分层次、多学科海洋科学实验教学体系的实践与探索

陈省平， 宁 曦， 韩墨香， 李 俊

(中山大学 海洋学院，广东 珠海 519082)



分层次、多学科海洋科学实验教学体系的实践与探索

陈省平， 宁 曦， 韩墨香， 李 俊

(中山大学 海洋学院，广东 珠海 519082)

海洋科学是一门以实验和实践为主的自然科学，实验贯穿于整个海洋科学研究过程中，实验教学是培养学生创新能力的重要手段。因此，加强实验课程体系建设,充分发挥实验教学在人才培养过程中的重要作用，是学科发展的内在要求。中山大学探索构建分层次、多学科海洋科学实验教学体系，在基础实验层次贯彻“宽口径、厚基础”原则，打通专业界限，在专业实验层次力求创新性、综合性和多学科交叉融合，在综合实验/实践层面让学生全方位体验和掌握基本技能，取得了初步效果，促进了专业建设和学科发展，并为探索培养创新型海洋科学人才提供了参考和借鉴。

海洋科学； 实验教学； 人才培养

0 引 言

实验室是现代化大学的心脏，是培养学生创新能力、独立工作能力和实践能力的基地[1]。实验教学是学生理解理论知识，掌握基本的实验技能和科学研究方法[2]，形成自学能力、探索精神、合作精神，锻炼综合素质与能力以及培养创新意识的重要手段[3-4]。海洋科学是一门以实验和实践为主的自然科学，实验贯穿于整个海洋科学研究过程中。当前海洋科学更加强调整体观、系统观的研究思路，从单一学科向多学科交叉融合的趋势发展十分明显[5-6]。基于此认识，中山大学海洋学院始终坚持理论教学与实验实践教学相结合、实验教学与科学研究相结合、能力培养与素质培养相结合、中心内实验教学与中心外实践教学相结合，实现对理论传授、能力培养和素质养成的协调发展。

1 体系构建与教改思路

1.1 分层次、多学科海洋科学实验教学体系的构建

针对海洋科学属于交叉应用学科的特点，海洋学院本着“博学专长”理念，制定了分层次、多学科的海洋科学实验教学体系：低年级学生全面地接受数学、物理学、化学、生物学、地质学等相关学科教育，培养宽广的知识面；第二学年开始分海洋生物资源与环境、海洋地质、海岸海洋科学与海岸工程三个方向进行专业培养；高年级进入教师科研实验室，开展个性化的实验教学和科学研究的入门训练。据此，海洋学院结合学科的优势和特色，在实验教学体系方面设置基础实验教学、专业实验教学、综合实验实践三个层次，每个层次按不同学科设置若干类实验模块，共开设38门实验课、350多项实验项目，学生根据自己的专业方向或就业定位选择相应模块(见图1)。

图1 分层次、多学科的海洋科学实验教学体系

1.2 实验教学改革思路与方案

(1) 强调实验教学与理论教学的分工与协作。实验教学不是简单的动手能力培养，而是要让学生通过实验掌握研究技能，培养科学素养，加深对理论的理解，获得新的知识。实验课的主讲教师要加入相应的理论课教学组，从完整的知识体系角度去进行实验课教学，尊重循序渐进和适度跳跃的基本教学规律[7]。中心在实际操作过程中，按以下两种情况分类指导：第一类为“普通化学实验”、“海洋生物学实验(I)”、“海洋生态学实验”、“微生物学实验”、“海洋环境科学实验”、“有机化学实验”和“结晶学与矿物学实验”等课程，具有概念性强、专用名词多、实验耗时长等特点，学生们熟练运用需要建立在大量记忆理解基础上，此类实验课程多安排在理论课开课1～2个月后开始；第二类为“计算流体力学实验”、“海洋学中的资料分析方法与Matlab应用”、“数据库软件设计与监测数据”等课程，具有计算性强，需要有大量数学、程序语言为基础等特点，此类课程多与理论课或相关基础课错开学期，一般在上一个学期将部分以演示为主的实验放到理论授课过程中，以帮助学生理解，而在后一个学期的实验则主要强调理论与实际问题相结合。

(2) 强调协同创新，促进师资队伍的融合发展。一流的师资才能培养一流的人才，师资队伍建设水平至关重要。中心依托南海资源开发与保护2011协同创新中心，整合中山大学、北京大学、美国麻州大学、广州海洋地质调查局、中国科学院南海海洋研究所和广州能源研究所、中国水产科学研究院南海水产研究所、广东恒兴集团有限公司、广东海大集团股份有限公司等涉海师资力量，形成一套“人才培养+学科建设+科技研究”三位一体的新机制，大胆吸引不同出身、不同学缘、不同领域的优秀教师和科研人员充实到实验教学队伍，推动教师来源的多元化，提高师生比例，促进师资队伍的融合发展。积极鼓励和支持骨干实验教师和实验技术人员赴国内外进修和学习，进一步优化队伍的学历结构，提高了队伍的专业水平，建立起一支教学水平高、爱岗敬业、团结协作、勇于创新、富有奉献精神的实验教学队伍，全面提高实验实践教学质量。

(3) 强调科教结合，发挥科研对实验教学的支持作用。依托强大的学科和科研优势，一方面鼓励教师及时将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，积极推进了实验内容和实验模式的改革和创新，另一方面引导、组织、策划、指导、保障低年级本科生尽早参与科研，实施开放式实验教学[8]。面向低年级本科生开放重点研究基地和实验室等资源，鼓励和支持他们早进课题、进实验室、进团队，在科研实验中升华对理论知识的认识，开阔创新思维，提升创新能力；此外，高年级直接进入各级重点实验室，参照研究生模式培养本科生，并完成论文答辩，实现教学与科研的有机融合。海洋学院在学生毕业前集中安排实验技能训练，例如将“分子生物学实验”和“细胞生物学实验”等与理论课分开，放在四年级开开设，学生进入各毕业论文导师科研团队学习，实验项目设计可与毕业论文相结合，且有机会参与导师相关科研项目的实验技能培训，让同学们既掌握了实验基本技能，又能够切身体会到书本知识运用于实际科研中的乐趣。

(4) 强调寓教于社会服务，加强实习基地的建设。加强和巩固与广州海洋地质调查局、广东省水利水电科学研究院、广东省水利电力勘测设计研究院、国家海洋局南海工程勘察中心、国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院、珠江口中华白海豚国家级自然保护区管理局、广东珠海淇澳—担杆岛省级自然保护区管理处、中交广州航道局有限公司、广东恒兴集团有限公司、广东海大集团股份有限公司、湛江国联水产开发股份公司、珠海泰德企业有限公司等建立的实习实践基地[9]，聘任行业界著名专家、研究人员、高级管理人员为兼职教授，通过讲座、授课、实习、实践等方式使学生近距离接触行业前沿问题、关键技术难题，甚至在专家带领下参与到国家重大科研项目的工作中，努力把学生输送到企业基地或行业应用部门，既锻炼科研能力又拓宽学生的眼界，在为社会发展作贡献同时，培养适应国民经济发展需求的复合型人才。此外，在实习实践过程中检验教学效果，通过学生和基地的反馈意见，不断地完善中心的实验教学体系和内容。

2 分层次、多学科海洋科学实验教学体系的实践

2.1 贯彻“宽口径、厚基础”原则，打通专业界限

在低年级学生中开设涵盖生物学、化学、地学等海洋科学相关的基础实验，以及海洋“科学通识”型实验，进行海洋科学各分支学科的基本操作方法训练，强调基本技能和基本操作方法的训练，为学生从事海洋科学调查、研究与开发打下宽厚的学科基础。本层次设置生物学、化学与分析、地学三类实验模块，共开设17门实验课程、200多个实验项目，本层次以验证性实验项目为主，所占比例达50%，其次是综合性实验项目，所占比例约为40%。

(1) 生物学模块。包括海洋生物学(I)实验、海洋生态学实验、微生物学实验、海洋生物学(II)实验、浮游生物学实验等课程。

(2) 化学与分析模块。包括普通化学实验、分析化学实验、生物化学实验、海洋环境科学实验、有机化学实验、海洋化学实验等课程。

(3) 地学模块。包括结晶学与矿物学实验、古生物学实验、晶体光学实验、火成岩与变质岩石学实验、沉积岩石学与岩相古地理实验等课程。

2.2 力求创新性、综合性和多学科交叉融合

根据海洋生物资源与环境、海洋地质、海岸海洋科学与海岸工程3个专业方向特点，除开设必要的验证性实验项目外，逐步增设设计性和综合性实验项目，着眼学科发展前沿，通过教学研究与科研成果转化，不断融入新的学科建设与科学研究成果，实现基础与前沿、经典与现代的结合[10]，开发和凝练出内容新颖、方法灵活、构思巧妙、技术先进的创新性实验教学选题，以科研带动实验教学的发展，切实提高学生的综合素质和创新能力[11-12]。根据专业方向特点，注重海洋生物学、海洋环境科学、海洋化学、海洋地质、物理海洋学等学科的交叉、融合及应用，设置海洋生物、海洋地质、海岸科学与工程三类实验模块，共开设18门实验课程、150多个实验项目，其中综合性、设计性、创新性实验项目比例超过60%，验证性实验项目比例低于40%。

(1) 海洋生物模块。包括遗传学实验、细胞生物学实验、分子生物学实验、生理药理学实验等课程。

(2) 海洋地质模块。包括构造地质学、海洋矿产资源、地图学与测量学、油气田勘探与开发地质学、石油地质学、环境地质学、地学常用软件等实验课程。

(3) 海岸科学模块。包括气象气候学实验、海岸动力沉积学实验、海岸动力学实验、流体力学实验、海岸带遥感、海洋学中的资料分析方法及MATLAB应用、数据库软件设计与监测数据等实验课程。

2.3 让学生全方位体验和掌握基本技能

通过“实验室开放基金”、“大学生创新训练计划”等，引导学生以自主选题、团队合作研究的方式开展创新研究。全开放式创新教学机制，及时将科在综合实验实践层面研成果融入实验教学。在教师或实验技术人员指导下，做到实验时间开放、内容开放、仪器设备开放、试剂药品开放，将学生置于科学研究的全过程之中，培养其创新思维和科研能力[13-14]；通过实习实践，将实验教学与海上调查及野外考察相结合，让学生全方位体验和掌握海洋科学研究的基本技能，增强学生的生产实践能力。本层次设置三类模块，组织学生开展认识实习、专业实习/技术实习、科研训练/毕业论文，寓教于研，寓教于社会服务。

(1) 认识实习模块。一年级确定专业方向后，以了解海洋、认识海洋为出发点，组织学生前往珠海、深圳、广州、清远等地，开展海洋生物资源与环境、海洋地质、海岸海洋科学与工程等认识实习项目。

(2) 专业实习/综合实习模块。二年级穿插开展安徽巢湖填图、湛江海水养殖基地、海岸海洋科学地质地貌等专业实习；三年级夏季学期开展海洋生物保护、海岸动力/地形及工程、河口动力-沉积-地貌过程等综合实习。

(3) 科研训练/毕业论文模块。利用非上课时间按时段开放实验室资源，动员、引导、组织、策划、指导、保障低年级本科生参与科研实验；四年级本科生直接进入各教授科研团队，开展系统的科研训练，在导师指导下完成毕业论文。

3 实施效果分析

分层次、多学科的海洋科学实验教学体系，淡化单学科发展而强化学科群融合，淡化验证性实验而强化综合性创新性实验[1]，实施效果良好，学生实验兴趣浓厚，体现了“基础厚、能力强、后劲足”的特点。

3.1 学生主动获取知识及动手操作的能力增强

近年来，以本科生为主要作者在国内外学术期刊上发表论文20余篇，在全国大学生海洋知识竞赛等省部级竞赛中获得奖励10余人次。学生反映在“开放式、研究性”实验中学到的科研思维不仅对课程很有启迪作用，而且在后续自己的工作中，也深深感到实践性教学使他们受益匪浅。其中突出代表是现在强生公司工作的一位2013届本科毕业生，不仅在校期间完成《珠海经济特区公交系统调研及其对横琴新区规划启发》研究，提交当地政府参考；还曾于2007年荣获首届中国青少年创意大赛暨知识产权宣传教育活动金奖；并于2011年带领团队代表中国参加国际大学生企业家联盟创新公益大赛世界赛，夺得世界八强佳绩。

3.2 毕业生就业率和深造率在全校名列前茅

实验教学建设和改革有效的提高了教学质量，学生毕业后受到接收单位的普遍好评：实际工作能力强，综合素质高，深得用人单位的欢迎，毕业生就业率和深造率在全校名列前茅。2012届本科毕业生就业率为95.45%，在全校位居第12位(全校共33个单位)；2013届和2014届本科毕业生就业率分别为98.75%、98.73%，在全校单位总数不断增加的趋势下连续2年保持在第5位(理工科第1位)，毕业生中保研、考研、留学人数超过60%。

3.3 促进了海洋科学专业建设和学科发展

海洋科学实验教学改革促进了专业建设和学科发展，海洋学院已形成包括海洋科学本科专业、一级学科硕士博士点和博士后流动站在内的完整办学体系。海洋科学一级学科被批准为第九轮广东省重点一级学科，在2012年教育部第三轮学科水平评估中位居全国高校第四，其中“人才培养质量”相对较强(第三)并高于学科整体水平(第四)。

4 结 语

本文探讨了中山大学海洋科学实验教学体系的构建模式，以及实验教学改革的思路与方案，通过分层次、多学科海洋科学实验教学体系的实践，取得了显著的成效，海洋科学实验教学中心在2014年被评为广东省高等学校实验教学示范中心。然而，实验教学中心的建设是一个永无止境的过程，随着社会的发展和科技的进步，实验教学理念应不断更新，实验教学体系、方法和手段也应不断改变[15]。实验教学改革是一个长期复杂的系统工程，需要在实践中不断创新，因此也对实验室管理人员和技术人员提出了更高的要求，海洋科学实验教学中心也将不断总结和积累经验，深化革新，争取早日建成国家级实验教学示范中心。

[1] 许家瑞,周 勤,陈步云. 构建创新实验教学体系的探索与实践[J]. 实验技术与管理，2009,26(5):1-4.

[2] 王昭荣,曾卫东,鲁兴萌. 改革实验教学及管理模式培养创新型本科人才[J]. 高等理科教育，2007(1):63-65.

[3] 杜朝昆,龚 明. 改革生物化学实验教学培养学生创新能力[J]. 高等理科教育，2003(1):59-66.

[4] 齐永钦. 创新教育与高校实验教学改革[J]. 实验室研究与探索，2002(3):9-10.

[5] 郑爱榕,刘丽华,郭立梅. 海洋环境科学国家级实验教学示范中心建设的实践[J]. 实验室科学，2011,14(6):328-332.

[6] 郑春龙,邵艳红. 以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施[J]. 中国高校研究，2007(4):85-86.

[7] 沈小雄,韩理安. 以实验教学内容体系改革为龙头全面提高实验教学质量[J]. 中国高教研究，2001(3):78-79.

[8] 姚玉献. 开放式实验教学模式的研究与应用[J]. 实验室科学，2009(6):132-134.

[9] 陈省平,韩墨香,郑意文. 基于协同创新的人才培养模式构建与实施策略[J]. 教育研究前沿，2014,4(3):99-103.

[10] 沈永雯,俞 娥,梁永民. 分层次、多元化创新实验教学平台的构建——兰州大学化学创新实验教学中心“十二五”发展规划探讨[J]. 大学化学，2014,29(1):26-29.

[11] 刘万宏,姚 波. 生物化学设计性实验教学实践与效果评价[J]. 安徽农业科学，2012,40(1):533-534.

[12] 郁 达,卢祥云,吴金男,等. 加强综合性及设计性实验培养学生创新能力-生物科学专业实验课程体系改革与实践[J]. 实验室研究与探索，2002,21(1):15-17.

[13] 李 俊,韩墨香,宁 曦,等. 海洋科学实验教学中心的建设与探讨[J]. 中国现代教育装备，2015,217:31-33.

[14] 方 茂,侯冬伟,汪帼英,等. 跨校区条件下院系学生工作的全员化探索[J]. 人力资源管理，2015(6):166-168.

[15] 柯长青,李满春,王腊春. 地理与海洋科学实验教学中心的建设与发展[J]. 实验技术与管理，2012,29(2):109-112.

Exploration and Practice of Experimental Teaching System for Marine Science with Multi-level and Multi-subject

CHENSheng-ping,NINGXi,HANMo-xiang,LIJun

(School of Marine Science, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, China)

Marine science is a natural science, is based on experiment and practice. It runs through the whole process of marine scientific research. Experimental teaching is an important means to cultivate students’ innovative ability. Therefore, to strengthen the construction of the experimental course system, to make the important role of the experimental teaching in the process of personnel training, are the inherent requirements of the development of discipline. Sun Yat-sen University explored how to set up an experimental teaching system for marine science with multi-level and multi-subject. On the fundamental experiment, we persist in the principle of "broad research fields and deep foundation, and break the bound of major. On the professional experiment, we pursuit innovation, comprehensive and interdisciplinary fusion. On the comprehensive experiment, the students acquire a full range of experience and master the base skill. It has achieved initial results, and promoted the professional development of the construction and discipline. It also provides reference and precedents to cultivate innovative marine science personnel.

marine science； experimental teaching； talent cultivation

2014-12-16

广东省高等教育教学改革项目(GDJG20142014);2014年度教育部本科教学工程“专业综合改革试点”项目;2014年度广东教育教学成果奖培育项目;2013年度中山大学高校管理研究课题

陈省平(1975-)，男，广东平远人，博士，副研究员，中山大学海洋学院党委书记，研究方向：高教管理。

Tel.：0756-3668259，E-mail: chenshp@mail.sysu.edu.cn

G 643.6

A

1006-7167(2015)12-0185-04