生物實驗 “五位一體”實踐教學體系改革與探索

王慧麗，張曉可，郭桂義

(1. 安慶師范大學 生命科學學院，安徽 安慶 246133；2. 信陽農林學院 茶學院，河南省豫南茶樹資源綜合開發重點實驗室，河南 信陽 464000)

1 課程概況

生物學是一門綜合性強、涉及學科眾多、以實驗為主的自然科學，只有把實驗和理論學習結合起來，才能提高學生的實踐技能，培養學生的觀察能力、動手能力、以及發現問題和分析解決問題的能力，同時增進學生對生物學科的興趣[1]。生物實驗作為生物學專業重要的教學環節之一，其課程體系合理與否，直接關系到人才培養的質量[2]。然而，目前生物實驗教學過程中存在的一些問題已經制約了學生實踐創新能力的提高。隨著社會經濟的快速發展和科學技術綜合化，如何培養基礎扎實、知識面寬、創新實踐能力強的綜合型創新生物人才已成為師范院校面臨的重要課題[3]。本文結合生物實驗實踐教學的實際情況和專業特點，提出了“五位一體”的生物實驗實踐教學體系，以期對生物學專業學生的培養發揮積極作用。

2 生物實驗教學中存在的主要問題

2.1 實驗教學設計不合理

目前高等院校生物教學普遍存在實驗教學輕于理論教學的現象。實驗課大多依附于理論課，不僅課時數不及理論課，也沒有獨立的實驗系統，很難形成循序漸進的實驗課程體系[4]。實驗性質方面，驗證性實驗較多，而綜合性、設計性實驗不足，沒有緊跟學科發展的步伐，導致學生創新實踐能力差[5]。實驗過程中一些教師采用填鴨式教學，學生面對較難掌握的生物原理容易缺乏學習興趣，因此實驗課的組織模式和講授方法急需改進。

2.2 實驗教學資源不足和資源浪費并存

高校實驗室是實踐教學的根據地，在培養創新人才的過程中具有不可替代的重要作用和地位[6-7]。然而，大多數高等院校實驗室建設經費投入不足，實驗室功能單一[8-9]。只有基本的實驗教學條件，缺乏系統的多功能一體化實驗室，與教育部高校教學水平評估要求存在巨大差距[10-11]。此外，許多實驗室的利用率較低。長期以來，各教研室普遍采用獨自管理和建設各自實驗室的封閉教學模式，雖然在實驗時間上進行了開放，但實驗室開放并不徹底，不利于專業建設和人才培養，造成了實踐教學資源的浪費[12-13]。此外，專職實驗教師在職稱評定、績效考核等方面沒有得到應有的重視，不能專心于實驗室管理和實驗教學研究，這些也影響了實驗教學質量的持續提升[14]。

2.3 產學研合作潛能未充分發揮

現在高校教師多數是博士、碩士直接招聘進來，生產實踐經驗并不豐富。還有一些高校只注重科研，與實踐資源平臺銜接不夠，只負責把學生送到企業，而對企業反饋如何、企業需要教師及學生解決哪些生產實踐問題并不關心，導致產學研只有空架子。沒有讓企業切實參與到學校人才培養上來，學校又沒有相關的實驗、實踐教學資源，致使實踐教學課程不能系統落實，校企合作途徑不順暢[15]，產學研合作潛能沒有充分發揮。

3 實驗課程改革措施探索

針對生物課程的特點以及學生在學習中存在的問題，我們提出了“五位一體”的生物實驗實踐教學體系改革方案(圖1)，建議從以下五個方面分別進行。

圖1 “五位一體”生物實驗實踐體系結構圖

3.1 構建新的生物實驗課程體系，增加生物實驗課課時量，優化整合實驗內容

3.1.1 獨立設置生物實驗課，增加生物實驗課課時量 教育部頒布的《高等學校基礎課實驗教學示范中心建設標準》中提到生物實驗課要占理論課時數的100%左右，而《普通高等學校本科教學工作水平評估標準》中規定了綜合性、設計性實驗的課程占實驗課程總數的比例為80%[16]。考慮實驗課程的整體情況，結合生物學科的培養目標和實驗教學自身的規律，對實驗內容進行優化組合。對于基礎驗證類實驗(課時比例占20%～25%)，可在大一第一、二學期開設。例如動物學、植物學和微生物學部分理論課可以改成獨立實驗課，相比純理論課堂教學中老師滿堂灌，獨立實驗課利用現代化虛擬仿真互動實驗室，讓學生動手，反而提高學習效率。對于綜合類實驗(課時比例占40%)，在大二第三、四學期開設，教師在綜合類實驗中分出競賽科研項目、競賽創業項目、開放實驗項目等，以特色實驗項目來編制實驗講義和實驗教學大綱，提供多種實驗方案，采用4～6人小組，培養學生的動手能力、綜合運用知識解決問題的能力。對于創新設計類實驗(課時比例占20%～25%)，在大三、大四的第五到八學期開設，實驗課課程設計以畢業論文設計為中心，教師以實習或自己的科研實驗為題目，由學生以小組形式自行設計方案、實驗步驟等，學生遇到問題，老師適當引導激發學生深入研究的積極性，淡化課堂和課程的概念，幫助學生形成以自主式、合作式、研究式為主的學習方式。

3.1.2 改進實驗課課堂組織模式 將翻轉課堂、啟發式教學、案例式教學等融入實驗教學課程中，發揮學生的主體作用，開展創造性實驗教學。課前讓學生提前了解實驗研究進展，提高學生參與意識；課中利用豐富的實驗材料、實物教具進行現場演示，激發學生的學習興趣，結合現代先進技術，實現教學手段多元化，利用圖表、棍棒模型，培養學生建立空間概念；課后搜集課外文獻資料和做練習，幫助學生拓展知識面和加深對知識的理解。

3.2 不斷拓展實驗室功能，提高實驗室開放度

3.2.1 建設虛擬仿真實驗室、實驗實習教學管理等信息化平臺 動物學、植物學、微生物學等實驗中裝片的觀察可在顯微互動實驗室開展，教師可以隨時看到同學們觀察到的顯微鏡畫面，并將所有的圖像投影到大屏幕上，使師生之間的圖像資源能夠共享。通過圖像、聲音以及系統內的圖片庫等將抽象復雜的教學內容直觀、準確地表達出來。還有園林實驗室可以引進園林仿真軟件，例如YLCAD園林景觀設計軟件、HTCAD土方計算地形分析、ZDTM三維地形分析軟件等，使學生學習效率大大提高。使用實驗實習教學管理信息化平臺可以預約實驗、學習實驗儀器使用方法及實驗注意事項等，提高實驗室使用效率。

3.2.2 專業實驗室逐步打造成開放實驗室 打破課堂空間、時間界限，開放學科競賽實驗室、科研實驗室、教學實驗室，實現教學資源的有效整合和配置。以安慶師范大學生命科學學院為例，以大學生創新競賽為主的開放實驗室配備了學生實驗的基礎實驗儀器，包括電子天平、顯微鏡、生化培養箱、干燥箱、標本制作工具等。省級重點開放實驗室集中了學院最先進的科研儀器設備，包括流式細胞儀、PCR儀、酶標儀、核酸提取儀、蛋白質純化系統、葉面積分析系統等進口儀器設備，為學院教師科研和學生參賽提供了方便。將學生的實驗項目與教師的科研課題結合，可促使科研儀器轉化為學生創新實踐的儀器，增加儀器的使用率。

3.3 以學科競賽促進生物實驗教學改革

近年來安慶師范大學生命科學學院鼓勵學生積極參加創新創業項目和學科競賽活動，包括“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、大學生創新創業訓練計劃等國家級賽事，“安徽省大學生生物標本制作大賽”“安徽省生命科學競賽”“安徽省大學生食品設計創新大賽”“安徽省青年科普創新實驗生物大賽”等省級專業賽事，并取得了顯著成績，獲得了多項一等獎，學科競賽獲獎900余人次。從比賽選拔到正式競賽，師生收益頗多；比賽會涉及PPT制作、繪圖用的CAD、修圖用的PS、商業模式需要用到的盈利計算以及生物信息采集用到的遙感技術等技術。為了贏得比賽，學生會主動學習本專業以外的其他課程或軟件技術，不僅能為后期畢業論文添彩，還能為走入工作崗位提供必要的工作技能。

這些大賽推動生物課程內容的改革，促使教師和學生打破傳統的教、學方式，建立系統的競賽指導方法與管理體系。以教賽互動開放式教學模式，采用任務驅動法，通過面對面、網絡、微信、QQ等多種形式進行教學互動，通過競賽的方式檢驗學生的學習成果，提高教學質量。這些大賽促進學生實際動手能力及創新意識的培養，促進大學生的溝通能力、獨立思考能力及團隊意識的形成[17]。

3.4 構建“產學研”實踐平臺，強化實踐教學環節

實踐教學應緊貼產業發展，注重培養學生應對復雜環境的綜合能力及職業素養。校內倡導學生自主創業，依托大學生創業孵化基地，鼓勵教師指導學生參加大學生創新創業訓練。開拓校內外實踐資源，加強校內實踐基地與社會企業的聯系。

加強產學研合作，將實踐教學分為三個階段進行。第一階段，學生在校學習階段，引進具有豐富生產實踐經驗的工程師、職業經理人、公司老總作為外聘教師，由外聘教師和校內教師共同構建實踐教學課程體系、編制實驗教材、講解基本的工藝流程或創業過程。第二階段，教師帶領學生在企業內實習，把理論知識具體應用于生產實踐中。第三階段，帶著實際需要解決的問題，教師和學生回到實驗室進行新材料新配方實驗，企業給教師提供實驗、研發經費，提高教師進入企業的積極性，促進成果轉化為產品。學生和教師在實習過程中不僅能解決生產實際問題，還能使雙方實踐能力得到提升。在這一過程中學校和企業沒有分離，實現了“學校與企業結合、學習與就業融合”的實踐教學模式。學生在真實項目實施過程中，獲得知識、技能和職業素養的提升。通過創新創業實踐，我校園林、食品等工科專業培養了一批有職業素養、能吃苦、適應能力強、團隊合作精神好的學生，得到了企業的好評。

3.5 將教師的科研項目融入實踐教學中

學生的畢業設計可從指導教師團隊承擔的實踐項目中選題，從而讓學生的實驗項目與教師的科研課題相聯系，形成完整的課題體系。安慶師范大學生命科學學院教師獲得國家自然科學基金、安徽省自然科學基金等多項縱橫向研究課題，有部分學生從大一或大二就開始參與教師的科研課題，因為接受了比較嚴謹的科學培訓，完成論文的質量比較高。然而大部分學生是畢業前才選導師，老師與學生聯系少，論文與社會服務、科研、生產第一線脫節，論文質量不高。因此，可在學生入學一年后提早實現導學制，學生根據興趣自主選擇導師，從而有助于培養學生嚴謹的科學態度、扎實的實驗技能、較強的創新意識和團隊協作能力等。近幾年我院教師已指導學生發表核心期刊論文10余篇，獲專利30余項，這些論文和專利又為學生競賽打下堅實的基礎。

4 總結

本文構建以學生實驗教學為中心、實驗室為載體、學生競賽為抓手、科研項目為依托、產業實踐為紐帶的“五位一體”生物實驗實踐課程體系。利用各種資源開展實驗教學，包括實驗教學模塊、開放實驗室模塊、學生競賽模塊、產業實踐模塊、科研項目模塊等，五個模塊之間相互補充，形成內在聯系緊密的綜合實驗系統，共同激發學生的學習熱情，充分發揮學生的主觀能動性。