搭建开放研究平台 深化实验教改研究——微生物学设计性实验教学的实践探索

卜 宁，赵新刚，陶思源，王 勇，马莲菊

沈阳师范大学，辽宁 沈阳 110034

微生物学是生命科学的主干基础课之一，是理论性、实践性和应用性很强的一门学科，其独有的实验技术与方法已广泛渗透到现代生命科学的各个分支领域。微生物学实验是微生物学的重要组成部分，是微生物学教学的重要环节。长期以来，微生物学实验教学大多延续传统“验证性”的实验内容并采用“程式化”的教学方法授课，导致学生对实验探究的兴趣不高，实验教学效果欠佳。近年来，我们在微生物学实验教学中进行了设计性实验教学改革的有益探索，其目的就在于“开发学生智能，培养与提高学生科学实验的能力和素养”。利用为学生搭建起的“开放研究”平台，培养学生查阅资料能力、实验动手能力、数据处理能力、综合分析能力及组织管理能力，使学生在探求未知的氛围中创新学习，发挥潜能，超越自我；教师在充满挑战的环境中主动学习，不断发展，追求卓越。

一、实验教学的现状分析

目前微生物学实验教学大多采用传统的教学模式，即教师根据微生物学实验教学大纲要求，制定实验教学计划，再依据教学计划，确定每一次实验的教学内容；课前准备好实验材料、药品、仪器用具等；上课时，学生在教师的指导下按照设定的实验题目和程序，完成规定的实验内容和操作，验证实验结果，最后写出实验报告。可以说，这种传统教学模式对于微生物学实验教学有一定的积极意义，学生通过每次的实验学习能够目标明确地掌握相应的学科理论知识及实验技能……但不能否认的是：这种教学模式更在一定程度上压制了学生的求知探索欲望，学生的学习被限制在有限的时间和空间里，积极性和主动性不能充分发挥，学生过多地关注实验结果，而不重视过程；虽掌握了一定的技能，但缺乏对所学理论和技术的融会贯通，缺乏独立分析问题、解决问题及应对实际工作的系统综合能力。针对传统实验教学存在的种种弊端，实验教学必须走出一条适应现代社会对人才培养的多元化需求的新路，必须进行创新人才培养的改革探索，以转变实验被动教学的局面，培养即具有扎实的基础知识和基本技能，更具备个性化创新思维能力和实际解决问题能力的综合性人才。

二、设计性实验教学改革的实践探索

（一）设计性实验的内涵

设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生运用已掌握的基本知识、基本原理和实验技能，自行设计实验方案并加以实现的探索性实验，是有效增添“创新性教育元素”教学实践活动，具有现代、复合、先进、时代和创新性特点。设计性实验内涵包括：立题，学生在查阅资料的基础上，根据教师科研项目或学生自己感兴趣的研究方向选题，课题研究的目的、要求、结果明确，研究内容可涵盖多门课程知识；设计，学生根据已具有的知识储备自行提出科学规范的实验设计方案，给出明确的实验方法、步骤、技术路线、预期结果；实验，设计方案经师生多次可行性论证后实施，学生从配制药品到选择仪器，从实验操作到观察统计数据，独立完成整个实验研究过程；总结，学生独立进行结果分析，得出结论，书写完成实验报告或实验研究论文，汇报并交流研究成果，并由师生共同评定成绩。

在学生经历设计性科学实验研究过程中，拥有充分展示自己能力的空间和舞台，不仅能够获得丰富的科研训练体验，更能获取大量的难以表述的内隐知识，不仅能开拓视野，提高科研创新意识和能力，更能体会成功，获得自信。

（二）主导思想及目的

当今世界正处在一个大发展、大变革、大调整时期，国力、科技、人才的竞争，改革、创新、发展的深入不仅成为关乎国家发展和命运的关键词，而更成为带给高等教育的严峻挑战，因此，培养具有创新意识和创新能力的高素质人才必然成为高校教育教学必须认真思考的核心问题。

为适应当今社会对人才需求的变化，培养和造就具有竞争力的创新型高素质人才，提高和增强学生社会核心竞争力，必须坚持“注重基础，拓宽知识，激发个性，强化技能，培养能力，提高素质”的育人指导思想，必须坚持“以人为本”的教学理念。开设设计性实验是实验教学改革、改变传统教学模式、有效提高实验教学质量、切实提升人才培养质量的重要举措，是提高学生实验技能、综合素质和创新能力的有效途径。开设设计性实验的目的在于培养学生独立的思维能力、严谨的科学态度、百折不挠的工作作风、相互协作的团队精神和勇于开拓的创新意识，激发学生的主动性和创造性，使学生挖掘潜能、张扬个性、锻炼意志、培养能力、提升素质；使教师转变观念、主动学习、更新知识，自我发展，不断成长。

（三）实施过程

设计性实验教学的基本流程是：动员准备和选择课题——制定方案和修改论证——实验操作和分析讨论——论文汇报和成绩评定。

1.动员准备和选择课题

（1）学情调研。采用调查问卷、个别谈话等方式通过电子邮箱、网络教学平台对学生的兴趣、基础、能力等进行较全面系统的专题调研，以便教师在实施设计性实验教学中有的放矢地开展工作。

（2）动员准备。教师准备：一方面教师向学生阐明设计性实验教学的总体思路，使学生明确思想，做好心理准备；另一方面教师给学生介绍资料查阅方法以及学科研究进展，激发学生兴趣，引导学生广泛搜集资料、查阅相关文献，为选择研究课题做一定的铺垫。学生准备：按照设计性实验的灵活、个性化原则，以学生为主体，学生自愿组成若干个课题研究小组，每组2～6人不等，由1名主持人负责组织管理。

（3）选择课题。学生在查阅资料和准备充分的基础上，根据教师科研项目或学生自己感兴趣的研究方向进行选题。要求所选课题研究的目的明确，具有综合训练性；研究内容归属于微生物学实验范畴，并力求贴近生产、生活实际和研究热点。

2.制定方案和修改论证

（1）制定方案。学生根据确立的选题，按规定的格式提交科学规范的实验项目设计书，阐明实验研究的立论依据（研究目的和意义，国内外研究现状，主要参考文献等），提出研究方案（研究目标，主要研究内容，研究方法，技术路线，实验方案，拟解决的关键问题，预期结果等），列出经费预算。

（2）修改论证。设计方案经组内多次讨论修改后提交，并在开题答辩课堂上接受理论及实践可行性等方面的评审，按师生提出的修改和补充意见进一步修改并定稿。

3.实验操作和分析讨论

（1）实验操作。根据实验设计，通过开放实验室，学生以课题研究小组为单位自己动手准备实验（配制药品，选择仪器设备），反复实践，开展实验研究。

（2）分析讨论。通过实验操作，观察实验现象，记录实验数据。遇到问题（实验现象不明显，数据可疑等）时，及时商讨或与指导教师交流，师生间相互学习、相互切磋、相互启发、相互激励，综合分析原因，提出解决办法并采取相应的措施。实验结束后，整理分析实验数据，集体讨论评价实验结果，得出结论。

4.论文汇报和成绩评定

（1）撰写论文。以课题研究小组为单位共享实验数据，但每人必须独立完成实验结果的分析及研究论文的撰写。研究论文则按毕业论文的格式统一要求。

（2）总结汇报。由课题主持人（或代表）将研究成果以PPT形式在规定时间内向全体师生展示汇报，以课题研究小组为单位进行答辩，每位成员均有展示自我的机会。

（3）成绩评定。设计性实验成绩以30%的比例计入到实验总成绩中，成绩评定包括实验设计、实验过程、实验数据、实验论文等几个方面。即实验设计是否科学合理；实验过程是否态度认真；实验数据是否翔实可靠；实验论文是否分析合理并格式规范。

（四）收获和体会

1.促进学生综合素质的全面提升

设计性实验课程给学生提供了一个“无拘无束的自由发展的”的学习时空，学生成为教学真正的主体。通过设计性实验的课题研究，学生对微生物学研究方法和实验基本操作有了深刻的理解，对微生物学理论知识有了进一步印证，综合素质得到了全面的提升。

（1）创新思维能力。在选题论证、分析讨论过程中，学生们各抒己见，从不同角度分析和阐明自己的观点，拓展了思维视角，通过集体讨论交流，碰撞产生出智慧的火花，从而培养了学生的创新思维能力。

（2）文献查阅能力。为确保实验研究的顺利进行，学生在设计实验方案、实验过程及论文写作过程中，需要查阅大量相关的文献资料或书籍，因而，锻炼了学生的文献查阅能力。

（3）动手操作能力。在完成设计性实验课题研究的过程中，学生通过对多种实验技术的综合运用和反复实践，强化了对微生物学基本实验技能的掌握，提高动手操作能力。

（4）沟通交流能力。在设计性实验中，通过小组内讨论、师生间相互切磋以及实验设计研究方案的开题、研究论文答辩汇报，提供给学生交流、汇报的平台，有意识地强化学生沟通交流能力的训练，提高了语言表达和与他人交流的能力。

（5）论文撰写能力。在撰写实验项目设计书、实验研究论文过程中，学生要对所查资料及所学知识进行提炼和总结，运用准确的书面语言描述现象、阐述观点，学生基本了解和掌握了论文写作的基本思路和要求，为毕业论文的写作奠定了基础。

（6）良好科学素质。设计性实验研究存在很多未知和不确定性，为避免由主观因素所导致的实验失败或重复操作，需要学生具有严谨的科学态度和坚忍不拔的意志品质。通过设计性实验的开设，培养了学生独立、认真、严谨的工作作风和实事求是的科学态度，提高了学生良好的科学素质。

（7）团队协作精神。设计性实验以研究小组为单位开展研究，小组每个成员的观点、见解、能力不同，从实验设计到实验操作，从结果分析到论文答辩，需要分工合作，密切配合，营造了切磋研讨、教学机会和氛围。在这过程中，培养了学生合作意识、团队意识、团队精神，增强了学生的社会责任感。

2.促进教师的提高和发展

设计性实验课程的开设使教师面临新的挑战，对教师的素质和能力提出了更高的要求。教师的变化主要体现在：

（1）观念、角色的转变。设计性实验课程给学生创新思维和创造能力的展示提供了一个良好的平台，学生真正成为教学主体，教师是学生学习活动的组织者、引导者；在设计性实验教学过程中，学习成绩不再是评价学生的主要依据，一些成绩平平的学生或较差的学生却崭露头角，从多元化角度发现学生、评价学生，改变了教师的人才观和质量观。

（2）师生关系的转变。设计性实验教学突出“以人为本”、“以学生能力培养为核心”的教学理念。在教学中，教师为学生提供服务、指导和管理，师生平等互助，共同成长和发展。

（3）促进教师转型，追求卓越。在设计性实验教学中，教师既是指导者、服务者、组织者，又是学习者，更要成为研究者。要有效地指导学生开展设计性实验研究，教师必须具备扎实的专业知识和实验技能功底，查阅文献，及时了解最新的科研动态，不断学习，更新知识，成为学习者；要有效地指导学生开展设计性实验研究，教师必须了解学情，研究学生兴趣、基础、能力，研究教学规律，研究教学改革，成为研究者、专家。教师以教促学，学生以学促教，教学相长，师生共同提高，形成了良性循环。

三、结语

设计性实验教学是培养学生实践能力和创新能力的有效途径，在提高学生的综合素质方面发挥了重要作用，是现代教育的必然趋势。实验教学改革是一项长期的工作，只要我们坚持不断探索和实践，就一定能够达到预期目标。

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