高校生物科學專業本科教學中綜合性、設計性實驗課程開設的若干問題及分析

馬軍　李麒麟　王沛政　張燕

摘要：根據教育部對綜合性、設計性實驗的基本定義和要求，分析了目前高校中制約綜合性、設計性實驗課程建設和發展的若干因素，依據生物科學專業實驗課程的特點及要求，提出了相應的改革及建設方案，旨在為生物科學專業實驗教學改革提供一定的參考。

關鍵詞：高校 綜合性實驗 設計性實驗

生物科學專業人才培養的內容包含生物科學理論和生物技術兩個方面，注重對學生技能的培養，其培養任務是學生在掌握基本理論知識的同時，接受一定程度的實踐訓練，培養學生良好的科學素養及科研能力。因此，實驗課程的開設是生物科學專業人才培養的重要環節。

當今高校人才培養目標的重點是培養創新型、應用型人才。相對理論教學來說，實驗教學更多的承擔了培養學生創新性、應用性、自主性能力的任務。教育部《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》（教高[2005]1號）中指出高校在實驗教學中要增加綜合性與創新性實驗的比例，從而提高學生對本學科領域的自主學習和獨立研究能力。《關于加強“質量工程”本科特色專業建設的指導性意見》（教高[2008]208號）中也指出，高校特色專業建設應特別注重加強實驗教學，改革創新實驗教學內容和實驗教學方法，建立基礎性、綜合性、創新性、研究性等多種實驗構成的實驗教學體系。因此，對于生物科學專業來說，建立健全實踐教學體系是人才培養的關鍵部分，其中實踐教學體系中綜合性、設計性實驗課程的定位則尤為重要。

一、綜合性、設計性實驗的定位

教育部《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》中指出，設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗，而綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程的綜合知識或相關課程知識的實驗。綜合性實驗具有實驗內容緊密，實驗方法多元，實驗結果綜合的特點，而設計性實驗具有實驗內容自由，實驗方法多元，實驗結果多樣的特點，這與單一的基礎性和驗證性實驗有很大區別。因此，綜合型和設計性實驗從定位上應高于基礎性和驗證性實驗，應在基礎性和驗證性實驗的基礎上進行綜合性和設計性實驗的開設。

二、綜合性、設計性實驗開設的限制因素

《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》中對開設綜合性、設計性實驗課程占總實驗課程的比列有一定要求：綜合性、設計性實驗課程開設達到80%以上為實驗教學效果好，達到50%～60%為效果較好。但是在實踐教學過程中，大多數高校，尤其是新建本科院校的生物科學專業，其綜合性、設計性實驗的開設率很難達到50%，并且在實際教學過程中存在諸多的限制因素。

1.實驗課程安排的盲目性

開設綜合性和設計性實驗課程，需要先考慮如何安排專業實驗課程。生物科學專業的實驗課程主要由專業基礎課、專業方向課和專業選修課組成。專業基礎課包含生物化學、分子生物學、細胞生物學、微生物學、植物學、動物學、植物生理學、動物生理學等，所涉及的實驗知識和技能是整個生物科學專業培養課程的基礎和核心。專業方向課是在專業基礎課的基礎上進一步深入和擴展的針對性較強的專業課程，如基因工程、發酵工程、酶工程等。專業選修課是專業方向課的補充和擴展，如蛋白質組學、分子遺傳學、生物技術制藥等，學生可以根據自身的需要和接受程度自行選修相應的實驗技能，從而針對性地提高專業技能。

基礎性、驗證性、設計性、綜合性等類型的實驗內容在開設的過程中需要考慮各專業課程的性質。不同的專業課程對實驗的要求存在一定差異。目前，絕大多數高校在開設綜合性、設計性實驗課程時很少去區分專業基礎課、專業方向課和專業選修課的課程性質，僅僅是為了滿足教育部的評估要求而盲目的增加綜合性、設計性實驗課程，這導致學生在上專業基礎課時無法適應綜合性、設計性實驗內容，而上專業方向課和專業選修課時又對綜合性、設計性實驗中涉及的基礎性實驗內容沒有完全掌握，從而產生專業實驗技能培訓的混亂現象。

2.實驗課時分配的不合理性

綜合性、設計性實驗內容覆蓋廣，對實驗技術要求高，所以需要更多的教學時數支撐。如《分子生物學》實驗中僅PCR過程至少需1小時、《生物化學》的蛋白質分離純化實驗需3～4小時、《微生物學》的細菌培養需1～2天等，這在有限的學時下很難完成教學任務。

通常，實驗課程的課時分配需要結合總課時量的分配情況，再安排不同專業課程的理論和實驗課時比例。理論課時和實驗課時分配本身就存在矛盾，如果再增加對綜合性和設計性實驗分配比例的考慮，勢必會造成這種矛盾的加劇。部分高校能夠將一部分專業基礎課的實驗內容獨立出來，如生物化學實驗、分子生物學實驗、微生物學實驗等，保證該實驗課程擁有較多的課時。而大多數高校能獨立出來的實驗課程相對較少甚至為零，實驗內容只能附屬于理論課程之下，導致實驗課程教學時數較少，教學內容不完整，這是制約高校實驗課程改革的重要的問題之一。

3.實驗教學模式的保守性和封閉性

受傳統教育思想的影響，我國高校生物科學專業的實驗教學基本上延續了以理論知識為主，實踐技能為輔的教學模式。實驗課程教學模式更是偏重于基礎性、驗證性、演示性實驗。這些實驗內容簡單、固定，實驗內容之間很少有過渡和銜接，甚至部分課程之間的實驗內容存在大量的重復。

綜合性、設計性實驗課程的開設，要求實驗教學模式多樣化、開放化和靈活化。不同的實驗場地、實驗對象、實驗內容和實驗方法可能會在一個實驗項目中涉及，這不同于傳統、單一、封閉的實驗教學模式。無論從時間、空間，還是內容和方法上，對高校生物科學專業的專業建設和實驗教學模式都提出了新的挑戰。

4.實驗室管理模式的固定

傳統實驗教學模式產生了傳統的實驗室管理制度，其要求實驗課程的開設應在規定的時間和地點完成教學任務，儀器設備和試劑的管理都是統一的，任課教師為了在不違反實驗室管理制度的前提下完成實驗教學任務，只能盡可能多的開設傳統的、簡單的實驗內容，這也是基礎性和驗證性實驗內容比例較高的原因之一。綜合性和設計性實驗需要開放的實驗室管理制度相配套，傳統的實驗室管理體制與之存在嚴重的矛盾，這是限制高校生物科學專業實驗課程教學改革的重要因素之一。

5.實驗資源的不合理分配和使用

實驗設備及經費的分配是限制高校生物科學專業實驗課程改革和發展的瓶頸之一。生物科學專業對儀器設備、實驗材料和經費的依賴較高，尤其是分子生物學相關實驗涉及的儀器，動輒十幾萬到幾十萬元一臺，這對于部分新建本科院校來說是個門檻。也因此受到了限制，大多數高校在開設綜合性、設計性實驗課程的時候往往需要考慮已有的實驗儀器設備、配套設施等是否滿足課程需要，而不是去考慮如何合理的設置實驗內容，這違背了綜合性、設計性實驗開設的宗旨。

三、綜合性、設計性實驗開設及實施的建議

1.實驗課程的層次化和實驗內容的模塊化

綜合性、設計性實驗課程的開設，需要根據人才培養方案的目標和任務，制定專業基礎課、專業方向課和專業選修課的課程群，在實驗課程的安排上要嚴格區分不同性質的專業課程對不同類型實驗的需求，使實驗課程形成完整的技能鏈條，具有明顯的層次，即實驗內容由淺入深，實驗方法由少變多，實驗原理由簡入繁。

實驗課程模塊化是解決實驗課程課時不足的有效途徑。根據人才培養方案中實驗課程涉及的實驗技能，精煉實驗內容，做到一個基礎性實驗包含一個實驗方法和原理，形成基礎實驗模塊，并使該實驗模塊能在今后的專業方向課和選修課中被涉及。這樣在專業方向課和選修課的實驗課程中將基礎實驗模塊進行組合，從而建立綜合性、設計性實驗課程內容，使專業基礎課、專業方向課和專業選修課的實驗課程形成有機的整體。

實驗課程層次化能夠明確不同課程的教學目標和任務，避免課程之間知識和技能的重復和斷裂，建立課程之間良好的過渡和銜接。實驗課程的模塊化能夠更好的細化知識和技能，避免專業課程之間實驗內容的無序和重復。

2.實驗課程課時的分配及設置

根據專業課程的性質，將專業基礎課的實驗獨立出來，分配較多的課時，使專業基礎課能夠開設更多的基礎性和驗證性實驗。這些實驗通常能夠在1～2個課時完成，內容簡單，使學生能夠在較短的時間內掌握。每學期一門專業基礎課安排至少20課時的基礎性實驗，這能夠充分培養學生的基本實驗技能，為將來的綜合性、設計性實驗的學習打好堅實的基礎。

專業方向課和專業選修課的實驗內容以綜合性、設計性實驗為主。綜合性和設計性實驗在課時安排上不局限理論與實驗課時的分配比例，實驗和理論課時可以靈活調度，將實驗內容作為理論內容的延續和補充，同時也能在實驗內容中進一步深入理論內容，實現“從做中學，邊學邊做”的教學效果。

3.開放式、信息化的實驗教學模式及管理方式

開放的實驗教學模式是綜合性、設計性實驗開設的必要保障。在開放式實驗環境中，學生以分組的方式進行實驗，可以自行安排實驗時間，從而避免實驗室學生人數過多，實驗資源緊張的情況，同時也能使教師最大限度的指導學生；學生可以選擇內容進行實驗，避免實驗資源的不合理分配，提高儀器的利用率；學生在一定范圍內自由選擇實驗方法及手段，避免實驗教學的單一性和局限性。開放式實驗教學模式不僅解決實驗教學課時緊張、實驗資源的不合理分配問題，還可以調動學生實驗操作的積極性，使學生在實驗中變被動為主動，提高學生的綜合素質。

在開放式實驗環境中，實驗室應根據不同學科將實驗室進行分類，以實驗儀器設備的利用率及價值進行分區，不同分區有專人負責管理。開放式實驗室可建立信息化管理方式，統計實驗室及儀器的使用頻率，對頻率較高的實驗室采取開放式管理，對頻率較低的實驗區域進行統籌管理。此外，考慮到生物科學專業的一些儀器設備價格昂貴，可以專人專管，并使用網絡信息系統建立預約機制，采取計劃性、集中性安排儀器的使用時間，實行半開放策略。

四、結語

綜合性、設計性實驗的開設，是對高校實驗課程教學模式的革新。綜合性、設計性實驗課程開設的宗旨，是培養學生實驗技能的獨立性和創新性，滿足國家對新時期人才培養的要求。對生物科學專業而言，需要從傳統的實驗教學模式和實驗管理制度中解放出來，統籌全局，優化人才培養方案，安排好實驗課程的層次，模塊化基礎性實驗內容，篩選綜合性、設計性實驗內容，開放化實驗室管理制度，才能在高校教學改革中建立并發展綜合性、設計性實驗課程。

基金項目：瓊州學院實踐教學改革項目（QYSJ2013016）。