提高解决问题能力为目标的实验教学改革实践

摘要：随着现代科技高速发展，各种用于分析或测定的现代化仪器和设备几乎覆盖了检验所有项目，掌握检验仪器工作原理和相关操作是从事检验工作的必备技能，也是学生走向实际工作岗位一个重要实践环节。而仪器在不断发展进步，充满不确定性，唯有让学生具备终身学习能力、思辨能力和解决问题的能力才能顺应时代对专业人才的要求。为此我们进行了以提高解决问题能力为目标的检验仪器实验教学改革，通过转变传统教学模式，设置开放式设计性实验、构建多元学习模式、搭建虚拟仿真实验平台、提高实验难度、统筹分配实验资源、优化考核模式等多种举措以提升学生自主学习能力，不断发现问题、解决问题，在试错中探索求真，从而达到理论与实践的融会贯通。

关键词：实验教学改革；仪器教学；检验专业；设计性实验；虚拟仿真

Abstract：Withtherapiddevelopmentofmoderntechnology，allkindsofmoderninstrumentsforanalysisordeterminationalmostcoverallthetestingitems.MasteringtheworkingprinciplesandrelatedoperationsofinspectioninstrumentsisanessentialskillforinspectionworkandItisalsoanimportantpracticallinkforstudentstoachievepracticalwork.Andtheinstrumentsareconstantlydevelopingandadvancing，fullofuncertainty，onlystudentswithlifelonglearning，criticalthinking，andproblemsolvingabilitiescanadapttothesocietydemandofprofessional.Forthispurpose，wehavecarriedoutateachingreformofinstrumentexperimentoflaboratorymedicinewithgoalofimprovingproblemsolvingabilities.Variousteachingmethodsandmeasureshavebeenused，suchastransformingtraditionalteachingmode，settingupopeninganddesigningexperiments，establishingmultivariatelearningmodel，buildingvirtualsimulationexperimentalplatforms，enhancingexperimentaldifficulty，coordinatingandallocatingexperimentresources，optimizingexaminationmodeandsoontoenhancestudents'selflearningability，continuouslydiscoverandsolveproblems，exploreandseektruththroughtrialanderror，achieveintegrationoftheorywithpractice.

Keywords：Experimentalreform;Instrument;Laboratorymedicine;Designingexperiment;Virtualsimulation

1概述

随着现代科技的高速发展，检验自动化逐渐取代了传统手工操作，克服了手工分析测定精密度低、速度慢和难以标准化的缺陷。在医疗卫生检测机构和独立的商业化检测实验室，各种用于分析或测定的现代化仪器和设备几乎覆盖了检验所有项目，因此掌握检验仪器工作原理和相关技术，熟悉仪器主要结构、性能特点，熟练使用仪器是从事检验工作的必备技能，是学生走向实际工作岗位一个重要实践环节。而在经济全球化、资源信息化、知识和信息高度交联化的现代社会中，各项事物都充满了不确定性，并且在快速发展更新中，社会对人才专业技能的要求也在不断变化。法国哲学家埃德加·莫兰曾说，教育的真谛是要让人们学会穿越确定性的群岛，在不确定性的海洋当中航行。面对技术不断更新迭代的仪器设备，唯有加大对学生终身学习能力、思辨能力和解决问题能力的培养才能让学生不断更新认知、提升技能，更好满足新时代人才岗位需求。

仪器学是一门交叉性极高的学科，涵盖了物理、化学、电子、计算机、材料等学科知识，对教师知识储备要求较高，且内容繁难抽象［1］。在传统实验教学中，实验往往以验证性实验为主，学生存在“被动实践”问题［24］。授课时教师会将实验内容和步骤先行讲解，学生只需按照教师提供的实验方法和步骤操作即可，至于为何这样操作，实验中应该注意哪些问题则一知半解，实验报告也千篇一律，没有体现出自身对问题的思考，这样最终只能培养出按部就班的操作工，至于学生的思辨能力、解决问题能力却没有得到充分锻炼，也不能有效调动学生的学习积极性。实验开展一般以四人为一个小组，每班分配五到六组，每次两到三个班同时进行实验授课。受实验仪器和实验场地限制，仪器统一配置于仪器室。当需要操作配置数量较多的仪器，例如紫外可见分光光度计时，学生则聚集在仪器室，教师很难进行一一监督和规范性指导。而大型精密仪器由于价格昂贵配置数量较少，且操作步骤相对复杂，仅靠教师现场讲解和演示所达到的教学效果有限，加上实验时排队测试耗费时间，使学生在有限的课堂时间内无法对仪器结构和操作完全掌握，也更无法与原理知识相融合。

为了解决传统实验教学中的问题，我们提出以提高学生解决问题能力为目标的实验教学改革（见下图），以激发学生求知欲望，培养其学习主动性和能动性，提高自主学习能力、思辨能力和解决问题的综合能力，同时也激发起教师的教学热情，提高教师综合教学能力，形成“教学相长”的良性循环。

实验教学实施流程图

2以小组项目任务驱动学习主动性

改变教师讲、学生做的传统实验教学模式，以CwGFr/8dIHVnTb/6RTXNF3idLjYLmZb47AaTLhXOqzQ=小组为单位、完成项目任务为开展形式重构实验教学课堂。以开放式设计性实验为主体，实验内容紧跟理论授课重点，作为理论教学的延伸。理论授课结束后，教师随即发布《实验项目任务书》并提出实验要求。学生自主组建团队，利用2周时间完成初步实验方案，其中包括实验原理、溶液配制、样品前处理、仪器使用流程、检测步骤、实验关键点及对策等六项内容。学生根据任务书提供的仪器和试剂，分工合作，查阅资料，选择可行的实验方法，并预判实验中可能存在的问题及解决办法，形成初步实验方案。教师通过审核初步实验方案评估实验可行性，给出指导意见。学生根据意见，用1周时间进行方案修订和优化，直至通过评估［5］。实验中，教师根据每组方案提前准备好所需试剂跟实验器材，小组成员对照方案分工合作开展实验。教师则主要负责引导，进行过程性评价记录。实验结束后1周时间内，学生进一步完成《实验项目任务书》剩余内容，包括数据处理、注意事项、结果与讨论、小结与建议、思考题、组员评价等六项内容。开放式设计性实验有效促进了学生主动对实验过程进行思考和理解，实现了在课堂上听教师讲过程到自己想过程的学习转变。实验中发现问题，也能根据《实验项目任务书》中的预判提出解决问题的办法再实践，最终在反复修正和探索中达到对实验原理深入理解的效果，实现学生自主学习能力、分析和解决问题能力的提升作用。

3构建多元学习模式

通过综合运用雨课堂、超星学习通构建仪器课程学习平台，运用企业微信、WPS云平台实现线上线下互动互通［67］，有效指导学生开展自主学习，顺利完成实验方案设计，达成预期教学目标。利用超星学习通搭建线上学习资源，如搭建的“检验仪器视频资源库”涵盖课程视频资源50余个，学生利用碎片化时间通过线上自主学习加深对仪器的原理和结构的掌握。雨课堂最大的优势是有效监测学生课堂参与度，在实验教学中通过设置实验小测，及时抽查学生对实验关键原理和操作的掌握情况。雨课堂也可以调用优质慕课资源［89］，与超星学习通自建资源形成互补，进一步拓宽涵盖内容，帮助学生打牢实验操作技能基础。企业微信用于建立学生与教师的线上互动，教师在企业微信群发布学习通知和要求，解答学生问题。目前WPS软件除了基本的文档编辑功能外，还涵盖了丰富的云端功能，可以实现文档的快速收集和云存储，因此课程利用WPS云平台对实验报告进行无纸化管理。实验结束后，学生将完整的《实验项目任务书》上传WPS云平台，教师批阅后直接以共享模式通过企业微信反馈给学生，免去文档打印、传送等过程，实验报告存放在云端，学生可随时通过分享的链接查阅。实验项目任务发布后，教师将综合运用线上平台，引导学生自主学习，运用理论知识指导实践，完善实验方案。

4丰富实验教学手段

为了解决大型精密检验仪器数量少、实验运行成本高、不便于学生充分操作和实践的问题，课程通过引入虚拟仿真实验平台，让学生体验从试剂装载、校准、质量控制到参数设置、样本检测、仪器维护的完整操作流程［1012］。运用虚拟仿真实验平台，大大丰富了检验仪器实验教学内容，使教学开展不再受实验环境限制，虚拟化场景更加贴近实际，更直观、深刻地展现仪器的构造和原理，有效激发学生学习兴趣。学生在虚拟化场景下，按照界面提示进行操作，即使操作错误也无实验安全风险。对于生疏内容，可通过反复学习、反复操作来进一步熟悉仪器操作界面及结构，从而达到对仪器原理的更深入理解。运用虚拟仿真平台，还可全过程监测学生操作情况，当学生完成相应的实验内容之后，平台会自动分析实验流程的正误，给出每一个实验步骤的分数并汇总成绩。教师可通过后台系统，查阅每位学生的操作过程和考核成绩，了解实验操作中的难点、易错点，从而帮助教师优化教学内容。

5巧设“障碍”提高实验挑战度

体现“两性一度”是教育教学高质量发展的新时代要求，为了提高学生解决问题能力，实验中将预设一些“障碍”，让学生在操作中发现问题，通过思考、探寻、修正设计方案，并再次验证以最终获得满意的结果。例如，通过在待测样本中加入干扰物质，让学生寻找消除干扰的方法；提供高浓度待测样本，让学生学会判断当浓度超过标准曲线使用范围时的处理方法，并合理处理数据；设置有色待测样本，让学生合理设置参比溶液消除干扰；设置多组分待测样本，让学生基于不同方法使用不同仪器实现检测，并加以对比，总结分析方法的优缺点。通过巧设“障碍”，学生不断发现问题，分析问题，修正方案，在试错中探寻本真，最终实现提高解决问题能力的教学目标。

6打破时间束缚，合理分配资源

在现有实验教学条件下，通过统筹上课时间和实验资源，使每个班在实验内容和使用仪器上不相重叠，避免人员聚集，最大限度保障每组学生都有充足的仪器操作时间，让每位同学都能动手实践。由于实验中的各个操作环节、试剂用量都由学生自主设计并优化，难免会出现操作失误或达不到预期结果的情况，实验室应准备充足的试剂和器材以保证学生可以多次实验。弹性实验时间也是保障开放式设计性实验顺利开展的重要环节。实验排课时尽量安排下午且晚上没有课程的时间段，以提供充裕的实验时间。对于实验中未能获得理想结果的情况，学生可及时与教师沟通，通过实验反思提出存在的问题，与教师一起探寻解决办法，并再次预约实验时间［13］。

7优化考核模式，提升团队意识

为了提升学生团队协作意识和组织责任意识，提高学生参与度，尽量缩小小组成员人数，以3人为一组。在考核模式中增加过程性评价监测点以考查小组成员的协作情况，课堂中教师根据小组成员分工设置随机抽查提问环节，若学生在短时间内回答出来则说明其参与其中并进行了自主学习。另外，《实验项目任务书》中增设“组员评价”项，实验结束后小组成员在线互评，若评分很低则说明其团队协作认可度不高，将对这些学生予以警告或取消本次实验成绩。

8思政元素融入项目任务

结合目前社会热点和社会需求，将实验内容封装在热点背景中，激发学生求知欲望和兴趣。例如，在利用原子荧光光谱法检测水样中的重金属砷时，把环境污染案例引入其中，在完成实验任务的同时也唤醒学生环保意识。在利用高效色谱分析仪测定双酚A实验中，以少数运动内衣、运动服等产品所含双酚A超标事件为背景素材，引导学生提高对日常用品的质量安全意识和自我保护意识，做自我健康的管理者。

9实验教学改革效果评价

教学调查问卷结果显示，80%的同学接受设计性实验模式；73.17%的学生认为实验操作有助于提升对知识的理解和掌握；100%的学生对该课程表示满意；其他调查结果见下表。从调查问卷结果可以看出，学生普遍认为开放式设计性实验教学有助于对原理的深入理解，有助于建立规范的实验操作习惯，有助于提升知识整合、融会贯通的能力，达到了通过自主学习和操作实践，在实验中发现问题、修正问题、验证问题来不断提高学生解决问题能力的教学效果。

结语

实验教学对学生的自主学习能力、思辨能力、分析问题、解决问题的综合培养发挥重要作用，以提高解决问题能力为目标的检验仪器实验教学改革表明，以实验项目任务为形式封装的开放式设计性实验有效驱动了学生学习自主性，在实践中发现问题、修正问题、验证问题的过程使学生的思辨能力得到逐步增强，不仅强化了学生对各种仪器操作的熟练掌握，也加深了学生对理论知识从抽象到具体的体验，从而帮助学生达到理论与实践的融会贯通。而且虚拟仿真平台大大丰富了实验课程内容，摆脱了实验室条件束缚，可以有效提升学生学习兴趣。设计性实验教学对教师的综合教学能力提出了更高要求，教师必须积极自我提升、充分准备才能在教学中有的放矢。因此，以提高解决问题能力为目标的检验专业仪器实验教学改革，形成了“教学相长”的良性循环，具有借鉴指导意义。

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基金资助项目：海南省高等学校教育教学改革研究项目（项目编号：Hnjg202374）；海南医学院教育科研项目（项目编号：HYYB202252）；海南医学院教育科研项目（项目编号：HYYB202217）

作者简介：王媛媛（1984—），女，汉族，海南人，博士，讲师，主要从事高性能生物传感器和光电子器件研究。

*通讯作者：温莹莹（1983—），女，汉族，山东人，博士，教授，主要从事色谱分析技术研究。