創新性實驗教學的實踐和探討

王佳璐 王芳 黃求應

摘 要：該文探討了在創新性實驗教學獅子山昆蟲種類調查課程中，以興趣點吸引學生參與，以學生為主體、教師為主導的原則開展實驗內容的設計與操作，注重對實驗過程的管理，完善以過程為導向的評價體系。通過教學改革，激發了學生的創新思維和創新意識，學生的科研實踐能力和科學素養得到顯著提升。

關鍵詞：創新性實驗教學;科研實踐;過程評價

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）09-0174-03

大學生創新性實驗計劃是“十一五”期間教育部在新形勢下為推動創新型人才培養工作而實施的一項重要舉措。該項目直接面向大學生立項，旨在促進高校轉變教育觀念，激發大學生的創新思維和創新意識，培養適應創新型國家建設需要的創新人才。2016年全國科技創新大會對高校實驗教學提出更高要求，要求高校實驗教學要著力培養大學生的社會責任感、創新精神、法制意識和實踐能力[1-3]。

傳統實驗教學中，教師為學生準備好實驗所需的設備和材料，學生只需要按照實驗指導書依次完成實驗步驟，就能得到并且一定能得到已知的結果。一方面，學生感受不到實驗的樂趣和求真的沖動;另一方面，學生錯誤地產生“書本就是權威、老師就是權威”的思想，缺少質疑與批判意識，更談不上創新精神、創新人格和創新能力的培養。2000年以來，華中農業大學積極開展大學生科技創新實驗，發現參與的學生存在有意識開展科技創新但缺少最基本的專業知識和技能，或者有意識開展科技創新也申報了項目但中途因為辛苦放棄等問題。針對這些問題，以引導學生探究、突出學生自主訓練、實現實驗課堂到科技創新對接為目標，華中農業大學近年來高度重視大學生創新性實驗教學，本科實驗教學中心、學院專業實驗室、創新教育基地等積極配合，在項目來源上致力于讓學生提前了解有關理論、科學研究技術與方法，在課程內容上注重多知識點的交叉融合與集成，強化實驗技能綜合訓練。創新性實驗教學課程成為學生開展科技創新的孵化器，獲得了師生的一致認可[4-6]。筆者以創新性實驗教學獅子山昆蟲種類調查課程為例，探討通過創新性實驗教學培養大學生從事科學研究和創造發明的科學素質。

1 興趣是內驅力

本課程自2013年起申報立項面向全校大學生選課開放至今，已連續8年開課，每學年開設1次。由于選課系統30人的限制設置，每年選課期間該課程在學生交流群中都會出現“一位難求”的境況。選課學生來自動醫、園林、廣告、經濟、食工、自動化等20多個專業大一至大四的學生，喜歡昆蟲、不懼怕昆蟲、希望有機會玩蟲子、對昆蟲有一定興趣是這些學生共同的特點。在學習之初，大部分學生對昆蟲有一定的了解和認識，有特別鐘愛或者追求的昆蟲種類;少數學生對昆蟲的記憶停留在孩童時候，期望能在課堂上重現抓蟲玩蟲的美妙時刻。了解到學生的這些情況，教師在第1次課上會較為系統地講解昆蟲的起源與進化、昆蟲體軀的構造、頭胸腹外部形態的特征、昆蟲的生活史、昆蟲的取食、防御行為等內容，約4個學時，盡可能地滿足學生對昆蟲專業知識的渴望，同時也修正學生認知中的一些錯誤。比如講生活史部分時會講到“朝生暮死”這個成語，起初說的是一種叫做蜉蝣的昆蟲，它們的壽命非常短，早上羽化出來，傍晚就死了。這個時間通常是幾天，最短的只有1～2h，所以用這個詞來形容生命的短暫。但其實，這個短暫的過程只是指蜉蝣的成蟲期，在這期間蜉蝣要完成在飛行中交配、雌蟲把卵產在水中、繁殖下一代的使命。事實上每個蜉蝣個體的發育要經過卵期、幼期、成蟲期3個發育階段，需要幾個月甚至幾年時間才能完成。背景知識的講授摒棄了知識的簡單羅列，而是采用互動的形式，激起學生的學習需求與學習期待，從而使學習處于激活狀態;同時用更多的圖片和視頻代替文字的羅列，將昆蟲學的基本知識和野外采集昆蟲的實際情況結合起來，吸引學生對課程本身的注意，激發學生的學習動機。在講到昆蟲外部形態和取食行為部分，少數昆蟲種類學生都很容易理解，還有些平時不太了解又生活在身邊的種類，也讓學生理解了所學知識在生活中的意義。另一方面，在講到采集工具和采集的技巧方法部分，學生都表現出濃厚的興趣。教師在課堂上組織學生相互認識并依據共同目標完成分組，一般3～5人為一小組，推薦出小組長，之后建立聯系群商討實驗方案。

2 學生是主體

傳統實驗教學是在固定的實驗室內授課，學生不允許在課表規定的時間外進行實驗，學生無法根據自己的時間和興趣選擇喜歡的方向進行學習。創新性實驗十分注重學生的探索精神，注重在學習的過程中將學生的被動學習轉化為主動學習。本項目中，通過教師課堂講授，學生認識了不同種類昆蟲的發育史及為害史，積累一定的專業知識，對于后期實驗順利開展非常重要。比如講直翅目昆蟲時，除了講述目的特征，為了提升學生的興趣和學習效果，還在介紹形態特征時，通過大量彩色的形態圖和特征圖幫助學生比較直翅目常見科在觸角、聽器、足等部位的不同，培養學生的觀察和分析能力;講述直翅目害蟲危害時，從蝗蟲超強的繁殖能力，談到大家熟悉的非洲及印度和巴基斯坦的蝗災，從地理、季風等多個方面分析沙漠蝗沒有遷飛到我國的真實原因。課程開始時，任課教師擬定了不同的實驗對象和目標，從目的特征、重要科的分類特征、危害植物的范圍、生物學特征、經濟意義等方面向學生介紹這些昆蟲種類，學生根據自己的興趣、愛好、能力水平來確定研究的內容和方向，給予學生充分了解、自由選擇和創新的機會，這樣每一個學生都可以實現自己的期望和價值。學生定下目標昆蟲種類后，自行查閱資料、設計實驗方案，制定出針對目標昆蟲的實驗步驟和規劃，并在實施過程中不斷改進和優化，即使出現無法預知的問題，學生也會圍繞問題各抒己見，不斷摸索和驗證。對于目標昆蟲，教師引導學生一定要以校園實際情況為基礎，不可盲目追求個別珍稀種類。因此，實驗目標要接地氣，實驗步驟也不需要太復雜，既要完成定下的實驗目標，同時也要保證實驗的完整性。在整個過程中，小組成員參與程度、合作精神、協調能力以及遇到困難和處理問題的能力得到充分體現，學生全面沉浸于科學實驗中，體會到實驗過程的苦和樂，不同學科的學生相互合作，個性得到彰顯，學科交叉更加融合。在小組PPT匯報中，很多學生提到在活動中不僅加深了其對喜愛學科的理解，也收獲了友誼和樂趣，并對課程提出了自己的建議，有助于項目的持續開展。

3 教師是引導者

大學生創新性實驗計劃是倡導以大學生為主體的創新性實驗改革，但學生的知識儲備有限，又缺乏系統研究的經驗，因此教師要給學生提供參考課題，充分尊重學生的個性發展，充分發揮每個學生的不同認知特點和不同的發展潛力。同時，在實驗過程中，教師應實時跟進，了解項目進度，根據實際情況提供一些指導性的建議。另外，教師應當側重于對學生的引導和啟發，引導學生自主地獲取知識，在實驗過程中保持主動性，主動參與、積極溝通、創新實驗內容。比如，在實驗開始之初，學生并不知道如蝶類等某一類昆蟲在校園中出現的時間或地點，因此在前一兩次野外采集中會抓到其他種類昆蟲，但是目標昆蟲收獲不大。這時學生一般會不假思索地求助于教師。面對這種情況，任課教師最好不要馬上為學生排除困難，應及時了解分組學生的實驗進度，因勢利導，鼓勵和引導學生嘗試自己解決問題，或請同組學生共同討論，至少要找到出現問題的原因。這時，部分學生會想到天氣、溫度等原因，教師可適時引導學生了解自然規律，掌握目標昆蟲與其寄主植物的生長規律，再設計方案計劃。實驗過程中，教師應善于挖掘學生的內在潛能，多角度、多途徑引導學生進行思考和探究，為學生提供發揮聰明才智、積極創新的舞臺。通過實驗，學生加深了對課堂上所學專業知識的理解以及對所學專業知識實際應用的認識，同時熟悉了實驗的操作規程和技巧，掌握了實驗原理和方法，提高了實際動手能力和靈活運用所學專業知識解決實際問題的能力。在教師的指導下，學生對實驗進行獨立思考、大膽質疑，自行設計方案、自主操作實驗、自由發揮想象，極大地調動了學生的主觀能動性，使學生的潛能得以充分發揮，激發了學生的求知欲和創新思維，增強了學生的科研實踐能力和創新能力。

4 考核重過程

學生在教師提供的參考范圍內選題，在教師的指導下設計實驗方案，通過探索性的實驗，經過分析、討論、總結得出結論或收獲目標種類。本項目的考核方法以激勵學生主動求知為宗旨，協調促進整個課程的改革與創新。評價標準的設計堅持“倡導動手實踐、重在創新過程”，具體包括考勤及實驗表現考核、目標達成度、PPT匯報3個方面。考勤及實驗表現考核為個人計分，主要根據學生的出勤情況、參與實驗的積極性，占總成績30%;目標達成度為小組計分，主要依據小組對目標種類的要求是否在種類、數量及制作美觀度等方面達到了既定目標，占總成績40%;PPT匯報為小組計分，主要依據小組成員在項目完成過程中的努力、進步與收獲，以及溝通能力、團隊合作能力等進行評價，占總成績30%。項目的考核不包括考試或紙質實驗報告，對學生的評價不單純重視其實驗成功與否，而是重視學生的實際收獲，重過程、重體驗、重參與。對實驗小組的評價與個人評價相結合、定性評價與定量評價相結合，多元化的評價策略更注重對學生在實驗過程中的參與度、實際貢獻、創新能力進行評價，突出了過程導向，激發了學生積極反思與完善自我，提高了學生的創造力和主觀能動性。

5 結語

本實驗課程具有綜合性和探索性，要求學生能靈活運用多種知識。學生來自全校多個專業，多數專業知識以前沒有了解過，這就要求學生不僅在選題前要掌握老師講的內容，在課下還要自主學習，豐富自身的專業知識儲備。例如，有些學生是廣告、經濟等專業的，農學、生物學的基礎知識非常薄弱，他們為了更好地進行實驗，自發地在學校課程網站上學習相關課程、觀看相關視頻。專業知識的拓展調動了學生探究的主動性，也給非生命科學專業等更多學生開設了進行科研實驗的平臺。

本實驗課程具有實踐性和靈活性。學生因為相同選題結成小組，針對目標要求設計合理的實驗方案，并能夠較好地完成相應的實驗內容，從而具備較強的實驗分析和總結能力，使得學生在發現問題和解決問題的過程中得到全方位的鍛煉，從而提高了學生綜合靈活運用所學專業知識解決實際問題的能力，同時也充分發揮了學校的師資及實驗室優勢，為學生提供發展個性和施展才能的機會，培養學生的創新能力和實踐能力。

知識不完全是通過傳授獲得的。在創新性實驗教學活動中，教師應是組織者、指導者，學生應是教學活動的實施者和探索者。指導教師應當轉變觀念，善于挖掘學生的內在潛能，多角度、多途徑指引、引導學生進行思考和探索，提出新想法，并通過設計方案、動手實施、最終驗證或推翻假設，從整個過程中提升創新實踐能力。

參考文獻

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（責編：徐世紅）