自主设计实验在机能实验教学中的应用与探索*

李 伟 王国光 陆晓华 皖南医学院基础医学院病理生理学教研室,安徽省芜湖市 241002

随着我国教育水平的不断提高,为适应创新型人才与综合型人才培养的需要,高等院校对教学模式的探索与研究在不断深入。机能实验学作为一门基础实验课程,在巩固理论知识、提高动手操作技能、学习实验设计、观察处理分析实验结果等方面发挥着重要作用,为学生进一步学习临床学科、从事医药行业和科研工作奠定基础[1]。但机能实验学一直采用传统的以教师为中心的“讲—做—总”模式,学生被动接受内容,实施实验操作[2-3]。部分学生未养成课前预习的习惯,课后对于实验背景、原理及意义不求甚解,数据分析讨论和报告工于应付,学生被动接受实验内容,导致缺乏主观思考意识和创新能力。为解决传统教学模式存在的弊端,本文以机能实验课程为教学平台,对学生自主设计机能实验的教学模式进行初步探索与实践,并对教学效果进行分析。

1 自主设计实验与机能实验教学

自主设计实验教学是指以学生为主体,由学生自主设计实验步骤和内容,教师辅助学生完成实验的一种新型教学模式[4]。自主设计实验教学可有效调动学生的积极性,促进学生养成学以致用的思维习惯,培养学生的科研与创新意识,提高设计和完成实验的能力。但同时自主设计实验也存在周期长、课时紧迫、实验方案不确定性高、实验条件要求高、难以规模化开展等弊端[4]。机能实验中的验证性实验是在一个预先设定好的实验框架下,验证已知的实验结果,目的是验证并巩固所学内容,同时培养学生的实验技能,是机能实验课程的重要组成部分[5]。由于验证性实验过度侧重实验结果和结论,忽视了实验过程对学生主动性、积极性和创造性的提高作用[6],导致学生不善于观察实验现象,机械地重复实验步骤,模仿教师操作示范,缺乏对实验原理、步骤及结果的思考和分析,并未充分达到巩固理论知识的目的。经过调查发现,多数学生课上仅对实验动物操作部分感兴趣,课后对实验原理和内容掌握不牢固,甚至还出现学生对曾经做过的实验毫无印象的情况,教学效果和教学质量难以保证。为了促进实验教学改革,探索创新的教学模式,在机能实验教学过程中,笔者以教学大纲中验证性实验为教学内容,引导学生自主设计和开展实验过程,教师只介绍实验主题、原理、条件与设计原则等,由学生分组设计实验方案,教师适当引导并选出其中最符合教学大纲和最优的设计方案开展实验。该教学方式采用了自主设计实验教学与启发式教学的方法,能够融合自主设计实验和机能实验两者的优势,提高教学效果和质量。

2 自主设计机能实验教学的开展

教师在课上先介绍实验设计相关知识:(1)实验主题:比如观察盐酸消旋山莨菪碱对肺水肿的预防作用;(2)肺水肿的临床病理特点与机制;(3)实验对象与麻醉剂的特点及选择原则;(4)已具备的实验条件;(5)实验设计的基本原则;(6)实验设计过程的注意事项等。学生每3～5人分为一组,根据老师介绍的相关内容,先组内讨论设计思路并确定方案,包括题目、实验对象、药品、动物分组、手术、观察指标、实验方法及步骤等。然后各组派1名代表分别介绍自己组的方案及其理论依据,并进行全班讨论,教师汇总各组方案并有针对性地提出存在的问题和优缺点,由班级挑选出最符合教学大纲和最优的设计开展实验。实验操作过程由教师全程指导,对学生提出的实验设计问题和操作问题进行解答和示范。引导学生观察实验现象,记录实验结果。实验结束后让学生利用所学的理论知识针对实验结果作出分析讨论,教师进行指导和归纳总结。同时,教师可引导学生课后查阅相关的文献资料,对所学的实验内容进行拓展,比如复制肺水肿动物模型的方法都有哪些?还有哪些药物对肺水肿具有预防作用?以该模型为基础还可以进行哪些研究?让学有余力的学生在教师的指导下,查阅文献撰写标书,自愿提交具有创新性和可行性的项目,利用业余时间以兴趣小组或大学生创新创业项目的形式开展研究,尝试撰写研究论文并发表。将自主设计实验应用于机能实验教学过程中,在验证理论知识与结论的同时,学习与实验设计相关的内容,为独立设计创新性和可行性较高的研究项目奠定基础,既能提高学生的学习兴趣与积极性,巩固基础理论知识,又可培养学生的实验设计能力和创新能力,同时兼顾不同学生之间科研兴趣与科研能力的差异。

3 教学效果分析

传统的教学模式,学生“照方抓药”,按照预定的实验步骤被动地开展操作过程,使学生逐渐养成了“实验课只是动手做一做”的固定化、机械化思维,缺乏对自主学习、独立思考及创新能力的培养[3,7]。自主设计实验作为一种新型的实验教学模式,以学生为主体,变“验证”为“探究”,充分调动学生的主观能动性,已被众多高校教师接受和尝试,在巩固理论知识、提升实验设计综合能力方面发挥重要作用[8]。本文对引导学生自主设计机能实验的教学模式进行了探索,在2018级临床及2019级护理本科专业中,选取了5个班级进行自主设计机能实验教学的实践,并对109名学生(男生占42.2%,女生占57.8%)进行了匿名问卷调查,结果显示:有57.8%的学生认为在实验方面的综合能力有很大提高,39.4%的学生认为有一定的提高,仅有2.8%的学生认为没有提高。新的教学模式改变了传统的灌输式教学模式,使学生变被动为主动,促进学生独立思考、积极探索实验过程。区别于传统的教学模式,学生在确定实验题目,选择合适的麻醉药品和实验对象,设计实验分组和步骤,确定观察指标以及讨论实验结果等方面均得到了不同程度的锻炼。调查结果显示,有68.8%的学生对自主设计实验的上课方式非常感兴趣,并期待下次实验课采用同样的模式;30.3%的学生比较感兴趣,有0.9%的学生不感兴趣。65.1%的学生上课积极性很高,33.0%的学生认为比较有积极性,仅有1.8%的学生积极性不高,认为课时延长。新模式教学调动学生的主观能动性,启发科研思维,学生体会到主动探索实验研究的乐趣,课上表现出较高的兴趣和积极性。在小组内实验设计讨论环节,多数同学能够发挥创造与逻辑性思维,展现出综合运用基础知识的能力。调查显示,93.6%的学生均有参与讨论,利用各自的知识积累与储备提出自己的想法和见解,其中33.0%的学生参与度非常高,但有6.4%的学生很少或者基本没有发言,主要原因是这部分同学基础知识储备过少,未完全掌握自主设计实验的方法,同时个别学生性格内向,不善于与同学讨论交流。此外,调查问卷结果还显示,仅有7.3%的学生在课前已经掌握了实验设计的相关知识,有89.9%的学生是通过新的教学方式学会了实验设计思路和方法,仅有2.8%的学生仍不清楚如何设计实验方案,表明在传统教学模式下,少部分同学借助学校的实验平台,在教研室老师的指导下进行过科研的学习与训练,对实验的设计与开展有一定的了解,但多数学生从未参与过科研工作,未获得综合实验能力和科研素质的培养,缺乏实验设计知识储备和科研思维。通过自主设计机能实验教学,学生掌握了实验的设计原则和方法,对实验原理、设计过程、方法步骤及结论等内容印象深刻,对实验验证的理论知识理解更加透彻。学生对新的教学模式认可度较高,能获得更好的教学效果。调查显示,有50.5%的学生认为自主设计实验教学在启发科研思维,培养创新精神,提高独立分析问题、解决问题的能力方面作用很大,有43.1%的学生认为作用较大,有6.4%的学生认为有些作用。传统教学模式下,学生思维僵化,课上按照教师讲解的步骤机械地完成实验操作,使学生逐渐产生了实验课就是老师“要我做”的印象。而新教学方式能提高学生的主动性,变“要我做”为“我要做”,学生对自己设计的内容具有更高的兴趣和探索意愿,既锻炼了科研思维,又提高了独立分析问题、解决问题的能力。随着对实验内容的不断学习和拓展,学生能够养成良好的科研思维和素养,在今后的学习中逐步由“我要做”向“我会做”转变。在是否希望老师参与实验设计与开展方面,33.9%的学生希望老师全程指导,66.1%的学生则希望独立完成设计过程或开展实验,尽量减少教师的干预,表明学生主观上具有很强的独立实验和自主创新的意愿,对被动接受灌输知识的传统教学模式认可度很低。满意度调查显示,95.4%的学生对新教学方式很满意,4.6%的学生不满意。表明大多数学生认可自主设计机能实验的新教学方式。与传统的实验教学模式相比,学生更愿意接受新颖的授课方式。经过调查发现,部分学生对新教学方式不满意的原因主要有:(1)上课时间延长;(2)分组讨论时间太短,实验设计时间不足;(3)实验仪器比较少,自己提出的观察指标得不到检测等。一方面,讨论时间过短不利于学生充分思考和设计内容;另一方面,某些关键指标可能因基础设备不足得不到验证,会使学生丧失积极性,产生一定程度的挫败感。因此,解决这几个方面的问题,需要适当增加实验学时和实验设备投入。在采用新教学方式授课的过程中,学生普遍认为最大的收获在于能自主学习,小组讨论对独立思考和设计实验起到锻炼作用,上课积极性高,参与感和成就感更强,实验内容掌握得也更扎实。

4 讨论

自主设计实验一般包括前期准备、查阅文献设计方案、分组讨论、实施方案、总结并撰写报告等环节[9-10],已在高校教学改革中进行了初步探索与应用。机能实验学是高等医学院校的基础实验课,在许多医学专业中均有开设,本文将自主设计实验的方法应用于机能实验教学过程中,时间限定在教学课时之内,具有周期短、学时可控的特点。该教学模式实验方案相对确定,学生自己设计实验过程,突出学生的主体地位,变被动灌输知识为主动探求,提高学生的积极性和主动性,锻炼学生实验设计的能力和科研思维。同时,教学过程中实验条件齐备,无须额外添置仪器设备和试剂药品,节约人力、物力和经费。新的教学模式将机能实验以探究的方式呈现,可在有限的软硬件条件和时间周期内达到更好的教学效果,提高教学质量。同时,该教学模式能调动学生的积极性,培养学生独立思考主动探索的意识和创新精神,启发科研思维,提高学生自主创新能力和综合素养,适合在机能实验学的教学中应用。但新教学模式也存在学生不能自主选题、教学时间延长、实验仪器设备少、检测指标不全面等问题,在今后的教学过程中有待于进一步探索与解决。