培养创新能力的生物设计性实验分解式教学

王明华 ，赵二劳，徐 澜

(1.忻州师范学院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州师范学院 化学系，山西 忻州 034000)

培养创新能力的生物设计性实验分解式教学

王明华1，赵二劳2，徐 澜1

(1.忻州师范学院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州师范学院 化学系，山西 忻州 034000)

设计性实验是生物学专业本科高年级开设的一门实践性课程，与学生创新能力培养密切相关。在教学中，依据培养创新能力的态度、思维、技能等不同方面的需求，对设计性实验分别在实验准备、实验实施、实验报告撰写等方面进行分解式教学，充分发挥学生学习的主动性，通过体验式学习，培养和提高学生创新能力。

创新能力；培养；设计性实验；分解式教学

设计性实验是通过学生在实验室进行的，为达到某种教学目的而有计划安排的教学活动。学生在教师的组织和指导下，根据给定的实验目的和实验条件,自己设计实验方案、选择实验方法、选择实验器材、拟定实验操作程序，自己加以实现并对实验结果进行分析处理的实验[1]。通过设计性实验的开展，可促进学生学习的主动性，使学生体验实验方法的多样性，感受实验内容的探索性，获得一定的实验素质和能力积累，为自主创新和创业提供一定基础。

在高等师范院校生物类本科学生的低年级阶段，基础实验课程教学主要以配合对应理论课程的各章节为主，大多数以单项实验为单元，以班级或同届别为一体，统一进行同一项的实验内容[2]。这种实验教学方式，虽有利于学习扎实的基本实验操作技能，但不便于融会贯通，不利于培养学生的主动性与创造性。因而在高师生物学专业本科的高年级阶段，通过开设和改革设计性实验教学，充分发挥学生学习的主动性，通过体验式学习以培养大学生的创新能力，尤其必要。

1 设计性实验教学准备分解

1.1 教师准备，提前引导学生以兴趣参与实验项目拟定

设计性实验在大学本科高年级开设，学生对相关专业基础课程理论和实验操作有一定积累，具备了一定的独立实验操作能力和专业的社会需求认知，能够对于实验项目的制定提出一些见解。因此，相关实验教师在实验教学准备前，可按学生兴趣指导其在结合地方社会需求及实验室现有科研特色的基础上，参与实验项目的选题立项过程，制定出切合实际的一些实验项目，从而增进学生对理论和理解实践应用意识。

1.2 学生准备，调动兴趣自主分组学习

教师对于学生的管理以全方位、全时段的开放式实验室管理使用为基础，学生经实验室管理和使用人员同意后，进入实验室主动学习，了解主要仪器使用原理和用途、科研特色、成果等，形成实验预习记录。学生能够依据个人兴趣、特长和意愿，分成10人左右一组，更有利于团队合作意识形成和培养，及实验教学的管理实践。

1.3 教师学生共同准备，分别进行实验的设计

确定分组并选择实验项目后，学生们在教师指导下，查阅和引用参考资料和文献，制定出合理的实验设计。广义上的实验设计[3-4]是指整个研究的课题设计，包括实验方案的制定、实验单元的选择、分组排列及技术，以及实验过程中相应的资料搜集、记载、整理和统计分析等。学生制定的实验设计应具有一定科学性、合理性的。对于既定的研究项目，可采取的实验设计方法不唯一，适用的统计方法及所关注结果的侧重面也有差异，故而每个小组内各个同学可提出不同的实验规划。这一教学环节有助于师生间的因材施教和主动创新能力培养，将对学生科研能力的培养起着重要作用，并为进一步学习各专业课程以及毕业论文设计与实施奠定坚实的基础。

1.4 实验中心和教师协调准备，保障实验

不同实验小组的不同实验设计，经指导教师团队共同综合、审阅、评价后，结合项目选题间的相关性、现有实验的软硬条件、科研需求的实用性等方面考虑，涵盖较常用的几种实验设计方法[5-6](如单因素实验、随机区组实验设计、正交实验设计等)，确定具体具有可行性的实验内容。由于需要考虑每个实验小组设计实验的特色，故而每个小组的具体实验内容有一些较小的差异。教师需在有充分准备时间的情况下，与实验员充分沟通，说明实验意图和具体差异及要求，较为详尽和充分的做好实验准备工作。

2 设计性实验教学实施分解

设计性实验教学实施须在培养方案指导下，以一定学时为保障，在一定场所内进行。按照我系实际，我们把实验教学按照实验时序、实验教学功能等进行单元划分后分类别进行。

2.1 实验设计讲、评分离式理论教学

实验设计是设计性实验教学过程的重要环节，而其基本原理和方法与《生物统计学》[7-8]这门课程的理论教学密切相关。由于与学生的专业实习时间安排有冲突，致使一些班级的《设计性实验》课程安排先于《生物统计学》的理论，为了保障实验教学效果，应当优先安排教师对教学对象进行实验设计原理和方法方面的基础实用性理论教学，学生分组选定项目后，在实验教师指导下，查阅资料进行实验设计。在实验室进行设计性实验分组教学时，需与实验教师团队定制的实验项目、方法、内容相结合，对于学生所做实验设计从目的、意义、方法、材料、结果记录、数据分析等诸多方面进行优缺点、合理性、可行性等比较讲解，从而有助于学生对设计性实验的理解，进而培养和提高学生掌握和应用实验进行探索研究的思维创新意识和技能创新素质。

2.2 学生角色体验式实验实施管理

以项目为基础的设计性实验教学内容一般较为全面、繁复，实验中还需要考虑随机、重复等原则，工作量相对较大，因而具体的实施也需要进行合理的安排，才能尽可能的发挥小组内每一位同学的主动性和实验特长。在实验实施中，淡化教师角色，实验以小组(约10人)为单位，完成一种较完善的实验设计方法，具体包括材料试剂配置、取样、仪器操作、测定、数据记录、实验结束后实验室整理等，小组成员进行人员、实验进度的合理安排，才能保障在计划学时内完成实验。每个学生需要全程参与准备、实施实验的完整过程中，从而积累对于实验进行的独立管理经验和技能，熟悉实验人员、材料、器材等的统筹应用，有利于师范生实验教学和管理、自我创新创业过程中的技能和素质提升。

2.3 教师对实验注意事项的提醒式培养

设计性实验在大学本科高年级开设，学生已经学习了解了实验基本操作技能和一般教学仪器的原理和操作使用方法。因此在设计性实验的教学实践中，学生主要对实验基本操作及仪器使用进一步熟练和加深理解，通过实践能够使每位同学都参与。教师教学监测学生实验时对注意事项随时提醒，并引导和鼓励实验兴趣较好的同学在此基础上更进一步提出一些操作和使用上的合理性改进建议，在实践方面提高学生的独立实验技能应用能力。

3 设计性实验教学评价体系分解

作为一种对学生动手和实际操作技能锻炼和提高的实践性课程，对于设计性实验的教学评价需要综合课前、实验室、实验报告等方面的综合表现形成一种完整的过程性评价体系。对于课前和课堂的实验室实际操作过程，授课教师可按照实验分组对每组的10个同学进行随堂、不定时的指导和评价，并进行一定的文字甚至是音视频的记录，有助于学生及时纠正不合理的操作方式，养成良好的实验素质。而对于实验实施后的综合评价，则从以下两方面考察。

3.1 传统-论文结合式实验报告攥写

实验报告[9-10]是实验课教学中，学生完成实验后对实验过程的及时总结，通过回顾实验过程的各方面，重现实验的流程和各种操作规范和要点，能够加深学生对于实验相关的各种理论知识的理解，增进理论联系实际的思维实践。对于设计性实验的实验报告，应当能够体现完整的实验教学过程，因而既要包括实验前的各种理论教学和准备，也要包括实验中的具体实施，还要包括实验后对于实验结果的分析、评价。

“实验名称”能够体现一定实验特色和主要内容要点；“实验目的”能够从多方面、多层次体现设计性实验设置和实施的实训和实践目标；“实验原理”应当包括相关的实验设计方法原理、具体理化指标的测定原理、实验仪器的工作和操作原理等；“实验材料与方法”部分能够较为清晰和条理的将实验用到的材料的具体选择和预处理、实验具体仪器试剂配置和操作方法步骤等写清楚，作为实验室实施实验的指导性资料；“实验结果与讨论”部分首先按照实验原理中涉及的计算公式等，将原始数据换算为实验结果所需相关实验指标的度量，并按照实验目的，将数据整理归类后做一些简单的图表，并进行结果的直观分析和关于实验实施的讨论；“结论”部分为通过实验结果获得的较为明确的表述，可具有一定的实际意义；“注意事项”中鼓励学生将在实验中通过与自己所做实验设计相比较获得的体会、实验操作流程、仪器操作规范等进行比较和总结，形成较好的实验室使用习惯。

通过传统-论文结合式实验报告攥写，将科研论文的一般写作方法和数据使用规范融入到实验报告中，使学生实现学会由“做实验”到“用实验”的过渡，逐渐培养学生的独立实验技能和科研创新能力。

3.2 实验结果的持续化关注

对于实验报告中体现出来的实验结果和结论，学生在进行《生物统计学》的教学时，要作为例题或作业融入[11]，既能够进一步完善设计性实验教学的完整性，又能够通过学生的具体感受和体会，改善《生物统计学》中对于样本和数据处理的抽象性，帮助学生理解和掌握具体的数据分析方法。设计性实验的结果通过进一步的统计分析后，学生可以对结论的可信度和推广价值进行评判，而对于不利于推广的结论，则可以提出新的实验研究建议和改进措施，并在毕业论文设计阶段进行有益的深入探索，从而在增加设计性实验结果实用性的同时，培养和提高学生的创新能力。

4 结语

设计性实验作为高师生物学专业高年级的一门实践性课程，实行教学改革是当前提倡“创新创业”素质教育的内在需求。通过分解教学的时间、内容、角色等，整合优秀教学资源、合理安排实验教学场所和时间、优化实验教学过程管理、注重实验结果的整理和分析，始终在实验教学中强调学生实践创新参与度，密切联系各种相关理论原理，将课程教学改革贯穿始终，有利于培养学生的创新能力，为生物科学理论知识的推广应用添砖加瓦，具有良好的实践前景！

[1] 曹中一. “三性”实验的内涵与特征[J]. 实验室研究与探索,2003,22(4):10-12.

[2] 郑 权,赵 峰,荣 龙,等.建立设计性生物工程综合实验 培养大学生科技创新能力[J].实验室研究与探索,2012,31(11):121-123,127.

[3] 客绍英. 生物学实验设计原理及常用设计方法研究[J]. 唐山师范学院学报,2001,23(2):64-66.

[4] 李国凤. 浅谈生物学实验设计方法[J]. 教育教学论坛,2010(22):212.

[5] 刘太林,刘瑞风,桂 毓,等.正交实验法优化铁皮石斛生根培养体系[J].北方园艺,2017(2):102-104.

[6] 唐龙妹,闫丽娜,王立芹. 医学科研中常用实验设计方法[J]. 临床荟萃,2013,28(2):120,177.

[7] 杨泽峰,张恩盈,徐辰武,等.《生物统计与实验设计》课程建设与学生科研素质培养[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊),2013(10):236-237.

[8] 苗永旺,刘学洪,苟 潇,等.《生物统计附实验设计》课程教学改革效果探讨[J]. 家畜生态学报,2012,31(1):107-110.

[9] 李江滨,何月玲,王 欣.四种实验报告在实验教学中的应用及比较分析[J].科技视界,2013(33):18-19.

[10] 李忠光,龚 明.实验报告撰写改革尝试[J]. 实验科学与技术,2005(1):69-70.

[11] 钱森和,薛正莲,魏 明,等. Excel和SAS统计软件在生物统计学教学中的应用[J]. 高师理科学刊,2012(6):119.

(本文文献格式：王明华，赵二劳，徐 澜.培养创新能力的生物设计性实验分解式教学[J].山东化工,2017,46(13):138-139,142.)

Exploding Teaching of Biological Designable Experiments for Promote Students′Innovation Ability

WangMinghua1，ZhaoErlao2，XuLan1

(1. Department of Biology, Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000,Shanxi,China;2. Department of Chemistry,Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000,Shanxi,China)

Designable experiments were a kind of practical curriculum for junior and senior student,which improving the individual innovation ability. In the teaching practice,according to the different needs of innovation ability culture,the preparation,implementation,and experiment report reorganization of experiment were separated into several parts for students and teachers. During the integrated experiential learning,the interesting of both students and teachers had been excited and promoted the individual innovation ability.

innovation ability; culture; designable experiment; exploding teaching

2017-04-25

山西省高等学校教学改革创新项目(项目编号J2016096)；忻州师范学院博士科研启动经费(2015)

王明华(1982—)，女，讲师，博士，研究方向：天然产物活性成分分析。

G640

A

1008-021X(2017)13-0138-02