改革与创新。评价标准的设计坚持“倡导动手实践、重在创新过程”，具体包括考勤及实验表现考核、目标达成度、PPT汇报3个方面。考勤及实验表现考核为个人计分，主要根据学生的出勤情况、参与实验的积极性，占总成绩30%;目标达成度为小组计分，主要依据小组对目标种类的要求是否在种类、数量及制作美观度等方面达到了既定目标，占总成绩40%;PPT汇报为小组计分，主要依据小组成员在项目完成过程中的努力、进步与收获，以及沟通能力、团队合作能力等进行评价，占总成绩30%。项目的考核不包括考试或纸质实验报告，对学生的评价不单纯重视其实验成功与否，而是重视学生的实际收获，重过程、重体验、重参与。对实验小组的评价与个人评价相结合、定性评价与定量评价相结合，多元化的评价策略更注重对学生在实验过程中的参与度、实际贡献、创新能力进行评价，突出了过程导向，激发了学生积极反思与完善自我，提高了学生的创造力和主观能动性。

5 结语

本实验课程具有综合性和探索性，要求学生能灵活运用多种知识。学生来自全校多个专业，多数专业知识以前没有了解过，这就要求学生不仅在选题前要掌握老师讲的内容，在课下还要自主学习，丰富自身的专业知识储备。例如，有些学生是广告、经济等专业的，农学、生物学的基础知识非常薄弱，他们为了更好地进行实验，自发地在学校课程网站上学习相关课程、观看相关视频。专业知识的拓展调动了学生探究的主动性，也给非生命科学专业等更多学生开设了进行科研实验的平台。

本实验课程具有实践性和灵活性。学生因为相同选题结成小组，针对目标要求设计合理的实验方案，并能够较好地完成相应的实验内容，从而具备较强的实验分析和总结能力，使得学生在发现问题和解决问题的过程中得到全方位的锻炼，从而提高了学生综合灵活运用所学专业知识解决实际问题的能力，同时也充分发挥了学校的师资及实验室优势，为学生提供发展个性和施展才能的机会，培养学生的创新能力和实践能力。

知识不完全是通过传授获得的。在创新性实验教学活动中，教师应是组织者、指导者，学生应是教学活动的实施者和探索者。指导教师应当转变观念，善于挖掘学生的内在潜能，多角度、多途径指引、引导学生进行思考和探索，提出新想法，并通过设计方案、动手实施、最终验证或推翻假设，从整个过程中提升创新实践能力。

参考文献

[1]白璐，田晓柱，牛炳韬，等.大学生创新性实验对创新型人才培养的研究[J].实验室研究与探索，2015，34（4）：161-164.

[2]赵希文，吴菊花，燕杰.国家大学生创新性实验计划与创新教育改革[J].哈尔滨工业大学学报（社会科学版），2010，12（04）：105-109.

[3]夏有为.为振兴中华创建“双一流”——访南开大学校长龚克教授[J].实验室研究与探索.2017，36（02）：1-4.

[4]盛龙，黄茜.创新性实验教学实践项目改革初探——以“特色风味鸡蛋干制备与品质评价”课程项目建设为例[J].教育教学论坛，2017（04）：269-270.

[5]黄远，杨文杰，别之龙，等.创新性实验教学的探索与实践——以“蔬菜嫁接育苗综合实验”课程建设为例[J].农业工程技術，2020，40（10）：66-68.

[6]成协设，刘薇，王立金.开展创新性实验教学实现理论到创新的有效对接[J].实验室科学，2011，14（01）：200-202.

（责编：徐世红）