水产类专业综合设计性实验课程探索与实践

姜永华，陈 强，刘金海，陆志强，孙云章，肖志群，郭玉清

(集美大学水产学院，福建 厦门 361021)

实验教学是培养学生创新精神和实践能力的重要途径之一，是高校人才培养体系的重要内容。在各高校大力提倡“提升内涵、特色发展”的今天，加强实验教学改革，使之适应新形势下的人才培养目标，已是刻不容缓。2010年教育部颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》明确提出，高等教育要创新人才培养体制，深化教学改革，强化实践教学环节[1]。2014 年教育部、农业部、国家林业局联合颁布的“卓越农林人才教育培养计划改革试点项目”，更是推进了实验教学改革的进程。新农科建设“三部曲”的落地(“安吉共识”“北大仓行动”“北京指南”)更是推动了高等农林人才培养体系的革新。集美大学水产学院作为水产类专业卓越人才培养单位，以“面向农业、面向海西、面向海洋”的现代水产教育理念为引导，突出集美大学“重基础、强实践、能创新”的教育特色，以行业和地方经济需求为导向，以现代水产专业知识为主线，志在培养知农爱农为农的具有创新精神和较强实践能力的水产类专业的复合应用型卓越人才。在新的人才培养体系下，实验教学改革势在必行。其中，综合设计性实验课程在培养学生的创新精神和实践能力方面具有显著的优势，已在许多高校和专业中广泛开设[2-13]。集美大学水产学院也进行了综合设计性实验课程的探索和实践，以期为水产类专业卓越人才的培养奠定基础，满足“新农科”建设对水产类卓越人才的需求。

一 综合设计性实验课程的优势

传统的实验课程是由教师讲解实验原理、实验目的、实验步骤、实验注意事项等，学生按照指定的实验步骤进行实验操作、验证实验原理、撰写实验报告。这种传统的实验教学模式以教师为主体，忽略了学生的主体作用，虽然可以加深学生对实验理论的认识和理解，但不利于培养学生的自主学习、独立思考、创新意识和实践能力，已经不能满足新形势下水产类专业卓越人才培养的要求[2]。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020 年)》指出：要以学生为主体，教师为主导，充分发挥学生的学习主动性[1]。综合设计性实验课程是以学生为主体，由学生自主进行实验设计、操作、分析、总结、汇报等一系列工作；教师为主导，主要提出实验教学要求，负责过程监管、答疑、考核等工作。这种实验课程教学模式突出学生的主体地位，弱化了教师的主体作用，不仅有助于提升学生的学习兴趣和学习主动性，而且锻炼学生自主获取和综合运用知识的能力，并利于提升学生的实验操作、数据处理、综合分析、独立解决问题、创新能力以及组织管理、团队协作能力等[3，4]。因此，开设综合设计性实验课程是“新农科”建设背景下提升学生实践和创新能力的重要途径之一。

二 水产类专业综合设计性实验课程的设置及要求

(一)开设时间

综合设计性实验课程设置具有时间条件要求，应在学生具备一定的专业理论知识和实验技能之后开设，才能达到综合应用的良好效果。基于此，集美大学水产学院的综合设计性实验课程设置在专业基础实验课程和专业特色实验课程完成之后开设，定位为实验提升课程，介于常规实验课程与本科毕业设计之间，为后续的本科毕业设计和科研工作奠定了良好的研究基础。

(二)开设项目

集美大学水产学院选择在水产养殖学、动物科学、海洋渔业科学与技术3个专业进行综合设计性实验课程改革试点，根据各专业前期的实验基础，结合产业行业中的一些实际问题，设计了“常见果蔬维C含量比较及影响因素分析”(1学分)、“饲料鱼粉掺假的鉴别与检测”(1学分)、“污染水体的生物修复”(1学分)、“观赏水草的组织培养”(1学分)、“鱼类的性别鉴定”(1学分)、“坛紫菜藻红蛋白的提取方法优化”(1学分)、“观赏水族养殖系统的构建与生态调控”(2学分)等7个实操综合设计性实验项目。1学分的实验时间为1周。此外，还设计了循环水养殖系统构建虚拟仿真实验(引用)、淡水经济鱼类人工繁殖虚拟仿真实验(引用)、动物细胞培养虚拟仿真实训(引用)、虚拟仿真基因工程方法制备ScFv抗体大实验(引用)、新兴模式动物文昌鱼繁育的虚拟仿真实验教学(引用)、猪养殖虚拟仿真和远程互动实验项目(引用)、鸟类鸣声识别虚拟仿真项目(引用)、家禽病毒性传染病疫苗的生产应用虚拟仿真实验(引用)、鳗苗培育关键技术虚拟仿真实验(自建)等虚拟仿真实验，提升综合设计性实验课程的信息化水平。每个虚拟仿真实验项目为0.5学分。

(三)修课要求

综合设计性实验课程打破专业界限，各专业的学生可根据自己的兴趣任意选修实验项目，每位学生需修满2学分。实验采取小组负责制，学生既可自由组队，也可由教师随机组队，鼓励不同专业的学生组队，以提升专业融合度，为培养跨专业的复合型人才奠定基础。

(四)保障措施

有效的组织和协调管理是综合设计性实验课程顺利开展的重要保障。集美大学水产学院指定专人负责综合设计性实验课程的开展，包括课程开设时间设置、实验项目设计和筛选、实验大纲撰写、学生选修、实验计划安排以及相关的突发事件处理等，以保障跨专业综合设计性实验课程的有效开展。

此外，实验室实行全天开放，为学生在实验周期内由自主安排、协调实验时间，合理高效地使用相关仪器设备提供保障。为确保实验安全，所有学生在进入实验室前均需已通过实验室安全学习和考试，获得了合格证并签订承诺书后方可进行实验操作。

三 水产类专业综合设计性实验课程的实施过程

综合设计性实验课程的实施过程包括教学过程、教学效果反馈、存在问题及改进措施等。下面以“观赏水族养殖系统的构建与生态调控”为例，阐述该综合设计性实验课程的实施过程。

(一)教学过程(见图1)

图1 综合设计性实验课程教学过程

1.主导实验(教师)。每个实验项目的教师在实验开始前3周，组织各学生小组召开实验部署会，根据实验教学大纲，详细介绍实验课程的目的、要求、实验条件和实验总时间等，并提出实验任务和要求，解答学生的各种疑问。此外，实验室安全也是部署的重点内容，要求学生严格遵守实验室规章制度，安全操作。

为加强师生沟通与课程管理，还在“课堂派”平台构建实验课程，并建立QQ群，教师上传共享水族造景相关自学资料，并在线随时答疑实验过程中的各种问题。此外，在实验开始前1周，聘请专业水族箱造景专家为学生现场演示造景技术，使学生具备了一定的水族箱造景的基本知识，以提高学生自主实验的成功率。

2.设计实验方案(学生)。实验方案由学生小组运用已掌握的基本知识、基本原理和实验技能，并查阅相关文献资料后自行拟定，包括技术路线、实验指标、选材、药品试剂配制、仪器设备、实验方法和步骤、实验时间、实验地点及成员分工等，并制定实验应急预案及安全处置措施，由小组长提交给教师审阅；教师对实验方案的可行性进行审阅，提出修改建议，学生小组对方案进行修改，需教师审阅通过方可执行。实验方案必须在实验开始前完成。

3.操作实验(学生)。学生按照实验方案自主进行实验操作，认真记录实验原始数据。教师引导学生在水产养殖及生态调控的理论指导下进行艺术创作，制作出既美观又健康的观赏水族养殖生态系统，并学会养殖系统的水质监测及生态调控技术，实验过程中着重培养学生的创新意识和创新能力。此外，教师指导过程中适当融入“思政”元素，培养学生生态保护、绿色发展理念。对水族造景过程中遇到的问题，学生通过团队合作、集思广益、相互配合、自行协商等先行自主解决，对无法自行解决的难题，则及时与教师沟通，充分体现综合设计性实验课程中学生为主体，教师为主导的特点。

4.撰写实验报告(学生)。实验完成后，学生提交规范详细的实验报告，包括实验材料、方法(含试剂配制)和仪器设备；实验数据分析、处理(处理方法及过程)；实验结果(文字、数据和图片)；实验总结(实验效果、原因分析、改进措施、实验教学评价及改进建议)等。

5.实验汇报(学生)。组织实验总结交流会，学生分组进行实验汇报，报告实验方案和实验结果，分析总结实验过程中的收获与问题。绝大多数小组的汇报PPT制作比较精美，较好地展示了实验结果，汇报时思路清晰，表达流利。汇报结束后，针对师生的质询进行答辩，最后教师讲评，指出优缺点，帮助学生改进提升。

6.实验考核(教师)。教师根据学生的预习准备情况、查阅文献和实验设计能力、实验纪律、实验态度、实操能力、创新能力、小组总结汇报、实验报告质量等综合评定实验成绩[5]。具体标准为：考核成绩由平时成绩(40%)+考查成绩(60%)两部分组成。考勤(10%)、实验过程表现(操作规范和熟练程度等)(20%)和小组分工协作情况(参与度)(10%)记入平时成绩；实验方案(20%)、实验报告(20%)和实验总结汇报(20%)记入考查成绩。每项均按百分制计分，综合评定后按照优秀、良好、中等、及格和不及格5 级考核标准确定最终成绩。所有学生的成绩均在中等以上，其中90%以上为良好。

7.实验教学总结(教师)。实验课程结束后，教师撰写实验教学总结，针对实验项目设计、实验教学效果及评价分析、实验过程中存在的问题、改进思路与措施等进行汇总、分析和总结。通过“观赏水族养殖系统的构建与生态调控”综合设计性实验项目的开展，充分调动学生的主动性和创造性，提高学生的实操和科研能力，激发学生的创新性思维，凝聚团队精神，通过集思广益、团队协作，将水族造景的创意通过实验设计充分展现。同时，注重从生态系统的角度构建观赏水族养殖体系，在养殖系统运行过程中，同步开展水质监控、水草长势监控和观赏鱼虾健康状况监控，并通过对养殖系统水质的生态调控，实现观赏水族养殖系统的健康运行。但是，在实验过程中，也存在部分学生偏重造景技术而忽略养殖生态系统的构建及生态调控重要性，偏离了设计实验的部分目标。在今后的实验教学中，要加强过程管理，及时引导学生回归到综合设计性实验的本质和要求。此外，实验还暴露了部分学生水产养殖的实操技能比较薄弱，对观赏鱼虾放养前的准备、过水、水质调控等技术掌握不足，今后应在常规实验课程的教学中予以加强。

(二)学生反馈

实验课程结束后，对参与实验的230名学生进行问卷调查，调查内容包括实验项目的合理性、对实验项目是否感兴趣、实验项目的难度、实验教学效果满意度及建议等5个方面[6]。问卷调查结果显示，90.2%的学生认为实验项目合理，融汇多方面的知识于一体，且与现实问题相结合，充分锻炼了自己的综合实验技能和创新思维；94.5%的学生认为综合设计性实验课程比传统实验课程更能激发学习兴趣；85.4%的学生认为实验项目的难度适当，但有10.2%的学生认为偏难，自身缺乏相应的实验基础；89.8%的学生对实验教学效果满意，认为对实验操作能力、解决问题能力、团队协作能力、科研和创新能力的培养有益。总之，学生的普遍认可充分证实了综合设计性实验课程的独特优势[7，8]。学生普遍提出希望多开设综合设计性实验项目，增加更多的选择性和综合锻炼的机会，以充分训练主动思考、自我管理能力和创新意识，培养更强的实践和创新能力。

(三)教学效果

结合学生对课程的评价，对实验教学效果进行评估。通过综合设计性实验课程的开展，将培养学生的创新精神和创新能力落到实处。该课程以学生为中心，通过提供充足的实验资源、开放的实验空间和自由探索的权限，充分调动学生的实验主动性、自觉性和创新性[9，10]，科研思维能力和综合实践能力显著提升，团队协作意识显著增强，取得了良好的实验教学效果。与传统实验课程相比，具有以下优势：

1.学生的积极性与参与度显著提高。由于实行小组负责制，且尽可能给予学生充分的自主性，95%以上的学生有效参与到整个实验过程，小组内每位同学都担负着不同的任务，是整个实验环节中不可或缺的部分，增强了学生的“自我”意识、团队意识、获得感和成就感，避免了传统实验课程中部分学生的“观众”定位。

2.分工协作与解决实际问题的能力显著提升。在实验方案设计、实验试剂配制、实验实施过程出现的各种问题，学生基本都能在小组内协商自行解决。由于小组成员分属不同专业，又可跨专业选修实验项目，实验过程中既分工合作又能将不同专业的知识进行融合，互相取长补短，拓展了知识面和专业的延展性，有利于培养学生的团队合作意识、分工协作与解决实际问题的能力，充分体现了综合设计性实验的优势。而传统实验课程中，教师一般会提前告知可能会出现的问题及解决办法，不利于锻炼学生的主动思考及解决问题的能力。

3.分享、交流的意识显著增强。学生通过实验总结汇报PPT进行集中交流，不仅利于学生互相分享经验，拓展思维，启发创新，还锻炼了学生的表达与答辩能力。同时，通过听取、评价其他同学的实验汇报，互相取长补短，增强了交流，实现了共同进步。

4.“教、学”相长效果显著。传统实验课程中，教师主要在课堂上指导学生操作，而综合设计性实验课程除了课堂指导外，在课程内容设计和指导学生设计实验方案等环节，都需要在开课前完成，课后也需要与学生保持交流沟通，以便及时了解课程内容设计是否合理、时间安排是否恰当、试剂仪器配置是否合适以及学生的心得等，因此，综合设计性实验课程对教师提出了更高、更严格的要求[11]，教师工作过程延长，从原来的仅限于课堂，拓展到课前、课堂和课后，增加的有效教学时间达50%以上。此外，由于学生的创新能力被激发，思维活跃，其设计的实验方案有可能涉及不同专业的前沿科研成果，遇到的问题也相应增多，需要教师及时答疑解惑，因而对教师的知识和能力提出了更高的要求，教师必须不断学习新知识和新技术，以满足课程教学的需求。这种实验教学模式增加了师生之间的交流，营造了良好的教与学的氛围，体现了“以学生为本”的教学理念，不仅提升了学生的实践和创新能力，也促进了教师素质和能力的提升，有效地实现了“教、学”相长[12]。

5.学生课外实践活动参与度和水平显著提高。通过综合设计性实验课程的训练，为学生开展课外实践活动奠定了坚实的基础。学生围绕相关课程或专业教学要求，结合自己的爱好和兴趣，积极申报大学生创新创业训练计划项目以及“互联网+”大赛、水族箱造景大赛、水产技能大赛、海洋知识大赛等学科竞赛，在教师指导下，自主设计并开展实验研究和技能训练，为学生科研和创新能力的培养及个性发展创造了有利条件。学院每年获批的各级大创项目达40余项，获得的省级及国家级学科竞赛奖项达15余项，参与的学生达270余人。

6.学生的创新精神和创新能力有效提升。每个创新性实验都相当于一个小型科研课题，学生的自主完成过程相当于科研小课题的研究模拟和训练。教师通过引导学生积极探索常规方法之外的新方法、新技术，如通过设计不同的实验方案、采用不同的实验技术、实验试剂、数据牖方法等，鼓励和支持学生的创新研究。考核时侧重于学生对实验的总结分析是否全面、贴切和深入，不以实验是否成功来评定成绩，为学生提供了宽松的创新氛围，有效培养了学生的创新精神和创新能力，为“双一流”建设和“新农科”建设对创新型卓越人才的培养奠定了坚实的基础。

(四)存在的问题及改进措施

综合设计实验课程不同于传统实验课程，具有一定的复杂性、探索性和不确定性，具有一定的实施难度，需要进行科学的统筹安排。在实验实施过程中，存在个别学生不适应，个别学生参与性不强，个别小组计划性不强，导致未能按时提交实验方案、实验报告等问题。此外，还暴露了部分学生实验规范操作技能训练不够、眼高手低、实验安全意识不够等问题。在今后的实验教学过程中，将进一步加强学生的基本实操能力和实验室安全教育，激发学生的学习兴趣，增强工作的计划性和时间观念等，以保障综合设计性实验课程的良好教学效果。

综合设计性实验项目的设置有待优化。目前的项目还不够综合、系统，提供给学生创新的内容偏少，与行业产业实际问题高度结合的项目不多，围绕学院优势研究品种设置的项目偏少，学生自立实验项目缺乏等。今后将加强每个实验项目的综合性、可创新性，紧密围绕行业产业实际问题和学院优势研究品种设置实验项目，并鼓励学生自行申报实验项目等，充分发挥综合设计性实验对学生创新精神、创新能力培养的作用。

此外，实验过程中还存在部分试剂和仪器设备准备不够充分或彼此冲突的情况。例如由于个别实验小组多次重复实验或临时调整实验方案等原因，导致储备的实验试剂出现不足或缺乏，影响了实验效果和进程，制约实验研究思路的延伸，削弱部分学生的积极性；部分大型贵重公用仪器设备由于学生的集中使用，导致出现拥堵、排队现象，对实验的顺利进行也有一定影响。今后将在实验材料准备方面，做好足量储备和应急预案；严格公用仪器预约制度，实现合理统筹、高效使用、避免拥堵。

四 结束语

综合设计性实验课程在培养学生自主学习的主观能动性、提高科研兴趣、增强实操技能、拓展知识面、提高综合分析解决问题的能力、开拓思维和创新能力以及培养团队协作精神等方面，具有显著的优势，弥补了传统实验课程的不足；在促进“教”“学”相长方面也发挥了积极作用，是进行实验教学改革、提升实验教学质量、培养具有创新精神和创新能力的水产卓越人才的重要内容。在实验教学过程中，既要通过传统的实验教学模式，帮助学生巩固专业理论知识和训练学生的基本实操技能，也要通过开设综合设计性实验课程，培养学生的自主学习能力和创新能力。二者有机结合，是构建实践教学新体系、培养适应“新农科”建设的卓越水产专业人才的有力支撑。