基于本科生自主实验能力培养的设计性实验教学

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基于本科生自主实验能力培养的设计性实验教学

关怀，马晗，于萍，王敏

(首都医科大学 中医药学院，北京100069)

摘要：在高年级本科生的专业实验课中开展设计性实验教学，以学生自主设计实验、自主实施实验、自主总结实验等能力培养为教学目标，以突出学生的主体地位，促进本科生自主实践能力及创新能力的培养。

关键词：自主实验能力；本科生教学；专业实验课；设计性实验

收稿日期：2014-10-17

作者简介：关怀(1964-)，男，北京人，副教授，研究方向：中药制药学。

DOI:10.13555/j.cnki.c.m.e.2015.01.039

中图分类号：G642.423

实验教学是高校应用型、创新型人才培养的重要教学环节，是理论联系实际的桥梁，也是本科生实践能力培养的重要组成部分。专业实验教学是本科生在大学期间实验教学的高级阶段，是培养学生整合所学的基础理论知识与实验方法，掌握分析问题、解决问题的应用能力的教学环节，是学生获得实际技能，形成就业、创业能力，培养创新、创造能力，构建全面的能力结构的重要学习阶段[1]。

长期的实验教学经验表明，在本科生高年级阶段过多开设验证性和演示性实验，教师在实验教学的过程中，囿于实验教材的内容限制，偏重知识传授和技能训练，忽视学生的主体地位，不利于本科生自主实践能力及创新能力的培养。在高年级的专业实验课中开展设计性实验，可以打破实验教材的限制，突出学生在实验教学中的主体地位，变被动性实验为自主性实验。而自主性实验活动可以带动学生自主学习能力的提高，有利于本科生自主实践能力和创新能力的培养。

设计性实验的教学过程：教师给出开放性的实验题目，提供较为宽泛的实验条件，由学生综合应用既往所学的专业知识和实验技能，自主设计实验方案、优选实验方法、自选实验仪器，自主完成实验，独立分析总结实验结果并自主撰写实验研究报告[2]。设计性实验的开展，让学生突破教学模式、实验教材的严格限制，突出学生的主体地位，促进了实验课题的开放性、实验条件的多样性、学生参与实验的主观能动性，激发了学生的学习兴趣和思维发展，有利于提高本科生的知识转化能力、实验组织与实施能力，培养本科生的自主学习、自主实践、自主创新能力。为此，作者在中药学专业3年级的专业实验课——《中药炮制学实验》教学中开设“黄芩饮片的炮制及其质量研究”设计性实验，围绕本科生自主实验能力培养的教学目标，突出了学生的自主设计实验、自主准备实验、自主完成实验、自主管理实验室、自主总结实验等自主实验能力的培养，取得较好的教学效果。

1学生自主设计实验能力的培养

设计性实验不同于既往的验证性实验，需要学生自主进行实验设计，确定实验方案，选择实验仪器，成为实验课的主体。而实验课中的教师角色，从“保姆”变成导师，从“指挥官”变成引路人。因此，在教学组织上，教师必须注重以下几个方面的教学引导。

检索与优选相关文献：在信息爆炸的今天，科技文献浩如烟海，许多学生在文献检索课上学习了文献数据库的检索方法，却面对检索到的海量专业文献束手无策，难以取舍。因此，专业教师必须指导学生如何利用文献，如何优选文献。一方面通过高级检索、多条件分层地检索，提高相关文献的查准率；另一方面，要指导学生从文献在数据库中的浏览、下载、被引频次高低，基金、单位等级等因素入手，分析相关文献的可靠性，优选适宜的专业文献。

实验设计的基本规律和逻辑思维：作为学生参与的第一个设计性实验项目，作者在中药炮制学设计性实验中注重学生学习和掌握科研设计的基本要求，如实验对象的取样和分组方法、实验设计的基本原则，实验的进度计划、工作分工等设计要求，让学生初步掌握科学研究中实验设计的基本规律和一般方法。在实验方案的设计中鼓励学生进行发散性思维，鼓励学生在实验对象的抽样选择上走向社会，从医院、药店多方采样；鼓励炮制加工方法的设计突破书本限制，积极寻求历史上记载的、行之有效的传统加工炮制方法。在实验方法的选择中提倡批判性思维，避免学生人云亦云，全盘照抄文献中的实验方法，而是要求学生分析、比较多个文献的实验方法，充分考虑各种方法的合理性、创新性、环保性，做到优中选优。

实验设计中的创新意识和创新思维：由于长期习惯于验证性实验教学，学生一开始对设计性实验没有《实验指导》不太适应，总想找到一篇最合适的文献将其中的实验方法从头到尾照搬过来，认为这样的设计才比较保险。因此，教师在实验设计阶段应积极鼓励学生有意识地培养创新意识和创新思维，杜绝学生在实验设计中采用拿来主义和抄袭的作风。例如，笔者在设计性实验中规定，将实验设计分为样品加工、提取、测定三大部分，每一个部分的实验方法至少要参考2-3篇专业文献，不允许1篇文献照抄到底。各小组的实验设计不能完全雷同，否则后交者扣分。用成绩评价的硬性指标督促学生开动脑筋，发挥主观能动性，从多篇相关文献中分析、比较，选择、确定适合的实验方法和条件参数，自主设计出符合设计性实验的时间进度、仪器条件要求的实验方案。

2学生自主实施实验能力的培养

既往的验证性实验教学，学生使用的仪器、药品、试剂、辅料等全部依赖实验员预先准备好，学生拿来就用，一些学生甚至不了解常用试剂、药品的规格和原形态，实验过程由带教教师事先安排，学生只能被动地跟随，实验中收集多少实验资料、何时收集、如何收集，也要听从带教教师的指导，学生无法自行更改。实验的原始记录往往简单、粗糙，甚至敷衍了事。由带教教师和实验员负责实验室的管理，学生最多做做卫生值日工作。以上种种，虽然能够最大限度地保障实验教学的顺利进行，但无法体现实验中学生的主体地位，不利于本科生专业素质的养成教育，教师管的越多，学生学到的就越少。因此，设计性实验的实施过程应当有别于既往的验证性实验，通过开放实验室，使学生介入实验室的全面管理工作，亲自动手、亲身感受一个完整的实验研究实施过程，在此过程中，培养本科生的专业素养和自主实施实验研究的能力。

学生自主实验实施能力的培养，包括自主准备实验条件、自主完成实验过程、自主收集实验资料以及自主管理实验室等综合应用能力的培养和锻炼。

学生自主准备实验能力的培养：在设计性实验中，将实验准备的过程交给学生负责，由实验小组商讨后提交《综合性实验仪器物品申请表》，写明实验仪器的型号、规格、数量，写明试剂、药品、中药材、辅料的规格、数量，由实验员统一订购。实验室开放后，玻璃仪器由学生根据《仪器物品申请表》从仪器室自选，试剂、药品由学生根据实验设计方案自行配制、加工，实验样品由学生根据实验设计方案自主抽样和炮制加工。

学生自主完成实验能力的培养：通过设计性实验，学生要学会根据实验设计方案，自主安排实验进度和先后次序，要学会根据实际情况及时调整实验方案，学会实验原始记录的规范书写，学会预先根据仪器使用说明书掌握实验仪器的操作方法，学会实验项目、时间和人员的合理安排。只有具备了以上能力，才能保质保量地完成设计性实验的研究任务。

学生自主管理实验室能力的培养：设计性实验使用开放实验室，实验员由实验室的管理者变为监督者，学生成为实验室管理的主体。因此，当学生进入开放实验室后，首先清点仪器、选定值日生，由实验小组负责本组仪器、物品的管理，值日生负责公用仪器、物品和环境卫生的管理。实验者要学会精密仪器的使用申请、登记和一般维护，要学会实验室废弃物的规范处理，值日生负责实验室安全卫生秩序的监督检查，纠正实验者对于实验室废弃物的错误投放行为。

3学生自主总结实验能力的培养

既往的验证性实验，学生的实验方法和操作可以根据《实验指导》亦步亦趋，而对于实验结果分析、总结能力的培养显得比较薄弱，学生在实验报告的“讨论”中经常感到无从入手、无话可说。即便勉强进行讨论，也多为就事论事，或是照抄书本。学生自主总结实验能力的匮乏，表现在缺乏逻辑思维的训练，仅仅认识事物的表象，无法深入分析实验资料，缺乏统计学处理，难以从规律上认识和总结实验结果等方面。因此，在设计性实验的总结阶段，教师应当指导学生通过统计学分析，总结实验结果的规律性结论；通过与前人研究文献的横向比较，分析和揭示实验结果的本质及其炮制原理；对实验中的意外现象进行专业分析，未解决问题的讨论及进一步的研究设想等。实验总结的目的在于揭示科学问题的本质，有利于促进本科生创新思维和创新能力的培养。

设计性实验还要求学生按照科学论文的书写格式，自主撰写实验研究报告。教师应当指导学生从引言(介绍实验对象、方法、范围、目的等)、材料与方法、实验结果及统计学处理、结论与讨论、参考文献等方面系统总结实验过程，用科学语言和术语汇报实验成果，提高本科生的科学写作素养。

总之，在本科高年级的专业实验课中开展设计性实验教学，有利于更好地培养学生自主学习的能力、自主实践能力和自主创新的能力。

参考文献：

[1]黄大明,秦钢年,文冰,等.专业实验独立设课的研究与实践[J].实验室研究与探索,2007，26(11)：85-87,94.

[2]关怀,王地,王敏,等.设计性实验促进创新应用型人才培养的研究[J].首都医科大学学报，2012，(社会科学版增刊)：124-125,129.

(编辑：陈新东)