课外开放实验提高本科生研究和创新能力探索

郭 琦, 曾爱国, 常 春, 陈慧娟, 傅 强

（西安交通大学医学部药学院，陕西 西安 710061）

随着新一轮科技和产业变革的加速进行，为适应经济结构调整，服务国家重大战略实施，进一步深化教育教学改革，探索人才培养新体系、新模式是每个人才培养单位思考的问题。西安交通大学（以下简称我校）作为一所综合性研究型大学，在“扎根西部、服务国家、世界一流”的人才培养定位下，尤其注重对本科生科研能力和创新能力培养。学校开展本科生课外开放实验项目已有多年[1]，每学期都有数百项目供全校学生选择，这些项目对于学生科研能力和创新能力的养成提供了平台。本文将笔者带教课外本科开放实验十余年的体会总结如下。

1 本科开放实验的必要性

建设世界一流大学必须坚持“人才培养是本、本科教育是根”的基本认识，本科教育是学校整体办学水平的基础性工程，一流的本科教育是一流大学建设的根本任务和重要标志。我校秉承“崇德尚实、严谨治学”的传统，始终坚持“起点高、基础厚、要求严、重实践”的办学特色，十分重视本科生实验和实践教学的建设。虽然实验教学在高等教育教学过程中占有举足轻重的地位，然而实验课大多是某门课程的一部分，始终处于从属地位。尽管实验教学一直在进行不断的改革，突出了综合性实验和设计性实验，但由于实验课受学时、空间、材料和设备等的影响，实验教学中相对固定的教学内容和整班教学，安排相对集中，注重学生的共性培养、轻视个体发展[2]，使得培养学生科研能力和创新能力等受到了制约。而开放实验项目是学生在学有余力情况下，个人或团队在教师指导下完成一些具有创意的实验项目，它以课题和问题为核心直接面向大学生，培养学生勇于创新、不怕失败、敢想会做和团结协作等能力[3]。本科开放实验项目的开展不仅可弥补传统实验教学内容的不足，也可为学生提供一个发挥聪明才智和发展个性的宽松、自由实践的机会，激发他们对科学实验的兴趣，而且也是实践教学改革的重要组成部分，是提高本科生科研能力和创新能力的有效途径。

2 本科生科研和创新能力在开放实验实施过程中得以提高

我校开放实验完全打破了学科、专业和年级的限制，充分满足了全校学生兴趣，使学生能够根据自己的兴趣及个人学习能力进行自由选择，发挥他们的个性和专业特长，达到多层次、多方位的训练。笔者指导过的学生有药学专业、制药工程专业、临床医学专业、口腔医学专业、护理学专业、基础医学专业和预防医学专业；学生的年级为1～4年级；有多次参加过开放实验项目的学生，也有是第一次参加项目的学生。由于学生的专业、年级不同，基础理论知识和专业知识及掌握程度也各不相同，而且每个学生的能力也千差万别。基于此情况，带教老师首先向参加学生介绍项目的相关内容、背景知识、基本技能等要求，再将此次开放实验与传统的某门课程实验教学不同之处介绍给学生，强调开放实验不再是按照实验指导书上既定的实验内容机械地完成实验操作。具体实施流程：查找资料→拟定实验方案→设计实验方法→制定实验步骤→完成实验内容→处理和分析实验数据→得出实验结果→撰写实验总结报告或论文。整个流程每位学生可独立完成，也可以自由组合共同完成。对于每个人拟定的方案、设计的实验方法，只要实验室条件允许均可满足学生需求，鼓励学生大胆实践，有问题可随时与老师联系沟通。这样可使本科学生在较早阶段接触科学研究，充分开发和训练其科研能力和创新潜力。结合工作实际，我们在项目实施过程中进行了如下积极的探索和实践。

2.1 独立查找资料，培养学生自主学习能力

文献检索、阅读、筛选、信息加工是科研人员了解其研究课题必不可少的手段，也是自主学习和创新学习能力的体现。为了培养学生自主学习能力，丰富学生知识结构，我们在向学生介绍资料的多渠道获取方式之后，要求学生充分利用图书馆、网络等学校资源查找资料，独立获取信息、制订方案，并将信息反馈给指导教师，我们根据不同层次学生反馈的资料及方案，每人建立档案，因人而异地提出可行性建议供其参考，同时学生须与教师经过多次商讨，最终使每位学生实验设计方案达到基本可行的目的。此过程使学生初步掌握了所需信息获取方式和途径，学会建立自己的素材库、信息库等[4]，能根据个人兴趣及能力进行学习，强化了基础、拓宽了视野，激发了学习欲望，使自主和创新学习能力得到了训练和提高，所获取的知识无形中丰富了他们的知识结构，同时也为科研打下良好基础。

2.2 自主实验，锻炼学生科研动手和创新能力

在项目实施过程中，由于学生个人计划和实验设计方案各不相同，因此进入实验室实施的具体时间及需使用的仪器设备也不尽相同，有些学生只有周末或晚上无课，此时我们都会尊重学生的意愿，满足他们需求，切实为其创造一个能够充分发挥自主性和创造性的学习环境和实验平台。当每位学生进入实验室时，指导教师都不厌其烦地强调要求他们遵守研究室各项制度和操作规程，同时也鼓励他们在科学实验研究中严谨操作、勇于探索、努力提高自己的实践动手能力。学生独立自主进行实验的过程就是在检验其设计方案、方法等能否实现的过程。例如，实验中不同方案、方法需用的各种不同试液，学生以为同以往某门课程的实验课一样能随时拿来直接使用，但实际有些是固体试药，须自己配制成需要的试液。在此过程中，学生就要综合应用已学的知识，并根据实验情况发掘知识结构中欠缺之处，随时学习，增强了学生对新知识的探索与学习的兴趣。

在项目实施过程中，学生个体能力和潜力是多面的，有的学生触类旁通，完全能独立“走路”，有的学生需要老师“扶”着走，有的学生得“手把手”地教。这要求指导教师善于捕捉学生个性特点，适时给予其恰当启发和帮助[5]。例如，“某中药材目标活性成分的提取及含量测定”专题研究，因人而异会有不同的提取方法和不同的含量测定方法，学生按其设计的方案及操作步骤进行实验时会遇到各种问题，有的学生完全能独立思考解决问题，获得满意的结果；有些学生能及时与其他同学讨论或向实验室中研究生、博士生请教等方式自己解决问题；也有学生遇到任何问题都找指导老师来解决，笔者在这种情况下不是简单地告诉学生该怎么做，而是首先提醒他们仔细检查自己的实验设计和记录，核查试剂配制和用量，是否有提取溶剂、温度和时间等问题，然后和他们一起观察现象，分析原因，耐心予以引导启发，给予建设性意见，鼓励他们要敢于质疑和冒险、敢于实践，勇于突破思维定势的束缚，学生经过提高理论、修改方案、再实验、再修改，循环往复，直至获得满意结果。学生是初入科学研究之门，靠单独努力不一定能做好实验，因此指导教师要关注每位学生，走进学生当中去，用自己的经验引导学生，让他们在做中学，学中做，激发其科研热情，这样既可以让学生更有效地学习到正确的实验操作和严谨的科研精神，又能使其动手实践能力通过实验过程得到训练和提高[6-7]。学生自主完成项目的全过程，需要通过深入学习新的知识和技术来解决问题，鼓励学生向不同的学科领域拓展，尝试不同的技术路线，大胆进行相应的实验，在实验失败中经受锤炼，在实验成功中体验喜悦，在思考与探索中锻炼研究能力和创新能力，培养脚踏实地的科研态度和坚持不懈的求真精神[8]。学生完成一个哪怕很小的课题就是对其科学研究和科学思维能力的锻练，提升研究和创新能力及增强自信心的过程。

2.3 独立撰写实验总结报告，培养学生掌握学术论文撰写规范

实验数据处理和撰写实验总结报告不仅是开放实验必不可少的环节，也是任何一位科技工作者必须掌握的技能。由于学生没有学术论文撰写的经验，因此开放实验总结报告我们在具体写法上不作严格的规定，但要求尽量能符合学术论文撰写格式和规范要求。主要内容包括：项目相关背景知识简介、实验目的、实验过程、实验数据分析、实验结论和讨论等。经验表明，学生一般不重视实验报告撰写，因此每学期都需为参加开放实验的学生讲解撰写实验总结报告和学术论文的重要性，特别强调学术论文不同于一般的文章，同时撰写学术论文也是考察本科生、研究生和博士生才华和素质的一个重要方面[8]。要求学生必须认真对待、切勿轻视这一环节。由于学生实验结束时间不同，交付实验总结报告及教师提出意见反复修改的次数也不尽相同。通过实验总结报告的撰写，学生分析处理实验数据能力和科技论文写作能力得到了训练和提高，使其基本掌握学术论文撰写规范。正如某学生所说：“以前我们做实验只是‘做实验’，从思想上就不重视写实验报告，不善于处理实验数据。通过参加开放实验使我学习了有关统计软件应用，归纳整理、分析数据能力以及进行实验总结和专业术语表达、写作符合规范要求等能力得到了很大的提高，真是受益匪浅”。

3 转变教师的教育理念，教学相长

在传统的实验教学中，教师是传播知识的主体，学生只是被动地接受知识和技能，束缚了学生的独立思考，窒息了学生的创造力，使其学习的主动性、积极性难以发挥。而在课外开放实验中，学生自主选题、自主实验、自主管理等一系列实践由学生独立完成，充分体现了“以学生为主体”的教育理念，学生是实验教学的中心和主体，指导教师则处于启发、辅助、引导的位置，这就对指导开放实验的教师提出了更高的要求：①教师要尽可能给学生营造一个能够自主探索和自由讨论的开放、进取的学习环境，尊重学生的兴趣、爱好以及能力趋向，对学生的创新思想和创新行为给予充分的理解和支持，给学生创造更多的独立思考空间，充分调动学生主观能动性，激发其创新潜能[9-10]。②由于学生缺乏科研实践经验，实验中随时会出现无法预料的问题，这需要指导教师具有诚心、耐心、爱心和责任心及高度的敬业精神，同时还必须全面了解和掌握每位学生实验的具体情况，采用灵活多样，科学而实用的教学手段，必要时给不同学生以适当帮助和指导，这也促进教师去加强自身知识储备，不断提高实验技术水平、不断反思和调整教学方法，转变教育理念，完善工作[11]。学生思维活跃，不乏有创造性的想法，教师也可从中得到启发，摸索出新方法、新经验，从而更好地服务于教学和科研，达到教学相长。

4 结束语

大学生实验、实践教学是培养高素质复合型人才的重要手段，是建设“双一流”大学的重要组成部分[12]。而课外开放实验又是能使本科生便捷、快速提高实践动手能力和科研创新能力的一个有效途径。实践证明，课外开放实验更具研究性、过程性、自主性和开放性，学生在进行实验的过程中，自主完成课题的全过程就是不断实践、改进、再实践，进行完善的过程，通过这一系统的科研训练，锻炼了学生的动手能力、观察能力、逻辑思维能力和科研创新能力以及主动沟通、寻求学术支持的能力，培养学生实事求是、严谨、踏实的科学态度以及独立思考、解决问题和独立分析判断能力，使学生具备了今后从事科学研究所必须的初步能力，增强了他们的自信心。通过带教本科开放实验，使我们切身体会到“授人以鱼不如授人以渔”。