基于师范专业人才培养的生物实验教学改革与实践

王铁峰，程 华，李 妮，牛亚玲，潘轶男，王丽媛，陈福忠

（1.白城师范学院 生命科学学院，吉林 白城 137000；2.白城市第十四中学，吉林 白城 137000；3.大安市第一中学，吉林 大安 131300）

0 引言

师范专业人才是能将专业知识和技能应用于所从事的教学实践活动的一种专门的人才类型［1］.实验教学是指学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获得新知识或验证已学知识的一种教学形式.实验教学的主要目的是检验或发展理论，探索新的事物［2］，它既可使学生加深对理论知识的理解，又能增强学生的观察、实践操作以及创造能力，故而实验教学是培养师范专业人才重要的教学环节，如何培养师范专业人才是目前师范专业本科院校教学研究的热点［3-5］.本文结合白城师范学院生物科学专业实验教学的实际情况，在分析目前实验教学现状的基础上揭示其存在的问题，根据社会对师范专业人才知识、能力、素质的要求［6-7］，着眼于服务地方教育事业，以专业实验教学优化整合为核心，重新构建实验教学内容体系，实验教学过程尝试相应的举措，其宗旨是为师范专业人才培养探索一条有效的途径.

1 生物科学专业实验教学存在的问题

师范专业人才培养应围绕 “培养什么人，怎样培养人” 展开，实验教学是理论与实践、知识与能力相结合，是锻炼学生科学思维、培养学生应用能力、孕育学生创新意识的重要教学环节之一.白城师范学院生物科学专业实验教学存在的问题主要表现在以下几个方面.

1.1 实验教学内容与社会需求不相宜

依据培养方案、教学大纲和学科实验教材内容，一般仍按学科单一设置实验课，使各学科实验内容相互孤立、分散、重复、缺乏系统性，故基于理论教学的实验教学内容无法实现以专业为基础的连贯性和系统性，脱离了社会、教育、生活实际的需求，滞后于科学技术的飞速发展，也与师范专业人才培养宗旨相悖.

1.2 实验项目类型与提升创新意识不相符

实验教材仍然维持以往的内容体系，各学科还在延续常规的实验，大多在不同程度上是理论教学的辅助内容和手段，即根据教学大纲，结合实验指导书列出的实验题目完成实验教学任务，使其实验内容和实验技术的传授存在较大的缺欠.表现在基础性实验、验证性实验多，综合性、设计性和创新性的实验少，不利于培养创新型人才.

1.3 实验教学方法与能力培养不协调

实验教学方法多采用的是讲授法和练习法相结合，首先，教师通过口头叙述向学生介绍实验内容的原理和目的，详细讲解操作要点、注意事项和重点、难点等问题，引导学生明确实验流程；然后学生分组进行实际操作，教师给予适当的指导，在此过程中学生掌握了操作要领，学会了操作程序，但其只注重了教师的主导作用，学生只是学会了纯粹的模仿，教师没有考虑培养学生主动学习的能力，没有为学生创造良好的个人发展空间，达不到训练学生实际应用和分析、解决问题的能力.

1.4 实验教学方式与岗位对接不匹配

实验教学方式还是按照课程计划学时进行实验，即在规定的时间和地点完成实验教学内容，一般是随着学科理论教学的进度而进行，由于时间和地点的限制，多数实验是教师事先完成实验流程的前几个操作步骤，然后有选择地选取实验流程的最后几个步骤由学生自行完成，目的是让学生看到实验结果，便于完成实验报告，获得的只是对实验内容的一知半解，学生无法体验实际教学岗位所要面临的师生互动探讨的教学环境.而教师岗位从事的多为正规的实验教学项目，要求为师者对基础实验过程及原理的明确掌握和对所遇到问题的实际解决能力，所以，这种教学方式达到的效果与教师工作岗位衔接不上.

2 生物科学专业实验教学内容体系的构建

从系统工程的角度出发，为使学生获得纵横融汇的生物学知识，增强与社会发展相适应的专业技能，对生物化学、微生物学、遗传学、分子生物学及基因工程五门课程进行整合，打破按学科教学的限制，在系统分析五门课程实验教学内容的基础上，建立整体的实验教学体系.将所有实验分层次递进展开，即划分为学科知识获取与基本技能实验、综合与设计实验、实践项目与创新性实验三个层次.

2.1 学科知识获取与基本技能实验

为强化学科基础理论及专业基本技能，按学科理论课知识学习的需要及实验教学要触及的常规仪器使用设置实验.对于难以讲解和描述的现象、规律、原理或基本概念，学生通过观察实验，利用多种感官直接感知事物本身，增强直接经验，获得生动表象，以此作为形成概念、理解原理、掌握规律的依据［8］.同时，还包括培训学生对仪器设备的实际应用能力，熟练掌握常规仪器设备在实验中的正确操作规程和操作中的注意事项，清楚实验操作的基本流程，掌握相关的操作技能.这一过程对于帮助学生深入理解、巩固生物学知识，提高学生观察、理论联系实际及生物学实验技能可起到事半功倍的作用，为后续更高层次的实验奠定基础.

2.2 综合与设计性实验

综合性实验体现的是实验内容、方法、手段的综合，分为学科内综合性实验与学科间综合性实验.学科内综合性实验的设计以系统性为原则，呈现出实验内容与技术的连续性和整体性，例如，微生物实验开设的 “细菌生长曲线的测定” ，实验内容包括细菌的培养和菌量的测定；实验技术和方法包括液体培养基的配制，灭菌、无菌操作、接种技术，分光光度法浓度测定技术、细菌生长曲线的绘制等.学科间的综合性实验是从学科的特点和交叉联系出发，优化整合设计出以基因工程实验为核心、有机地融合多学科的综合性实验.例如： “目的基因克隆、载体构建及向细菌转化” 实验项目，内容包括基因扩增、目的基因与载体构建重组DNA 分子及重组DNA 导入细菌，实验技术和方法包括PCR 技术、大肠杆菌的培养，质粒DNA 提取，限制性内切酶酶切、构建重组DNA、大肠杆菌感受态细胞制备、细菌的转化和筛选阳性克隆等，涉及的学科知识包括微生物学、生物化学、遗传学、分子生物学和基因工程等.综合性实验既可使学生明确学科内各章节知识及学科间知识的相互联系，也利于学生对知识的进一步理解与升华，更好地掌握生物学知识的要点，同时，使学生获得了多技能跨学科的综合训练，对专业知识上升到全面系统且融会贯通的认识，熟悉专业实验的方法、步骤和技巧.具备综合实验素质的学生根据教师设定的实验目的、要求，给定的实验条件，进一步自行设计实验方案，选择实验方法，拟定实验程序，独立进行操作并得出实验结果.设计性实验可培养学生综合多门学科知识、多个实验原理、多项实验技术、多种实验方法设计实验方案的能力，充分展现学生自己的专业技能，调动学生参与实验的积极性和主动性，增强学生充分运用拥有的专业知识发现问题、分析问题和解决问题的能力.

2.3 实践项目与创新性实验

现今的中小学用人单位对毕业生的要求越来越高，就业者既要有扎实的基础理论、宽口径的学科知识，又要具备实实在在的课堂教学和实践能力，能学以致用、解决实际问题.用人单位特别看重学生的项目实践或实习经历，所以，针对生物科学专业的特点，分析未来职业岗位必需的知识结构与能力结构，遵从行业标准和教育教学实际要求，通过校校联合营造实际教学背景或模仿教学环境拟定实验项目，项目的选择以实际教学岗位需求为目标，强调理论和技能的结合.例如，白城师范学院与当地一些中学建立了校校合作，根据中学生物实践教学所对应的专业知识需求拟定实验项目，如 “蛋白质的提取与纯化分离” ，应用的相关技术包括离心技术、层析技术、液相色谱技术和电泳技术等，项目的实施过程是以模拟实际对象为背景，注重培养学生在模仿教学环境下综合运用生物学知识、技术设计和解决实际问题的能力，增强知识的综合运用能力.同时，结合创新教育挖掘学生潜力，使其具备可持续发展的素质，实现知识与技能的持续更新.学院凭借专业背景营建创新教育环境，与当地林科院建立学研合作，将理论研究融入本科实验教学开展创新性实验，例如 “花卉类植物化学诱变突变体的筛选及鉴定” ，依据花卉市场品种的需求，确立诱变的花卉种类与品种，运用遗传学知识，根据化学诱变剂作用的特点，选择适宜的诱变方法，以研究花卉类植物的遗传变异为目的，从不同层次、不同角度、不同环节提高学生的科学思维与研究素质，逐步形成创新意识.创新的终极目标是为社会提供可持续发展的、自学能力强，不断适应社会教育新形势需要的教学人才.

3 生物科学专业实验教学过程的组织与实施

基于新的教学理念，结合实验教学内容的总体构想，针对不同层次的实验采取相应的教学方式.

3.1 验证性实验与意义建构实验相结合

学科知识获取与基本技能实验主要是有针对性地理解生物学的某一基本理论和基础知识、掌握生物学的基本技能，实验教学时程短，其内容由各学科实验教学分担完成，这部分实验既可以是验证性实验，也可以是意义建构性实验，在验证性实验中不断强化基本技能的训练，使学生对实验操作规程与操作技能打下深深的烙印，从而掌握基本实验技能.意义建构实验是指学生通过实验亲身经历的探讨过程获取学科知识［9］，其目的是让学生通过各学科所特有的视角，形成对生物界的基本认识，了解人们认识和形成生物学基本理论、基础知识的探索过程和方法.意义建构性实验实施过程采取的措施：（1）课前布置学生完成实验的预习报告，包括实验目的和要求、实验原理、实验方法与步骤、实验结束需观察的现象或数据、预习遇到的问题；（2）以实验小组为单位选出一名代表讲解实验流程、实验过程需要解决的难题，实验结果要获取的基本理论和基础知识，教师针对学生代表的发言，指出实验过程的关键步骤及操作过程的注意事项，使学生明确实验的全部过程；（3）实验结束各小组提供观察结果或实验数据及结论，综合全班的实验结果及结论，建构本实验要阐明的概念和规律，将感性认识上升到理论的高度.

3.2 自主合作与教师引导相结合

综合与设计性实验是以综合专业相关知识，锻炼思考、分析、解决问题的本领，培养学生创新思维和实际动手能力为目的.实验教学时程偏长，故需要开放式实验教学模式.综合性实验首先教师讲解实验题目相关的文献资料及查阅方法，学生根据查阅的资料归纳实验相关的研究综述，明确相关的理论知识、实验方法和手段，清楚重点和难点，经过汇总教师和学生共同的讨论结果，尽可能确定两种或两种以上的实验方法和手段，不同方法和手段的实验分组进行，实验结束由学生讨论相关的理论知识在实验中如何得到应用，不同方法和手段获得的实验结果进行比较，从中分析实验方法对实验结果的影响、各实验方法的优缺点等.经过综合性和意义建构性实验训练后，学生基本具备了综合能力和自主学习的能力，设计性实验的各环节包括实验前的准备（方案的制定、方法的确立、试剂的配制、材料的处理、使用仪器的配置和调试）、实验过程的操作、实验结果的观察与分析均由学生自行分组完成.此过程是以学生为主体，教师不过多干涉学生的设计和实验，教师主要是引导学生独立思考，激发学生的求知欲，鼓励学生提出新观点和新思路，敢于使用新方法，帮助学生分析和解决实验中遇到的问题，掌控实验进度，确保实验按时完成.

3.3 模拟、见习与科学探究相结合

实践项目与创新性实验是将生物学知识与技能迁移到教育教学实际应用的过程中，实验教学时程很长，主要以开放式实验教学形式进行.实践项目的基本操作为：（1）组织学生事先到地方相关中小学调研，全面了解学生未来职业岗位面临的工作任务；（2）根据工作岗位的实际需求，结合学校现有的实验条件，学生申报实验教学项目；（3）教师组织评审小组，对学生申报的项目讨论审定，项目尽量设置多个；（4）学生按自己的特长爱好选择实验项目，相同实验项目为一组，就选择的实验项目仿照工作状态，进一步制定详细的实施方案；（5）依据实验项目内容各组配备相应的指导教师，实施方案经过指导教师终极审阅，学生以项目为单位独立完成；（6）展示实验项目成果，提供规范的实验项目成果报告；（7）实验室无条件模拟环境进行的实验教学项目，组织学生到相关中学实地见习，其流程由中学生物教师进行全面、系统、详细的讲解与操作；（8）事后组织学生交流见习收获，书写见习报告上交.创新性实验是根据当地教育发展的需求，选择亟待解决的问题，引导学生组成团队申请应用研究立项，或引入教师科研项目，将其与本科毕业论文相结合，每个学生在团队或教师科研项目中选定自己要研究的核心内容，教师在把握好难易度及确保其准确性的基础上，确定本科论文题目.依照学校本科毕业论文工作的实施细则，参照参考文献［10］的方式方法，辅导学生完成开题报告.在毕业论文实验进程中，适时与学生见面了解进度情况，与学生交流讨论、答疑，解决理论上的难点和实验的关键性技术.实验结束后，指导学生撰写本科毕业论文，督促学生整理毕业论文全部材料，根据学生的学习态度、实际专业技能、毕业论文质量及其应用价值等提出建议和意见，协助答辩小组预审学生答辩资格，对学生的毕业论文客观公正地写出评语、给出评定成绩.

4 结语

基于师范专业人才培养的生物实验教学改革，我们进行了初步的探索，在具体操作与实施过程中还面临一些问题，包括：（1）新实验教学体系波及的学科多、内容广，需要统筹规划；（2）新实验教学体系实验项目类型丰富，需要的实验场所、仪器设备等硬件条件高，需要逐渐完善；（3）新实验教学体系主要培养以能力为本、具有创新精神的高素质师范专业人才，实验项目经常要更新，需要教师不断汲取新知识，提高新技能；（4）新实验教学体系最重要的是与学生未来工作岗位对接的环节，需要我们时刻关注相关院校教学内容的更新，了解社会对师范专业人才的新要求并及时做出教学改革.总之，师范专业人才培养是一项长期的工作任务，它将随着社会与科技的发展无止境地继续探索.