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生物学是一门实验性较强的学科,随着应用型人才培养和新课程改革的不断深入,实验教学受到广泛的重视。相对于理论教学而言,实验教学具有一定的直观性、实践性、综合性与创新性,它可以帮助学生在实践过程中验证、理解相关理论知识,学习和掌握必要的实验技术、测量方法、先进设备和学科的基本研究方法,培养学生的科学精神和创造性思维,提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。因此实验教学在培养具有综合素质的创新型人才方面,有着不可替代的地位和作用。
实验教学存在的主要问题
1 课程体系。实验教学课程体系以各理论课程为主线,各自形成细而全的小系统,内容重复多,教学效率低。尤其是将生物实验局限在传统的二级学科范围内,割断了学科内在的联系,难以适应学科综合发展和学科交叉渗透对人才思维方式多样化培养的要求。
2 教学内容。实验教学内容以验证性实验为主,学生进行教材以外的实验训练不够,甚至没有,这种按部就班的实验教学,难以激发学生对生物的兴趣,更难激活学生的创新思维。
3 教学观念。观念上将实验教学作为附设课程,对实验教学研究成果评价不足,缺乏激励机制,难以推陈出新,尤其缺乏对实验本身的教学和认知规律的研究,严重阻碍了实验教学内容的更新和实验教学质量的提高。
4 社会需求。传统的实验教学手法单一,缺乏创造性。阻碍了学生创造性思维的发挥,不能满足应用型人才培养和基础教育对人才的需要。
二 生物学实验教学改革与创新的途径
1 实验教学课程体系的创新
实验教学课程体系的创新关键在于打破各学科间的界限,优化设计出符合教学规律的现代化实验课程新体系,以突出整体生物实验技能和创新能力培养。加强学生的生物实验的整体观念,按教学体系和学科特点,使关系密切学科的实验相互渗透,融为一体,进行整体的构想和设计,建立学科间的交互联通体系,增加综合性、设计性实验的开出率,建立符合我校本科应用型人才培养方案的实验教学课程新体系。
2 实验教学内容的创新
实验教学内容的整合与更新,是在研究基础生物实验本身的教学与认知规律的基础上,遵循扩展现代实验技术手段,开拓设计性实验能力的原则,删除陈旧重复的实验内容,保留其中实用性强、重复性好、科学意义较大的实验项目,并且对已开设的较新的基础实验,进行重新设计和创新,编写新的教材,形成由“基础生物学实验、综合生物学实验、开放性(创新性)生物学实验”构成的新的实验教学课程体系,并建设成基础实验平台、综合技能训练平台和开放(创新)应用平台。使不同年级的学生经过不同平台的实验训练,达到基础扎实,基本操作熟练,动手能力强,综合素质高的目的。
基础生物学实验是以“生物专业实验教学基本内容”为依据,在原有植物形态解剖学实验、植物系统分类学实验、无脊椎动物学实验、脊椎动物学实验、生物化学实验等实验课程的基础上重组形成基础生物实验一、基础生物实验二,分别负责植物学实验、动物学实验、微生物学实验、生物化学实验等专业基础课的实验教学。在这一重组过程中,力求根据生物学科自身发展的规律,打破传统的二级学科障碍,结合实验教学的认知规律,在一级学科层面上整合基础实验教学。以利于培养学生接受学科交叉所产生的新科学原理、新技术、新研究领域的挑战能力,也更有利于培养学生的创新思维。
综合生物学实验是在原有实验教学改革的基础上形成的,分为综合生物学实验一和综合生物学实验二。综合生物学实验一是在原有专业课实验中精选、整合、更新形成的,主要为单学科内综合知识的技能训练。综合生物学实验二则是结合现代生物学技术,专业培养方向,学科的科研成果设置的大综合实验。综合实验的特色是综合化与现代化,主要为多学科内综合知识的技能训练。现已开出的综合性基础与设计性实验,如植物DNA分子标记技术及目的片段的回收大实验,包含了植物基因组DNA的提取及电泳检测、ISSR分子标记检测物种多样性、DNA目的片段的回收及定量分析等,其实验内容既体现了生物学科各二级学科专业方向的特色与优势,又涵盖几个二级学科的知识点,将学生从原有专业知识过窄的二级学科领域引导到一个更高的层次,从一级学科的高度上学习生物、领略生物、理解生物各专业学科之间的最本质的联系和内在的规律。这些实验强调知识的综合运用,强调创新能力的培养。
开放性(创新性)实验是开放式实验教学和科技训练相结合的、融多样化教学形式为一体的教学环节。开放性(创新性)实验教学重在科研能力的训练和创新思维的培养,大多以开放实验或结合科研课题进行。学生在教师指导下自选研究小课题,并自行设计实验方案,完成研究内容,在培养科研与创新意识的同时,了解学科发展与科技创新的前沿领域,受到良好科技氛围的熏陶。这一实验教学层次又不同于毕业论文的科研训练,其形式较为灵活,不受课时限制,可在不同的年级、或课内或课外完成。这一类型的实验也可结合毕业论文设计或建立校外实习基地聘请科研机构或企事业单位有较高理论水平、丰富实践经验和一定教学水平的专家为学生授课,指导学生实习和撰写毕业论文,并以此为切入点,实现学校与社会需要的接轨,培养学生的创新精神和实践能力。
3 实验手段的创新
实验教学手段创新是指在实验教学过程中,创造性地应用各种现代化技术设备作为教学手段。这是实验教学中的技术革命,是实验教学现代化的一个主要标志,同时也是实验教学改革的关键。
(1)实物操作。在实验教学中,利用各种实物(如材料、仪器设备等)进行实际操作,这是锻炼动手能力的必要手段。
(2)多媒体课件教学。随着现代教育技术的发展,多媒体已广泛应用于教育教学领域,在实验教学过程中通过多媒体课件呈现实验教学内容,以其形象、生动、活泼的表现手段,吸引学生的注意力,使其感知充分、理解容易、记忆牢固,因此多媒体实验教学手段可以大大提高实验教学速度,节省实验教学时间,提高实验教学效率,还可以运用各种多媒体技巧减少教学难度,提高教学质量。
(3)网络资源。网络资源是实现教育现代化的必要条件。实验教学的网络化,不仅可以对实验目的、实验原理、实验所用的器材、实验过程、数据处理作详尽的解释,还可对实验结果的影响因素作必要的分析,引导学生对实验过程的综合分析与思考,提高学生自主学习能力和创新能力,使实验教学效果得到改善。
4 实验教学方法的创新
传统教育模式强调以教师为中心,强调教师对学生单向传授知识,把学生作为灌输知识的对象,其目标是把学生培养成能很好地理解、消化和应用前人知识与经验(但不善于创造新理论、新知识)的应用型人才。改进实验教学方法,实现实验教学创新,就是要创造自由、宽松的教学环境,建立以学生为中心的实验教学模式,建构能充分体现学生主体作用的新型 教学模式,形成以自主式、合作式、探究式为主的学习方式,有利于学生创造性思维的培养。按照实验教学内容“多层次”思路,采取“指导”“启发”“探究”等教学方法。
(1)以“指导”为主的实验教学方法。“指导”就是以教为主,培养学生掌握基本的实验程序、操作技巧以及常用仪器的性能和使用方法。教师可以通过示范,全面而有重点地讲解实验内容,提出实验要求,让学生自主完成实验。在实验教学过程中,教师的主导作用不能减弱,对学生基本实验技能的培养要求不能降低,并尽量创造条件让学生多动手,练成扎实的基本功。
(2)以“启发”为主的实验教学方法。“启发”是以学生为主体,学生在教师的启发引导下独立进行实验,独立思考问题,独立解决实验过程中所遇见的各种问题。在实验教学过程中,教师主要以引导和个别辅导为主,引导学生观察问题、发现问题。鼓励学生提出不同的设想,寻找解决问题的途径,充分调动学生的主动性,培养学生独立思考和创新性思维的能力。
(3)以“探究”为主的实验教学方法。学生通过观察、分析得出抽象的规律或原则,可能会多走弯路,但它符合认识论原理,可让学生透彻理解所学的知识,使之真正成为自己的东西,所以它是一种探索性学习方法,符合实验“探询未知”的原则,应在实验教学中广泛采用。为此应合理增加综合性、设计性实验,在实验教学中,鼓励学生充分发挥其想象力,运用所学到的知识自行设计实验方案和实验步骤,自己解决问题。通过实验自行总结分析,以加深理解,同时有利于学生观察能力、注意力和逻辑思维能力的培养与开发。
三 结束语
通过几年的改革与创新,生物学实验教学取得了一定成效,不仅最大限度地利用了原有的实验教学资源,还充分调动了实验教师及学生实验与科研的积极性,科研成果数量和质量都逐步提高。随着新课程改革的不断深入,高校实验教学改革创新工作只有扎扎实实地进行,不断提高实验的质量,才能适应新时代的要求,培养更多的创新型、应用型人才。
参考文献
[1]艾志录,李强,张蚤安,探讨高校实验教学的改革与创新[J],高教论坛,2005(5):63-65
[2]毛小平,充分利用实验教学手段积极落实创新教育思想[J],科学教育论坛,2005(17):211
[3]赵静擘,习方式的变革与创新教育[J],学科教育理论研究,2002(8]:23-25
[4]马敬峰,等基于学生创新精神和实践能力培养的实验教学内容改革与实践[J]冲国高教研究,2008,11:92-93
[5]黄平,大学教师在教学中的角色定位[J],湖北大学学报(哲学社会科学版),2006,33(5):653-656
[6]张崇善,课堂教学之理想选择[J]教育理论与实践, 2001(1):39—42
实验教学存在的主要问题
1 课程体系。实验教学课程体系以各理论课程为主线,各自形成细而全的小系统,内容重复多,教学效率低。尤其是将生物实验局限在传统的二级学科范围内,割断了学科内在的联系,难以适应学科综合发展和学科交叉渗透对人才思维方式多样化培养的要求。
2 教学内容。实验教学内容以验证性实验为主,学生进行教材以外的实验训练不够,甚至没有,这种按部就班的实验教学,难以激发学生对生物的兴趣,更难激活学生的创新思维。
3 教学观念。观念上将实验教学作为附设课程,对实验教学研究成果评价不足,缺乏激励机制,难以推陈出新,尤其缺乏对实验本身的教学和认知规律的研究,严重阻碍了实验教学内容的更新和实验教学质量的提高。
4 社会需求。传统的实验教学手法单一,缺乏创造性。阻碍了学生创造性思维的发挥,不能满足应用型人才培养和基础教育对人才的需要。
二 生物学实验教学改革与创新的途径
1 实验教学课程体系的创新
实验教学课程体系的创新关键在于打破各学科间的界限,优化设计出符合教学规律的现代化实验课程新体系,以突出整体生物实验技能和创新能力培养。加强学生的生物实验的整体观念,按教学体系和学科特点,使关系密切学科的实验相互渗透,融为一体,进行整体的构想和设计,建立学科间的交互联通体系,增加综合性、设计性实验的开出率,建立符合我校本科应用型人才培养方案的实验教学课程新体系。
2 实验教学内容的创新
实验教学内容的整合与更新,是在研究基础生物实验本身的教学与认知规律的基础上,遵循扩展现代实验技术手段,开拓设计性实验能力的原则,删除陈旧重复的实验内容,保留其中实用性强、重复性好、科学意义较大的实验项目,并且对已开设的较新的基础实验,进行重新设计和创新,编写新的教材,形成由“基础生物学实验、综合生物学实验、开放性(创新性)生物学实验”构成的新的实验教学课程体系,并建设成基础实验平台、综合技能训练平台和开放(创新)应用平台。使不同年级的学生经过不同平台的实验训练,达到基础扎实,基本操作熟练,动手能力强,综合素质高的目的。
基础生物学实验是以“生物专业实验教学基本内容”为依据,在原有植物形态解剖学实验、植物系统分类学实验、无脊椎动物学实验、脊椎动物学实验、生物化学实验等实验课程的基础上重组形成基础生物实验一、基础生物实验二,分别负责植物学实验、动物学实验、微生物学实验、生物化学实验等专业基础课的实验教学。在这一重组过程中,力求根据生物学科自身发展的规律,打破传统的二级学科障碍,结合实验教学的认知规律,在一级学科层面上整合基础实验教学。以利于培养学生接受学科交叉所产生的新科学原理、新技术、新研究领域的挑战能力,也更有利于培养学生的创新思维。
综合生物学实验是在原有实验教学改革的基础上形成的,分为综合生物学实验一和综合生物学实验二。综合生物学实验一是在原有专业课实验中精选、整合、更新形成的,主要为单学科内综合知识的技能训练。综合生物学实验二则是结合现代生物学技术,专业培养方向,学科的科研成果设置的大综合实验。综合实验的特色是综合化与现代化,主要为多学科内综合知识的技能训练。现已开出的综合性基础与设计性实验,如植物DNA分子标记技术及目的片段的回收大实验,包含了植物基因组DNA的提取及电泳检测、ISSR分子标记检测物种多样性、DNA目的片段的回收及定量分析等,其实验内容既体现了生物学科各二级学科专业方向的特色与优势,又涵盖几个二级学科的知识点,将学生从原有专业知识过窄的二级学科领域引导到一个更高的层次,从一级学科的高度上学习生物、领略生物、理解生物各专业学科之间的最本质的联系和内在的规律。这些实验强调知识的综合运用,强调创新能力的培养。
开放性(创新性)实验是开放式实验教学和科技训练相结合的、融多样化教学形式为一体的教学环节。开放性(创新性)实验教学重在科研能力的训练和创新思维的培养,大多以开放实验或结合科研课题进行。学生在教师指导下自选研究小课题,并自行设计实验方案,完成研究内容,在培养科研与创新意识的同时,了解学科发展与科技创新的前沿领域,受到良好科技氛围的熏陶。这一实验教学层次又不同于毕业论文的科研训练,其形式较为灵活,不受课时限制,可在不同的年级、或课内或课外完成。这一类型的实验也可结合毕业论文设计或建立校外实习基地聘请科研机构或企事业单位有较高理论水平、丰富实践经验和一定教学水平的专家为学生授课,指导学生实习和撰写毕业论文,并以此为切入点,实现学校与社会需要的接轨,培养学生的创新精神和实践能力。
3 实验手段的创新
实验教学手段创新是指在实验教学过程中,创造性地应用各种现代化技术设备作为教学手段。这是实验教学中的技术革命,是实验教学现代化的一个主要标志,同时也是实验教学改革的关键。
(1)实物操作。在实验教学中,利用各种实物(如材料、仪器设备等)进行实际操作,这是锻炼动手能力的必要手段。
(2)多媒体课件教学。随着现代教育技术的发展,多媒体已广泛应用于教育教学领域,在实验教学过程中通过多媒体课件呈现实验教学内容,以其形象、生动、活泼的表现手段,吸引学生的注意力,使其感知充分、理解容易、记忆牢固,因此多媒体实验教学手段可以大大提高实验教学速度,节省实验教学时间,提高实验教学效率,还可以运用各种多媒体技巧减少教学难度,提高教学质量。
(3)网络资源。网络资源是实现教育现代化的必要条件。实验教学的网络化,不仅可以对实验目的、实验原理、实验所用的器材、实验过程、数据处理作详尽的解释,还可对实验结果的影响因素作必要的分析,引导学生对实验过程的综合分析与思考,提高学生自主学习能力和创新能力,使实验教学效果得到改善。
4 实验教学方法的创新
传统教育模式强调以教师为中心,强调教师对学生单向传授知识,把学生作为灌输知识的对象,其目标是把学生培养成能很好地理解、消化和应用前人知识与经验(但不善于创造新理论、新知识)的应用型人才。改进实验教学方法,实现实验教学创新,就是要创造自由、宽松的教学环境,建立以学生为中心的实验教学模式,建构能充分体现学生主体作用的新型 教学模式,形成以自主式、合作式、探究式为主的学习方式,有利于学生创造性思维的培养。按照实验教学内容“多层次”思路,采取“指导”“启发”“探究”等教学方法。
(1)以“指导”为主的实验教学方法。“指导”就是以教为主,培养学生掌握基本的实验程序、操作技巧以及常用仪器的性能和使用方法。教师可以通过示范,全面而有重点地讲解实验内容,提出实验要求,让学生自主完成实验。在实验教学过程中,教师的主导作用不能减弱,对学生基本实验技能的培养要求不能降低,并尽量创造条件让学生多动手,练成扎实的基本功。
(2)以“启发”为主的实验教学方法。“启发”是以学生为主体,学生在教师的启发引导下独立进行实验,独立思考问题,独立解决实验过程中所遇见的各种问题。在实验教学过程中,教师主要以引导和个别辅导为主,引导学生观察问题、发现问题。鼓励学生提出不同的设想,寻找解决问题的途径,充分调动学生的主动性,培养学生独立思考和创新性思维的能力。
(3)以“探究”为主的实验教学方法。学生通过观察、分析得出抽象的规律或原则,可能会多走弯路,但它符合认识论原理,可让学生透彻理解所学的知识,使之真正成为自己的东西,所以它是一种探索性学习方法,符合实验“探询未知”的原则,应在实验教学中广泛采用。为此应合理增加综合性、设计性实验,在实验教学中,鼓励学生充分发挥其想象力,运用所学到的知识自行设计实验方案和实验步骤,自己解决问题。通过实验自行总结分析,以加深理解,同时有利于学生观察能力、注意力和逻辑思维能力的培养与开发。
三 结束语
通过几年的改革与创新,生物学实验教学取得了一定成效,不仅最大限度地利用了原有的实验教学资源,还充分调动了实验教师及学生实验与科研的积极性,科研成果数量和质量都逐步提高。随着新课程改革的不断深入,高校实验教学改革创新工作只有扎扎实实地进行,不断提高实验的质量,才能适应新时代的要求,培养更多的创新型、应用型人才。
参考文献
[1]艾志录,李强,张蚤安,探讨高校实验教学的改革与创新[J],高教论坛,2005(5):63-65
[2]毛小平,充分利用实验教学手段积极落实创新教育思想[J],科学教育论坛,2005(17):211
[3]赵静擘,习方式的变革与创新教育[J],学科教育理论研究,2002(8]:23-25
[4]马敬峰,等基于学生创新精神和实践能力培养的实验教学内容改革与实践[J]冲国高教研究,2008,11:92-93
[5]黄平,大学教师在教学中的角色定位[J],湖北大学学报(哲学社会科学版),2006,33(5):653-656
[6]张崇善,课堂教学之理想选择[J]教育理论与实践, 2001(1):39—42