开设机能学设计性实验提高大学生创新能力的探索*

邢德刚，郑凌云，汪 胜，董艳芬，孟金兰，田素民，梁燕玲，马 娜，陈伟强 (广东药学院生理学系， 广州510006; 通讯作者)

大学生创新精神和创新能力的培养越来越引起各个高等学校重视［1］，如何培养大学生的创新能力已成为高等教育改革过程中最关注的问题。机能学设计性实验教学是机能学教学中的重要组成部分，通过设计性实验培养具有创新意识、创新精神、创新思维、创新能力并能取得创新成果的创新人才，是教学的最重要目标。以往的实验教学形式单一，教师为主体，学生被动式学习，对学生的综合性、创造性、设计性和主动性等方面训练不够。设计性实验有利于培养学生的创新热情和兴趣，从被动式学习转变成主动式学习，提供给学生一个自主发展和实践锻炼的空间［2，3］。为进一步推进大学生创新能力培养，注重学生个性发展，营造创新氛围，我们连续几年在临床医学专业和预防医学专业本科生机能学实验教学中开展设计性实验，在培养学生的动手能力和创新意识上收到了良好的效果，为医学高等教育创新型人才的培养教学模式的改革积累了一定的经验。

1 设计性实验的特点

传统实验主要是验证性实验，实验题目和内容由带课教师定好，实验室人员进行实验准备，全班分几个小组，按规定的实验步骤，在规定的时间内进行实验，在整个教学过程中，教师是主体，示教讲解，学生被动的机械性操作，这种教学模式对学生掌握基本实验技术和仪器使用，以及加强理论知识的理解等方面虽然具有一定的作用，但在培养学生的科学思维、科学素养和创新能力等方面的作用甚微，也不利于当前高等教育培养创新性人才目标的实现。设计性实验是要求学生自己查找和阅读各种参考材料，由学生自行选题，设计实验方案，并加以实现的实验。学生根据自己设计的实验方案，自行选择实验仪器、设计实验步骤、观察和记录实验现象和数据。实验中学生能从不同的角度对实验内容进行观察，解决实验中出现的问题，实验中学生会提出很多新的见解、新的方法，培养了学生的创新思维。由于设计性实验过程都由学生独立完成，提高了他们发现问题和解决问题的能力、对理论知识的理解能力、对问题的独立思考能力和对实验结果的分析能力，充分发挥学生的主体作用。同时，设计性实验打破了传统实验时空的限制，在实验时间安排上，学生可以提前组成小组，进行选题和实验设计，学生还可以做预实验，也允许学生多次实验;同时，在实验空间上开放，通过建立开放性实验室，提供基本实验设备和常用药品给学生利用。同时，开放机能学虚拟实验室以及科研实验室给学生利用，并且还可以适当利用相关专业实验室。设计性探索性实验的开设，可充分利用现代实验教学手段提供创新环境，为学生创新能力的培养提供实施的条件和表现的机会。不仅使学生的实验技能得到训练，而且，创新能力也得到培养。充分发挥实验在大学生认识自然、探索科学发现过程当中的主导作用，让实验教学真正成为学生巩固理论知识、培养动手能力和创新能力的基本方法和有效途径［4］。

2 机能学设计性实验的实践

2．1 设计性实验的选题 选题在设计性实验占有重要地位，直接决定了实验效果。我们使用的设计性实验选题方式有两种:一是根据教师提供的题目进行选择，实验方案由学生自己制定，这种方式能保证实验的可行性，实验效果能得到保证，不足之处是学生自主能动性发挥受到一定的限制;二是学生自由选题，可以是学生针对自己在综合性实验过程中遇到的某个问题展开的研究，也可以是对某个理论的实验验证或是某个现象的实验研究，也可以是对日常生活中感兴趣的生理活动进行观察，这种方式能充分发挥学生的主观能动性，激发学生的兴趣和求知欲。我们的设计性实验选题一般采用开放性的学生自主式选题，但要求符合以下几个原则:①科学性的原则:科学性是机能学设计实验的首要原则，要求学生的开放性实验和设计实验要依照科学实验原理，从选题、设计实验方案及实验的开展，所涉及的实验步骤、操作程序和方法必须与机能学理论和实验方法论相一致。②可行性的原则:可行性是指学生实施设计实验必须是可行的，包括实验步骤和方法可行，仪器、设备，动物和药品可行，时间安排可行等多个方面。③实用性原则:设计性实验要符合客观实际，以解决实际问题为思路，通过设计实验来解决科学发展和社会生活中的某些实际问题。④创新性原则:设计性实验不是验证性实验，是以培养学生创新能力和综合素质为目标的一种教学模式，因此，我们要求学生在选题时一定注重创新，立题力求新颖。例如10届预防医学一个小组的题目是“不同钾离子浓度对心肌有效不应期的影响”，这个实验的选题，一方面有“心室期前收缩与代偿间歇”的基础，实验仪器的使用和研究心肌有效不应期的方法都已掌握，同时，又结合生理学理论课中离子对兴奋性的影响的内容，既可行又有一定的创新，同时又解决了学生在学习理论课时的疑难问题。学生在选题过程中，随时可以通过网络、通讯设备以及到教师办公室和指导教师当面沟通，不断完善，最终确定实验题目，在此基础上制定实验方案。由于受知识结构及科研经历的限制，在整个设计性实验过程中，学生感觉最难的地方就是题目的确定。我们每次在机能学实验第一堂课，就将设计性实验所涉及的一些问题通知学生，并预留了8周左右的时间进行选题的确定，并要求学生在选题时与指导教师进行及时的沟通，以便学生能得到相应的指导［5］。

2．2 设计性实验开题 学生以小组为单位确立研究课题，进行实验设计。选择合适的时间，组织开题报告。每个小组推选一名同学陈述实验方案，对研究背景，实验目的，实验步骤等相关内容进行陈述，同组成员可适当补充。指导教师和其他小组同学自由提问，设计者进行答辩，论证选题是否恰当，难度是否适中，实验方法是否可行，明确选题的优点，指出不足之处，并根据综合情况决定能够实际执行的实验方案。实验小组成员根据同学和教师提出的意见，继续查阅相关文献资料，进一步完善实验设计方案，达到实验目的明确、实验设备方法可靠、技术路线可行的状态。

2．3 设计性实验的实施 由于自主设计性实验中，仪器基本操作同学大多已实践过，同学可以自主安装调试好所需仪器设备，按照预先设计好的实验方案开始实验，观察实验现象并及时准确地做好实验记录。指导教师主要负责学生的实际操作过程所碰到的问题和意外情况。要求每个实验小组在实验前，按计划做好实验前仪器设备和动物药品的准备。实验过程中，爱护仪器，正规操作，节约药品，适时记录实验结果。实验后，要求学生对实验资料、数据进行及时整理，对实验结果进行统计学分析，提出研究结论，并依据实验撰写实验报告。

3 设计性实验效果

在机能学实验教学中开展设计性实验，建立以学生为中心、由教师加以引导的实验教学模式，是我们近年来机能学实验教学中的尝试。为了解设计性实验教学的效果，进一步完善设计性实验教学模式，提高教学质量，我们通过问卷的形式，对预防医学和临床医学两个专业班的学生进行了问卷调查，调查结果显示，76%学生认为“设计性实验模式优于传统实验模式”，85%学生认为“设计性实验能提高自身能力，能激发学习的主动性和积极性”，52%学生认为“设计性实验有利于培养学生科学思维及创新能力”。

综上所述，设计性实验是针对某项与机能学内容相关的研究目标，由学生自选实验项目、查阅资料、大胆设计、探索研究的一种教学模式，设计性实验以学生为主的自我训练体系，能充分调动学生主动学习的积极性。学生充分发挥各自的思维与想象能力，在学习过程中受到了创新意识与能动的启发与培养。机能实验学设计性实验这种教学模式，对提高学生的综合能力和培养学生的科学探索精神有着十分重要的意义。这种集知识教育、素质教育、技能教育和创新教育为一体的综合性实验方式，对培养高素质创新型人才有着积极作用，顺应了高校为国家培养科技创新人才的需要。

［1］ 周亚俊．全面改革实验教学培养学生创新能力［J］．实验室研究与探索，2004，(23):78 －80．

［2］ 张戎，王迎伟，郭军，等．基础医学综合设计性实验的探索与实施［J］．中国高等医学教育，2010，(4):3 －4．

［3］ 刘重斌，杜友爱，龚永生，等．机能实验学设计性实验的实践与体会［J］．中国高等医学教育，2007，(6):79 －80．

［4］ 邵兴国，狄晓明．略论综合性、设计性实验的内涵及特点［J］．高校实验室工作研究，2008，(4):68－70．

［5］ 邹丹，吴敏范，符文双，等．PBL教学法在医学机能实验学设计性实验中的应用［J］．医学研究与教育，2013，(1):95 －98．