探索性實驗在培養學生創新能力中的應用#

方明 龔星宇 魏媛媛 王戰國

（成都大學基礎醫學院，四川 成都610106）

傳統醫學機能實驗教學在驗證經典理論、傳承科學精神、保持學科完整性上有其獨特價值[1]，其優點在于實驗內容源自經典的已驗證實驗，學生按部就班即可完成實驗內容并書寫實驗報告，實驗成功率高，且每組學生所做的實驗內容是相同，便于教師對學生實驗成績的評分；缺點是忽視學生的創造性思維，使學生長期處于被動服從地位[2, 3]。

培養學生創新能力已成為當代高等教育的當務之急，原有的醫學機能實驗教學對培養學生創新能力十分不利。教學是創新的重要引擎，因此改革實驗教學、培養學生的科研思維及創新能力，是醫學機能實驗教學改革的重要課題之一[4]。

基于問題的教學方法（Problem-based Learning，PBL）源于20世紀50年代的醫學教育，是以問題式學習或者項目式學習的教學方法，強調學生在學習中的主體地位，鼓勵學生獨立思考，注重培養學生自主學習能力和發現、分析、解決問題的能力[5,6]。基于此方法，我們教研室對醫學機能實驗教學進行改革，開展探索性實驗教學，已初顯成效。

1 探索性實驗教學實施前期準備

醫學機能實驗開課前通過QQ群和騰訊會議等線上方式向學生介紹探索性實驗的內涵，即人們從事研究時，為探尋事物或現象的性質及規律所進行的實踐活動[7]；探索性實驗教學內容以與醫學機能實驗相關的、本學院教師科研方向為主線的實驗問題；探索性實驗教學方法是學生根據自身興趣組成實驗小組提出問題和猜想假設、查閱文獻制定計劃和實驗方法、進行實驗或收集證據，并對結果進行分析討論，期間包含教師與學生的大量交流和評估；探索性實驗成果以撰寫論文或參加大學生創新創業大賽的方式進行評價。探索性實驗教學鼓勵學生大膽設想，可以充分發揮學生的自主性，實驗過程中學生需根據實際情況不斷吸取新知識，并面對實驗結果的多樣性，這有助于培養學生的自主學習、科研思維和創新能力。

2 探索性實驗教學實施的三個階段

醫學機能實驗是基礎醫學一門重要課程，其教學內容包含生理學、病理生理學和藥理學三門學科的實驗，教學目標既要求培養學生掌握實驗基本原理和基本技能、熟練使用實驗儀器、檢測并分析實驗數據，又要求培養學生的創新能力。為了達到這個教學目標，我們在醫學機能實驗教學實踐中把探索性實驗教學分為三個階段：以PBL教學方式引導傳統醫學機能實驗教學為第一階段，征集和發布學院教師科研方向為第二階段，學生根據興趣組成實驗小組在教師指導下進行探索性實驗為第三階段。

2.1 以PBL教學法引導傳統醫學機能實驗教學階段

傳統醫學機能實驗教學大部分實驗以驗證性實驗為主，能培養學生對實驗基本原理和基本技能掌握、實驗儀器的使用、數據的檢測和統計分析等能力。這種實驗形式雖然使學生掌握了探索性實驗的必備基礎，但作為求知主體，學生卻始終處于被動服從地位，忽視了學生的自主學習能力培養。學生的自主學習能力是探索性實驗的保證。為了解決這一問題我們在教學實踐中引入了以問題為導向的PBL教學法。比如在神經系統實驗“神經干傳導速度測量”中提出學生熟悉的科學家霍金所患肌萎縮側索硬化癥癥狀，通過學生圍繞問題獨立收集資料，采用小組討論的形式，解決問題，培養了學生自主學習能力[8]。學生通過以PBL教學法引導傳統醫學機能實驗教學階段后初步具備了探索性實驗的條件。

2.2 征集和發布學院教師科研方向階段

通過公開向全院教師征集探索性實驗問題獲得了“具有殺嬰行為的母鼠易患抑郁癥的神經免疫機制”、“噴墨3D打印技術應用于骨組織修復”、“復方絞股藍改善小鼠學習記憶”等問題。問題征集后通過QQ群向學生公布并組織教師安排時間對公布的探索性問題向學生進行宣講，宣講內容包括研究領域現狀、前沿、科研成果及轉化情況、實驗要求和評價指標。

2.3 學生根據興趣組成實驗小組在教師指導下進行探索性實驗階段

在學習宣講內容并與教師交流后，學生根據自己興趣和所掌握的知識組隊，每隊人數不超 5人。組隊完成后確定實驗小組的探索性實驗指導教師。實驗小組根據問題查閱文獻、制定計劃與實驗方案，在與指導教師討論、修改、確定后進行實驗，并收集數據，對結果進行分析與討論，撰寫實驗報告或論文。對于創新性較強的成果，由指導教師推薦發表論文或參加大學生創新創業大賽。最后組織全部學生公開報告實驗過程、學習方法、實驗結果及遇到的相關問題，分享實驗經驗與體會。

3 探索性實驗的教學反饋和成果

3.1 探索性實驗教學反饋

對18級臨床專業94名學生進行問卷調查，收回問卷94份，收回信息完整的有效問卷91份。調查結果顯示 85.7%的學生認為有必要開展探索性實驗（30.7%認為很有必要）。79.1%的學生認為探索性實驗提高了學生對醫學機能實驗的學習興趣（35.2%認為有明顯提高）。86.8%的學生認為探索性實驗對培養學生創新能力有明顯作用（40.6%認為很有作用）。統計結果顯示，在醫學機能實驗教學中開展探索性實驗得到了大多數學生的認可，且對于培養學生創新能力起到了積極的作用。

3.2 探索性實驗教學成果

據統計，自2018年我教研室在醫學機能實驗教學中開展探索性實驗以來，學生通過參與探索性實驗在公開期刊共發表論文15篇，參加大學生創新創業大賽獲得全國一等獎1項、二等獎1項，三等獎2項的成績。許多學生在報告中寫到：“參與了探索性實驗后覺得科研創新也不是那么難了”、“探索性實驗培養了自己的自學能力和鉆研精神，非常贊同這種教學模式”。

4 醫學機能實驗教學中開展探索性實驗的反思

4.1 開展探索性實驗教學要求高于傳統醫學機能實驗教學

探索性實驗要求學生在具備傳統醫學機能實驗技能的同時還需要具有強烈的求知欲、較高的自主學習和科研創新能力。這就要求醫學機能實驗教學中不僅不能忽視傳統的驗證性實驗、綜合性實驗以及設計性實驗，還需要引入PBL教學法講述該實驗相關內容的研究現狀和研究前景，給學生提供探索的思路和方向，供學生在課后查閱文獻資料以便于深入了解，為探索性實驗教學做鋪墊[9]。

4.2 探索性實驗教學師資問題

探索性實驗教學，對教師的教學水平和知識面提出更高要求。學生在實驗中會遇到和提出許多問題，作為指導教師，需要不斷學習本專業新知識，拓寬知識面以應對學生實驗中出現的問題。為此，我們教研室與全學院征集的具有豐富教學和科研經驗的資深教師共同組成探索性實驗教學團隊，以確保探索性實驗教學順利實施。

4.3 探索性實驗教學中教師和學生職責要分明

探索性實驗開展過程中出現部分教師為了盡快完成實驗、獲得成果，完全代替學生設計好實驗，只讓學生操作的現象，學生淪為“實驗室操作機器人”完全達不到培養學生創新能力的要求。探索性實驗教學是以學生為中心，以培養學生學習自主性和創新能力為目的，實驗方案設計、實驗操作、實驗結果分析和討論應該以學生為主。教師職責只是學生學習的組織者、合作者、引導者和評價者[10]。