培養創新能力的生物設計性實驗分解式教學

王明華 ，趙二勞，徐 瀾

(1.忻州師范學院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州師范學院 化學系，山西 忻州 034000)

培養創新能力的生物設計性實驗分解式教學

王明華1，趙二勞2，徐 瀾1

(1.忻州師范學院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州師范學院 化學系，山西 忻州 034000)

設計性實驗是生物學專業本科高年級開設的一門實踐性課程，與學生創新能力培養密切相關。在教學中，依據培養創新能力的態度、思維、技能等不同方面的需求，對設計性實驗分別在實驗準備、實驗實施、實驗報告撰寫等方面進行分解式教學，充分發揮學生學習的主動性，通過體驗式學習，培養和提高學生創新能力。

創新能力；培養；設計性實驗；分解式教學

設計性實驗是通過學生在實驗室進行的，為達到某種教學目的而有計劃安排的教學活動。學生在教師的組織和指導下，根據給定的實驗目的和實驗條件,自己設計實驗方案、選擇實驗方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，自己加以實現并對實驗結果進行分析處理的實驗[1]。通過設計性實驗的開展，可促進學生學習的主動性，使學生體驗實驗方法的多樣性，感受實驗內容的探索性，獲得一定的實驗素質和能力積累，為自主創新和創業提供一定基礎。

在高等師范院校生物類本科學生的低年級階段，基礎實驗課程教學主要以配合對應理論課程的各章節為主，大多數以單項實驗為單元，以班級或同屆別為一體，統一進行同一項的實驗內容[2]。這種實驗教學方式，雖有利于學習扎實的基本實驗操作技能，但不便于融會貫通，不利于培養學生的主動性與創造性。因而在高師生物學專業本科的高年級階段，通過開設和改革設計性實驗教學，充分發揮學生學習的主動性，通過體驗式學習以培養大學生的創新能力，尤其必要。

1 設計性實驗教學準備分解

1.1 教師準備，提前引導學生以興趣參與實驗項目擬定

設計性實驗在大學本科高年級開設，學生對相關專業基礎課程理論和實驗操作有一定積累，具備了一定的獨立實驗操作能力和專業的社會需求認知，能夠對于實驗項目的制定提出一些見解。因此，相關實驗教師在實驗教學準備前，可按學生興趣指導其在結合地方社會需求及實驗室現有科研特色的基礎上，參與實驗項目的選題立項過程，制定出切合實際的一些實驗項目，從而增進學生對理論和理解實踐應用意識。

1.2 學生準備，調動興趣自主分組學習

教師對于學生的管理以全方位、全時段的開放式實驗室管理使用為基礎，學生經實驗室管理和使用人員同意后，進入實驗室主動學習，了解主要儀器使用原理和用途、科研特色、成果等，形成實驗預習記錄。學生能夠依據個人興趣、特長和意愿，分成10人左右一組，更有利于團隊合作意識形成和培養，及實驗教學的管理實踐。

1.3 教師學生共同準備，分別進行實驗的設計

確定分組并選擇實驗項目后，學生們在教師指導下，查閱和引用參考資料和文獻，制定出合理的實驗設計。廣義上的實驗設計[3-4]是指整個研究的課題設計，包括實驗方案的制定、實驗單元的選擇、分組排列及技術，以及實驗過程中相應的資料搜集、記載、整理和統計分析等。學生制定的實驗設計應具有一定科學性、合理性的。對于既定的研究項目，可采取的實驗設計方法不唯一，適用的統計方法及所關注結果的側重面也有差異，故而每個小組內各個同學可提出不同的實驗規劃。這一教學環節有助于師生間的因材施教和主動創新能力培養，將對學生科研能力的培養起著重要作用，并為進一步學習各專業課程以及畢業論文設計與實施奠定堅實的基礎。

1.4 實驗中心和教師協調準備，保障實驗

不同實驗小組的不同實驗設計，經指導教師團隊共同綜合、審閱、評價后，結合項目選題間的相關性、現有實驗的軟硬條件、科研需求的實用性等方面考慮，涵蓋較常用的幾種實驗設計方法[5-6](如單因素實驗、隨機區組實驗設計、正交實驗設計等)，確定具體具有可行性的實驗內容。由于需要考慮每個實驗小組設計實驗的特色，故而每個小組的具體實驗內容有一些較小的差異。教師需在有充分準備時間的情況下，與實驗員充分溝通，說明實驗意圖和具體差異及要求，較為詳盡和充分的做好實驗準備工作。

2 設計性實驗教學實施分解

設計性實驗教學實施須在培養方案指導下，以一定學時為保障，在一定場所內進行。按照我系實際，我們把實驗教學按照實驗時序、實驗教學功能等進行單元劃分后分類別進行。

2.1 實驗設計講、評分離式理論教學

實驗設計是設計性實驗教學過程的重要環節，而其基本原理和方法與《生物統計學》[7-8]這門課程的理論教學密切相關。由于與學生的專業實習時間安排有沖突，致使一些班級的《設計性實驗》課程安排先于《生物統計學》的理論，為了保障實驗教學效果，應當優先安排教師對教學對象進行實驗設計原理和方法方面的基礎實用性理論教學，學生分組選定項目后，在實驗教師指導下，查閱資料進行實驗設計。在實驗室進行設計性實驗分組教學時，需與實驗教師團隊定制的實驗項目、方法、內容相結合，對于學生所做實驗設計從目的、意義、方法、材料、結果記錄、數據分析等諸多方面進行優缺點、合理性、可行性等比較講解，從而有助于學生對設計性實驗的理解，進而培養和提高學生掌握和應用實驗進行探索研究的思維創新意識和技能創新素質。

2.2 學生角色體驗式實驗實施管理

以項目為基礎的設計性實驗教學內容一般較為全面、繁復，實驗中還需要考慮隨機、重復等原則，工作量相對較大，因而具體的實施也需要進行合理的安排，才能盡可能的發揮小組內每一位同學的主動性和實驗特長。在實驗實施中，淡化教師角色，實驗以小組(約10人)為單位，完成一種較完善的實驗設計方法，具體包括材料試劑配置、取樣、儀器操作、測定、數據記錄、實驗結束后實驗室整理等，小組成員進行人員、實驗進度的合理安排，才能保障在計劃學時內完成實驗。每個學生需要全程參與準備、實施實驗的完整過程中，從而積累對于實驗進行的獨立管理經驗和技能，熟悉實驗人員、材料、器材等的統籌應用，有利于師范生實驗教學和管理、自我創新創業過程中的技能和素質提升。

2.3 教師對實驗注意事項的提醒式培養

設計性實驗在大學本科高年級開設，學生已經學習了解了實驗基本操作技能和一般教學儀器的原理和操作使用方法。因此在設計性實驗的教學實踐中，學生主要對實驗基本操作及儀器使用進一步熟練和加深理解，通過實踐能夠使每位同學都參與。教師教學監測學生實驗時對注意事項隨時提醒，并引導和鼓勵實驗興趣較好的同學在此基礎上更進一步提出一些操作和使用上的合理性改進建議，在實踐方面提高學生的獨立實驗技能應用能力。

3 設計性實驗教學評價體系分解

作為一種對學生動手和實際操作技能鍛煉和提高的實踐性課程，對于設計性實驗的教學評價需要綜合課前、實驗室、實驗報告等方面的綜合表現形成一種完整的過程性評價體系。對于課前和課堂的實驗室實際操作過程，授課教師可按照實驗分組對每組的10個同學進行隨堂、不定時的指導和評價，并進行一定的文字甚至是音視頻的記錄，有助于學生及時糾正不合理的操作方式，養成良好的實驗素質。而對于實驗實施后的綜合評價，則從以下兩方面考察。

3.1 傳統-論文結合式實驗報告攥寫

實驗報告[9-10]是實驗課教學中，學生完成實驗后對實驗過程的及時總結，通過回顧實驗過程的各方面，重現實驗的流程和各種操作規范和要點，能夠加深學生對于實驗相關的各種理論知識的理解，增進理論聯系實際的思維實踐。對于設計性實驗的實驗報告，應當能夠體現完整的實驗教學過程，因而既要包括實驗前的各種理論教學和準備，也要包括實驗中的具體實施，還要包括實驗后對于實驗結果的分析、評價。

“實驗名稱”能夠體現一定實驗特色和主要內容要點；“實驗目的”能夠從多方面、多層次體現設計性實驗設置和實施的實訓和實踐目標；“實驗原理”應當包括相關的實驗設計方法原理、具體理化指標的測定原理、實驗儀器的工作和操作原理等；“實驗材料與方法”部分能夠較為清晰和條理的將實驗用到的材料的具體選擇和預處理、實驗具體儀器試劑配置和操作方法步驟等寫清楚，作為實驗室實施實驗的指導性資料；“實驗結果與討論”部分首先按照實驗原理中涉及的計算公式等，將原始數據換算為實驗結果所需相關實驗指標的度量，并按照實驗目的，將數據整理歸類后做一些簡單的圖表，并進行結果的直觀分析和關于實驗實施的討論；“結論”部分為通過實驗結果獲得的較為明確的表述，可具有一定的實際意義；“注意事項”中鼓勵學生將在實驗中通過與自己所做實驗設計相比較獲得的體會、實驗操作流程、儀器操作規范等進行比較和總結，形成較好的實驗室使用習慣。

通過傳統-論文結合式實驗報告攥寫，將科研論文的一般寫作方法和數據使用規范融入到實驗報告中，使學生實現學會由“做實驗”到“用實驗”的過渡，逐漸培養學生的獨立實驗技能和科研創新能力。

3.2 實驗結果的持續化關注

對于實驗報告中體現出來的實驗結果和結論，學生在進行《生物統計學》的教學時，要作為例題或作業融入[11]，既能夠進一步完善設計性實驗教學的完整性，又能夠通過學生的具體感受和體會，改善《生物統計學》中對于樣本和數據處理的抽象性，幫助學生理解和掌握具體的數據分析方法。設計性實驗的結果通過進一步的統計分析后，學生可以對結論的可信度和推廣價值進行評判，而對于不利于推廣的結論，則可以提出新的實驗研究建議和改進措施，并在畢業論文設計階段進行有益的深入探索，從而在增加設計性實驗結果實用性的同時，培養和提高學生的創新能力。

4 結語

設計性實驗作為高師生物學專業高年級的一門實踐性課程，實行教學改革是當前提倡“創新創業”素質教育的內在需求。通過分解教學的時間、內容、角色等，整合優秀教學資源、合理安排實驗教學場所和時間、優化實驗教學過程管理、注重實驗結果的整理和分析，始終在實驗教學中強調學生實踐創新參與度，密切聯系各種相關理論原理，將課程教學改革貫穿始終，有利于培養學生的創新能力，為生物科學理論知識的推廣應用添磚加瓦，具有良好的實踐前景！

[1] 曹中一. “三性”實驗的內涵與特征[J]. 實驗室研究與探索,2003,22(4):10-12.

[2] 鄭 權,趙 峰,榮 龍,等.建立設計性生物工程綜合實驗 培養大學生科技創新能力[J].實驗室研究與探索,2012,31(11):121-123,127.

[3] 客紹英. 生物學實驗設計原理及常用設計方法研究[J]. 唐山師范學院學報,2001,23(2):64-66.

[4] 李國鳳. 淺談生物學實驗設計方法[J]. 教育教學論壇,2010(22):212.

[5] 劉太林,劉瑞風,桂 毓,等.正交實驗法優化鐵皮石斛生根培養體系[J].北方園藝,2017(2):102-104.

[6] 唐龍妹,閆麗娜,王立芹. 醫學科研中常用實驗設計方法[J]. 臨床薈萃,2013,28(2):120,177.

[7] 楊澤峰,張恩盈,徐辰武,等.《生物統計與實驗設計》課程建設與學生科研素質培養[J]. 中小企業管理與科技(下旬刊),2013(10):236-237.

[8] 苗永旺,劉學洪,茍 瀟,等.《生物統計附實驗設計》課程教學改革效果探討[J]. 家畜生態學報,2012,31(1):107-110.

[9] 李江濱,何月玲,王 欣.四種實驗報告在實驗教學中的應用及比較分析[J].科技視界,2013(33):18-19.

[10] 李忠光,龔 明.實驗報告撰寫改革嘗試[J]. 實驗科學與技術,2005(1):69-70.

[11] 錢森和,薛正蓮,魏 明,等. Excel和SAS統計軟件在生物統計學教學中的應用[J]. 高師理科學刊,2012(6):119.

(本文文獻格式：王明華，趙二勞，徐 瀾.培養創新能力的生物設計性實驗分解式教學[J].山東化工,2017,46(13):138-139,142.)

Exploding Teaching of Biological Designable Experiments for Promote Students′Innovation Ability

WangMinghua1，ZhaoErlao2，XuLan1

(1. Department of Biology, Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000,Shanxi,China;2. Department of Chemistry,Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000,Shanxi,China)

Designable experiments were a kind of practical curriculum for junior and senior student,which improving the individual innovation ability. In the teaching practice,according to the different needs of innovation ability culture,the preparation,implementation,and experiment report reorganization of experiment were separated into several parts for students and teachers. During the integrated experiential learning,the interesting of both students and teachers had been excited and promoted the individual innovation ability.

innovation ability; culture; designable experiment; exploding teaching

2017-04-25

山西省高等學校教學改革創新項目(項目編號J2016096)；忻州師范學院博士科研啟動經費(2015)

王明華(1982—)，女，講師，博士，研究方向：天然產物活性成分分析。

G640

A

1008-021X(2017)13-0138-02