高校本科實(shí)驗(yàn)課程研究性項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐與探索

黎 茵， 張以順， 張志紅， 許佳玲， 王曉紅

(中山大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 廣州 510275)

0 引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)的重要組成和輔助部分，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解方面具有不可替代的作用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為生物學(xué)科的重要教學(xué)手段，一直以來(lái)都很受重視。近年來(lái)，隨著本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境和設(shè)備條件的逐步提升，通過(guò)將科學(xué)研究與本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式探索，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，不僅豐富和優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生充分感受到科學(xué)知識(shí)和技術(shù)的迅速發(fā)展，貼近研究熱點(diǎn)，接觸前沿內(nèi)容，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新性思維，激發(fā)和調(diào)動(dòng)了學(xué)生的探索意識(shí)和熱情[1]，對(duì)于提高本科生創(chuàng)新實(shí)踐能力、提升本科生培養(yǎng)質(zhì)量起到重要作用。

我校是一所培養(yǎng)研究型人才的綜合性大學(xué)，生命科學(xué)學(xué)院在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中非常注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問(wèn)題，以“植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程的改革為例，采用研究性的項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等多個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐與探索，對(duì)研究性教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析，這種教學(xué)方式更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和綜合能力。

1 課程目標(biāo)的設(shè)定與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重組

研究性學(xué)習(xí)泛指學(xué)生主動(dòng)探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)，研究性教學(xué)則是指支持學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法、策略和模式。研究性教學(xué)的指導(dǎo)思想就是把科研的過(guò)程轉(zhuǎn)化為本科教學(xué)的實(shí)踐，目的就在于要構(gòu)建以研究為基礎(chǔ)的本科教學(xué)體系[2]。研究性教學(xué)以科學(xué)研究的問(wèn)題為導(dǎo)向，指導(dǎo)學(xué)生在獨(dú)立的主動(dòng)探索、主動(dòng)思考、主動(dòng)實(shí)踐的研究過(guò)程中，吸收并應(yīng)用知識(shí)、分析并解決問(wèn)題，其目的是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的能力，發(fā)展其研究性思維和創(chuàng)新能力[3]。

1.1 課程教學(xué)目標(biāo)的構(gòu)建原則

實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革方案在研究性教學(xué)的指導(dǎo)思想下應(yīng)用了項(xiàng)目教學(xué)法作為課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是一種“以項(xiàng)目為主線、以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體、注重學(xué)習(xí)過(guò)程與實(shí)踐活動(dòng)的融合”的教學(xué)方法[4-5]。研究性項(xiàng)目教學(xué)的關(guān)鍵是要先設(shè)計(jì)和制定一個(gè)完整項(xiàng)目的工作任務(wù)，教師需要分析大綱要求，提取項(xiàng)目所需要的知識(shí)點(diǎn)，并將相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整理歸類，按照一定的研究和分析線索合理提出目標(biāo)和組織項(xiàng)目，在難度上要考慮循序漸進(jìn)的原則，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和劃分中需要將傳統(tǒng)教學(xué)方法中分割的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)組合，突出教學(xué)內(nèi)容的層次性和科學(xué)性[6-7]。

在研究性教學(xué)過(guò)程中，將實(shí)驗(yàn)課程的目標(biāo)構(gòu)建為一系列由學(xué)生來(lái)實(shí)施完成的實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目，教師由教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)者變成了引導(dǎo)者、指導(dǎo)者和組織者。完成項(xiàng)目的過(guò)程就是學(xué)生獲取知識(shí)、學(xué)習(xí)技能的過(guò)程，也是逐步達(dá)到教師預(yù)先設(shè)置教學(xué)目標(biāo)的過(guò)程[8]。

1.2 研究性項(xiàng)目教學(xué)方案的設(shè)計(jì)

“植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程在植物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控、植物與環(huán)境的相互作用、植物的脅迫反應(yīng)以及農(nóng)學(xué)等研究和應(yīng)用領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，屬于實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程[9]，研究性教學(xué)在教學(xué)過(guò)程中由教師創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情境和途徑，指導(dǎo)學(xué)生在主動(dòng)探索和實(shí)踐的研究過(guò)程中，吸收并應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題[10-11]。“植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)方案設(shè)計(jì)要考慮具體連貫的工作時(shí)間和項(xiàng)目程序安排，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成后應(yīng)得到一項(xiàng)較完整的目標(biāo)成果。考慮到各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都與植物的生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)等生理過(guò)程密切相關(guān)，在教學(xué)實(shí)踐中將不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了整體的規(guī)劃，如圖1所示。

“植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)大綱內(nèi)容包含了與植物生理學(xué)理論對(duì)應(yīng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，按照研究性教學(xué)方案的設(shè)計(jì)原則，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及的理論知識(shí)的相關(guān)度，把教學(xué)大綱要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組合成植物的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、物質(zhì)代謝、逆境生理等3個(gè)具有相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，再按每個(gè)模塊內(nèi)容安排具體的子項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程都需要使用植物材料，尤其是前面兩個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是以活體植物材料作為研究觀察對(duì)象，因此在“植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐中，改變了過(guò)去每次實(shí)驗(yàn)課之前由老師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料的方式，由各實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生利用第一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊植物的“礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)”中的完全溶液培養(yǎng)(對(duì)照組)和缺素溶液培養(yǎng)(處理組)栽培實(shí)驗(yàn)過(guò)程獲得的植物材料，作為后面各階段不同實(shí)驗(yàn)?zāi)K子項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)材料，使對(duì)兩種不同礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)條件下培養(yǎng)的植物的生長(zhǎng)情況觀察和生理指標(biāo)的測(cè)定與對(duì)比貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課程的前期充分觀測(cè)記錄植物的生長(zhǎng)過(guò)程，同時(shí)又為后面各階段的實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目?jī)?nèi)容提供有科學(xué)對(duì)比分析意義的兩組實(shí)驗(yàn)材料。

圖1 “植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程研究性項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2 課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的組織與實(shí)施

研究性課程項(xiàng)目的內(nèi)容和實(shí)施方式，以分析在完全培養(yǎng)(對(duì)照組)與缺素培養(yǎng)(處理組)兩種狀態(tài)下植物生長(zhǎng)發(fā)育和生理指標(biāo)的變化，并探討其生物學(xué)機(jī)制為研究目的，按照這個(gè)目標(biāo)主線，要求學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容要求的實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)測(cè)定和分析比較對(duì)照組實(shí)驗(yàn)材料和處理組實(shí)驗(yàn)材料在不同生理狀態(tài)下的各項(xiàng)指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和幼苗培養(yǎng)階段屬于第1個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊植物的“礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)”，在這一階段首先由教師給學(xué)生總體說(shuō)明和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課程的具體內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)技術(shù)流程、研究目標(biāo)與結(jié)果分析要求等，安排和指導(dǎo)各實(shí)驗(yàn)小組學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一栽培管理，在植物幼苗的溶液培養(yǎng)和缺素培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目中，除了完成該模塊的實(shí)驗(yàn)和觀察內(nèi)容以外，也為后面的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備好了兩組實(shí)驗(yàn)材料。第1個(gè)模塊的子項(xiàng)目完成后，課程內(nèi)容循序進(jìn)入第2和第3個(gè)模塊，以完全和缺素兩個(gè)不同條件的溶液培養(yǎng)所得到的植物材料作為分析對(duì)象，在對(duì)應(yīng)組織部位取樣測(cè)定相關(guān)的子項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)組合的研究性項(xiàng)目教學(xué)方案，在實(shí)施過(guò)程中使學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下，圍繞著具體項(xiàng)目任務(wù)這個(gè)核心，以團(tuán)隊(duì)的形式共同學(xué)習(xí)、分工合作來(lái)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)[12-13]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析與評(píng)價(jià)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的課堂上，學(xué)生僅僅是學(xué)習(xí)和掌握了實(shí)驗(yàn)技能和提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的相關(guān)理論知識(shí)和科學(xué)意義理解不深。研究性的項(xiàng)目教學(xué)由學(xué)生主動(dòng)去分析和探討實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，教師由課堂教學(xué)的講授者、主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的引導(dǎo)者和合作者[7]。

在課程的各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成過(guò)程中，老師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的每個(gè)子項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行跟蹤講評(píng)，不僅讓每個(gè)學(xué)生掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理和操作技術(shù)，還聯(lián)系栽培過(guò)程中觀察到的植物生長(zhǎng)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中檢測(cè)到的生理指標(biāo)變化，提示學(xué)生注意分析不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊和子項(xiàng)目?jī)?nèi)容中觀察到的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的聯(lián)系，并且要求學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、比較與討論，課程報(bào)告以研究小論文的形式提交。在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后對(duì)學(xué)生的操作技能、結(jié)果分析能力、論文寫作能力等方面進(jìn)行綜合評(píng)定。

經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)和組合的實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目和實(shí)施方式，以研究目標(biāo)為主線，利用課堂所學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)綜合分析比較在不同培養(yǎng)狀態(tài)下植物組織的生理生化變化，并分析討論這些過(guò)程體現(xiàn)的變化規(guī)律和蘊(yùn)含的生物學(xué)機(jī)制，將實(shí)際的研究課題理念帶入課堂，讓研究性的項(xiàng)目教學(xué)法真正在課堂上得以實(shí)施和拓展。

在實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)始的時(shí)候教師就把問(wèn)題提出來(lái)，給學(xué)生思考的機(jī)會(huì)，在貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，學(xué)生和教師有機(jī)會(huì)不斷地交流和討論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種研究性的項(xiàng)目教學(xué)方法可以很好地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去積極探索新知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性地分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[11]。采用這種提出問(wèn)題誘導(dǎo)學(xué)生思考，而不是簡(jiǎn)單灌輸?shù)慕虒W(xué)語(yǔ)言和教學(xué)方法，不僅課堂氣氛活躍，對(duì)訓(xùn)練學(xué)生的主動(dòng)思維的能力也有很大的好處[14]。

4 課堂互動(dòng)與學(xué)生綜合能力的提升

在實(shí)施研究性項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)驗(yàn)課堂中，學(xué)生既是項(xiàng)目的計(jì)劃參與者和管理者，又是項(xiàng)目的執(zhí)行者。通過(guò)研究性的項(xiàng)目教學(xué)方式，在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)之內(nèi)引入科學(xué)研究的理念和目標(biāo)，既能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維和分析解決問(wèn)題的綜合能力[15]。

4.1 學(xué)生綜合能力訓(xùn)練實(shí)踐

由于植物材料的栽培延續(xù)了幾乎整個(gè)課程階段，需要學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行栽培管理和生長(zhǎng)狀況觀察記錄。同時(shí)在課堂實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，課程的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊要求測(cè)定多個(gè)相關(guān)子項(xiàng)目?jī)?nèi)容，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后又需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合比較分析。這樣就要求小組成員充分合作，合理協(xié)調(diào)安排時(shí)間和分工完成課程要求的研究目標(biāo)，學(xué)生在類似真實(shí)科學(xué)研究的情境中通過(guò)互助協(xié)作共同完成各項(xiàng)目中的實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果討論等任務(wù)。

在最后的課程考核中，要求學(xué)生按照正式發(fā)表格式撰寫課程小論文，這種寫作訓(xùn)練使學(xué)生能夠更直接地學(xué)習(xí)到將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行綜合分析，比起傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，能更好地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)寫作能力。在以小組為單位的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果總結(jié)交流報(bào)告會(huì)中，各小組學(xué)生自行制作PPT并向全班同學(xué)和授課老師演示和宣講他們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果分析和結(jié)論的推斷過(guò)程，其他各組學(xué)生自由提問(wèn)，在此過(guò)程中培養(yǎng)了他們的口頭表述和交流科學(xué)問(wèn)題的技能。以課程小論文和實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)報(bào)告的形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)操作考試，通過(guò)相對(duì)完整的實(shí)驗(yàn)研究和總結(jié)過(guò)程，有效地培養(yǎng)學(xué)生從提出問(wèn)題到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析問(wèn)題，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整合分析、文獻(xiàn)查閱、自我思考和科學(xué)推論解決問(wèn)題，再進(jìn)一步提出新問(wèn)題的能力。

4.2 教學(xué)效果

研究性教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)在于極大地引起學(xué)生對(duì)學(xué)科的興趣，在注重知識(shí)傳授的同時(shí)注意著力培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)造能力，具有開(kāi)放性、綜合性和實(shí)踐性的特征，把科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維、科學(xué)道德、評(píng)價(jià)能力、批判精神、合作精神、敬業(yè)精神、嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)結(jié)合到教學(xué)中去[11]。實(shí)踐證明，對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行改革，開(kāi)展以項(xiàng)目和案例為驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)改革，在提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和綜合科研素質(zhì)方面取得了明顯的效果[16-18](見(jiàn)表1)。

“植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”從植物的溶液培養(yǎng)開(kāi)始，第一個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)出來(lái)的植物材料就是后面實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的材料，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既相對(duì)獨(dú)立，又環(huán)環(huán)相扣，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程成為一個(gè)有機(jī)的整體，前一步的成功與否會(huì)直接影響到下一步實(shí)驗(yàn)，大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度和責(zé)任感[19]，不僅提高了學(xué)生的興趣和實(shí)驗(yàn)成功率，也保障和提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。同時(shí)，這種連續(xù)性和對(duì)比性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生充分了解每一個(gè)測(cè)定項(xiàng)目對(duì)于解釋不同培養(yǎng)條件下植物生理狀態(tài)的差異和生理機(jī)制，做到“知其然”以及“知其所以然”。

實(shí)驗(yàn)課程中采用研究性項(xiàng)目教學(xué)法的方式，模擬科學(xué)研究中提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程，建設(shè)研究性學(xué)習(xí)和交流平臺(tái)，可以有效地將學(xué)生從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練導(dǎo)向到探索性科研訓(xùn)練，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)、科學(xué)思維和研究能力。

表1 研究性項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施前后實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果比較

5 結(jié) 語(yǔ)

研究性的項(xiàng)目教學(xué)方式營(yíng)造了一種帶有科學(xué)探索性質(zhì)的互相協(xié)助、共同交流的教學(xué)氛圍，在教學(xué)中達(dá)成經(jīng)驗(yàn)分享、同伴互助、良性競(jìng)爭(zhēng)等總體目標(biāo)，提高了教學(xué)活動(dòng)的互動(dòng)性和有效性。這種研究性的項(xiàng)目教學(xué)方法也是一種在專業(yè)教學(xué)中將普適功能的教育目標(biāo)，如方法能力、合作交往能力、獨(dú)立自主能力、責(zé)任意識(shí)等突出表現(xiàn)出來(lái)并貫穿到課堂內(nèi)外的教學(xué)方式[8]。通過(guò)研究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案改革，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，不僅傳授給學(xué)生理論知識(shí)和操作技能，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維和自主研究和實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，能更好地滿足當(dāng)前創(chuàng)新性教育的發(fā)展需要。

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