開展實踐教學改革 培養學生創新能力

汪 波, 李文芬, 顏亨梅

(北京師范大學 珠海分校 生物技術系, 廣東 珠海 519087)

科技活動有助于培養和促進學生創新能力的培養,是一種鍛煉自身素質的有效途徑,積極推廣大學生科技創新活動，提高學生的自主學習、獨立思考能力,是高校培養研究型人才面臨的首要任務[1-2]。本科生科研實踐是本科教育的有機組成部分[3-4],從大一開始就需要對新生進行科研興趣激發,讓學生認識到科研能力培養的重要性[5]。作為生物技術專業的必修基礎課程,動物生物學通常開設在一年級,對于激發新生對生命科學研究的興趣,了解生物學的學科前沿、研究熱點,乃至培養學生以扎實的基礎和良好的狀態進入后續課程的學習,具有至關重要的地位[6-7]。如何在動物生物學實踐教學課程中貫徹學生創新能力的培養,這就要求根據實際情況,盡可能提高綜合性、創新性實踐教學比例,這也是我校進行動物生物學課外實踐教學體系改革的出發點。

1 教學改革具體方案

教學改革方案主要包括教學改革內容、教學改革的組織與實施,以及考核方式的改革。

1.1 教學改革內容

1.1.1 動物資源調查

目前由于教師資源短缺、課時縮短等原因,部分高校難以專門安排野外實習時間,然而野外實習是動物生物學實踐教學環節的重要組成部分,有助于提高教學質量[8]。結合北京師范大學珠海分校校園內有一片較大的荔枝林的實際情況,分別在東、南、西、北、中方向,選用5點取樣法,調查該區域節肢動物的種類、數量、分布,分析群落的種群構成及動態變化,研究荔枝園主要害蟲與天敵的相互作用關系。

1.1.2 蝴蝶標本制作

在荔枝林生物群落調查的同時,注意培養學生制作標本的能力,主要涉及干制標本的制作,實驗對象主要是鱗翅目昆蟲,其他昆蟲根據實際情況,進行干制、浸制標本制作。

在校園動物資源調查的時候,重點采集蝴蝶,盡量收集蝴蝶幼蟲,按照齡期同步化蝴蝶幼蟲,通過設置溫度梯度、光照梯度、濕度梯度等單因子實驗,用攝像機記錄蝴蝶羽化過程,判斷溫度、光照、濕度等環境因子對蝴蝶生長過程的影響。

課程結束后,進行校園蝴蝶標本科普展,主要包括3個方面的內容:一是蝴蝶干制標本展示,將亞克力球懸掛于人工生態仿真樹上；二是蝴蝶圖片展示,將校園所有拍攝到的種類,進行種類鑒定后,按照科、屬分類展示；三是蝴蝶羽化視頻展示。

1.1.3 傳統分類學與近緣種、疑難種鑒定

動物資源調查過程中,引導學生學習使用分類檢索表,學會形態學分析。但在種類鑒定過程中,不可避免會接觸到部分難以鑒定的近緣種、疑難種,借此機會,引入當前學科研究熱點,使學生了解如何結合分子生物學方法進行種類鑒定。其中,DNA條形碼技術是目前利用較多的一種分子生物學方法,主要原理是通過分析生物DNA中保守片段,進行物種快速、準確鑒定[9],目前其主要應用于中草藥、食品質量控制和食性分析等領域。通過學生撰寫DNA條形碼原理、方法和應用等方面的綜述文章,引導學生用現代生物學的觀點重新理解宏觀動物學與微觀動物生物學間的關系。

1.2 教學改革組織與實施

第一次動物資源調查在課內完成,要求學生掌握取樣點設置方法、調查方法、標本采集方法等,學會實驗記錄(例如記錄采集人、采集時間、采集地點,有條件的進行拍照)、標本編號、捕網以及掃網的使用方法,能夠對動物出現的數量、頻率進行統計,掌握基本的統計學方法,其余時間點的調查由學生利用課余實踐完成,撰寫調查報告。

蝴蝶標本制作由教師在課堂內帶領學生練習制作1～2個蝴蝶干制標本,課后要求每組制作5個種類以上的亞克力球密封標本；“環境因子對蝴蝶生長的影響”設定為研究型實踐教學內容,持續時間較長,由學生課后按照“文獻查閱—提出實驗設計—完善實驗方案—具體實施過程—數據、資料、圖片匯總—撰寫研究型論文” 整體流程完成。

昆蟲種類形態學鑒定檢索表的使用,教師課堂內引領學生使用1～2次,課后學生自己去檢索其他采集到的動物,同時引入近緣種、疑難種的鑒定問題,結合當前學科研究熱點,引入分子標記的方法,要求學生查閱文獻,小組完成1篇綜述型論文。

1.3 考核方式的改革

實施課外實踐教學能夠給予學生充分的自主性,但也對如何有效評價學生的學習狀況提出了更高的要求,因此教師應進一步完善教學環節設計,根據學生的準備工作、參與度、總結報告等方面制定詳細的量化考核指標(見表1)。

表1 實踐教學量化考核指標 %

以上考核內容均以小組形式進行,由于課外實踐項目占用學生課后時間較多,教師難以進行全程跟蹤,因此組內評價非常重要,如何計算每個組員的貢獻系數是評價學生學習狀況的關鍵,要求組長對組員分工情況進行詳細記錄,并提交書面說明,經2/3以上組員同意并簽名確認。貢獻系數量化評價指標見表2,每組貢獻系數之和不得超過組員人數,學生最終成績為教師評價分數*貢獻系數。

表2 貢獻系數量化評價指標 %

2 教學改革效果評價

2.1 夯實理論知識基礎

讓學生更加形象地理解生物學中2個重要的適應性,生物對環境的統一、結構與功能的適應性，以及生物對周圍環境的適應性；通過“昆蟲種類檢索表”的實踐,觀察昆蟲口器的不同,有助于學生理解隨著食性的差異和捕食方式的不同,昆蟲口器的進化歷程,作為最原始的類型,咀嚼式口器只能進行咀嚼和研磨食物,刺吸式口器則可以有效吸食動、植物體內液體成分,例如刺破動物皮膚,然后吸食血液等。通過比較、觀察標本,有助于理解動物進化時同源器官、同功器官的變化歷程,達到較好的學習效果[10]。

2.2 有效提高學生科研素質

文獻查閱方面,學生除了能夠從學校的中、英文期刊數據庫搜索資源外,也學會利用百度去查閱有關的文獻,同時鍛煉了做讀書筆記的習慣。

研究方法方面,學生基本能夠掌握描述法、比較法的原理與應用,理解對照組設置的意義、實驗組單因子實驗設計方法、利用統計軟件進行相關性分析、顯著性分析。

科技論文寫作方面,學生能掌握目的、方法、結果、結論等研究型論文摘要的通用總結模式,重點掌握對實驗結果的描述,對實驗結果中關鍵性結果予以闡釋、說明,嘗試對實驗進行分析,討論與參考文獻中類似實驗趨勢一致或者相反的原因。

2.3 創新能力的實質提升

學生在完成實踐活動的過程中,會對自身知識結構、興趣等方面有更為客觀的認識,有利于學生挖掘自身潛力、參與科學研究。例如：學生通過對動物資源的調查,發現天敵與害蟲之間此消彼長的關系,發表第一作者論文“珠海荔枝園節肢動物群落動態及其主要益害蟲相關性研究”；通過舉辦校園蝴蝶科普展,發現了人們對蝴蝶文化的興趣,以此為基礎形成的“蝶姬生態園”項目正在進行第七屆“逐鹿今朝”大學生創業計劃競賽；在昆蟲形態學觀察中,發現昆蟲的觸角不僅可以作為種類鑒別的依據,還可以用來進行通訊,申請了大學生科技創新培育專項資金項目“擬環紋豹蛛與獵物間信息聯系機理研究”,研究結果獲得廣東省“挑戰杯”科技三等獎。

通過課題組多年來的教學實踐,教學效果顯著,對學生的科研素質與創新能力有明顯的提升,據統計,近年培養的學生獲得廣東省“挑戰杯”科技三等獎2項、校級挑戰杯一等獎1項、廣東大學生科技創新培育專項資金項目2項、國家級大學生創新訓練計劃項目2項、省級大學生創新訓練計劃項目9項,學生發表第一作者論文9篇,其中6篇發表在科技論文統計源期刊上。

3 結語

教學改革項目實施以來,主要有以下經驗和感觸：

(1) 須每月定點、定期進行動物資源種類、數量統計,這樣有助于培養學生持之以恒的作風。小組合作共同完成實踐內容,可以培養和鍛煉學生的團隊合作精神和溝通能力,這為學生以后的科研活動培養了良好的習慣。對本科階段主持項目、發表論文的學生進行統計發現,其學業規劃更加合理,學術深造比例顯著增加。

(2) 全面開展以科研素質評價為核心的多樣化考核方式,重點考察文獻查閱能力、實驗方法掌握情況、科技型論文撰寫水平,注重過程評價,提高組內成員參與度、強調組員之間的區分度,提交組員分工表,有效促進每名成員的參與意識,提升學習狀態。

(3) 高校教師大多是“雙肩挑”,如何進行教學與科研的融合,關系到教師的學術發展[11],因此選擇課外實踐教學項目時,可由2部分組成:一部分由教師科研項目轉化而來,這樣實驗材料充分、實驗方法成熟,具有較大的可行性,能夠最大限度保證實踐項目的成功；另一部分由學生根據自己的興趣愛好、知識儲備提出新的研究項目,既鍛煉學生查閱文獻、實驗設計等科研素質,同時也能從多種角度擴展教師的研究領域、促進教師的科研發展、提升教師學術水平。

(4) 課外實踐活動,學生自主控制學習進度、合理安排時間,有利于提升學習狀態。但是,目前我校僅設置動物資源調查與鑒定、蝴蝶科普展等少數幾個項目,如何選擇更多合適的課外實踐教學活動,既滿足學科發展要求(包含形態學、生理學、生態學、分子生物學),又能引起學生興趣、可操作性強、學生能夠自主完成,是我校后續教學內容改革的主要方向。

參考文獻(References)

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