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科学技术的发展日新月异,要使有机化学实验内容与教学方法与时俱进,我们必须对有机化学实验教学内容和教学方法进行改进,必须加强应用实验、趣味实验和科学前沿课题的新知识实验。当前一些有机化学实验教材内容陈旧,除基本操作外,都是一些验证性实验,缺乏应用性、趣味性和前沿性的实验内容。学生每次都像“照方抓药”那样地进行实验,根本不认真预习、思考,这样学生的综合能力和创新能力难以得到提高,有机化学实验教学效果不佳。因之,对有机化学实验教学内容进行兼并整合,合理构建实验内容体系是当务之急。
1.1整合强化基本操作内容
根据教育部高等学校化学类(即师范类)专业教学指导委员会制定的“化学专业实验教学基本内容”,将基本操作和基本技能作为一个单元单独训练,该阶段主要训练学生的基本技能,强调操作的规范性。在开始基础训练阶段,我们发给学生写实验预习报告的样本,要求学生按规范的样本格式写好预习报告和实验报告。要求学生在预习报告中要查阅写上实验所用药品试剂的物理常数。实验报告一定要实事求是的详细记录实验步骤现象,实验目的原理,要总结出实验的重难点、实验成败的关键步骤和操作、问题讨论及说明等。这样既要求学生在实验中动手,又要动脑。对于难度较大的基本操作实验如:减压蒸馏、纸层色谱、薄层色谱、重结晶、熔点测定、分馏、旋光度测定、萃取与洗涤等独立安排实验进行,并要求学生单人单做。对较简单的基本操作实验如:蒸馏及沸点的测定、折光率的测定、液体化合物的干燥、机械搅拌、磁力搅拌及密闭合成搅拌等均在相应的合成实验中一并进行,这样可使学生在少学时下学到更多的实验技能。其次删掉一些简单陈旧的实验,增加一些复杂的应用实验,趣味实验及前沿科学的新知识实验。该实验教学内容的重组提高了学生对实验的兴趣,激发了学生的求知欲,强化了学生娴熟的基本操作能力的训练。
1.2在实验内容的安排上注意实用性、趣味性、时代性
经典的有机化学实验都是成熟的验证性实验,对于师范本科生而言,通过这些实验掌握了相关的基础知识、基本操作技能、基本实验原理和方法,在培养学生的逻辑思维、推理、严谨的科学态度等方面是有益的。而且符合学生的认知规律。但我们要培养学生的创新能力,必须改进有机化学实验教学内容的知识结构,加强应用实验、趣味实验和涉及科学前沿课题的实验。如删去了一些简单陈旧缺乏应用性、趣味性的传统实验,增加了一些应用性实验,如:①药物阿司匹林的合成;②磺胺药物的合成;③从槐米中提取药物有效成分芦丁及鼠李糖;④从黄连中提取黄连素等。增加了一些趣味性实验如:①从烟叶中提取烟碱;②从茶叶中提取咖啡因;③合成减少农作物落花落果的防落素对氯苯氧乙酸;④合成除草剂2,4-二氯苯氧乙酸。增加一些与时俱进的前沿科学实验如:①冠醚合成;②纳米材料的合成与应用;③手性化合物的合成拆分及表征。通过增添应用实验、趣味实验和涉及科学前沿课题的实验,激发学生的学习兴趣和创新精神,将不愿学变为我要学。同时开阔了学生的知识视野,增加了学习的广度和深度,使学生看到了在人类生产和生活中有机实验的重要性,形成了自觉渴求新知识的意识,促进了教与学,提高了教学质量和水平。
1.3加强有机化学实验绿色化
化学专业培养的师范生是肩负着教育下一代重任的人类灵魂工程师—中学化学教师,故“安全—环保”理念和意识的形成以及具体实施就显得尤为重要[2],且具有深远的社会效益和现实意义。为此我们在以下几个方面进行了实践:
1.3.1采用半微量实验和微量实验
有机实验易耗品多、产率低、“三废”排放多、能耗大、污染重。为此我们在不影响实验效果的情况下将教材上化学实验的药品用量均减半,或用半微量实验或微量实验方式进行,这样不仅大大降低了实验成本,实验环境也变得清洁,最重要的是学生的节能减排和环境保护意识也得到培养和强化。且有机化学实验的绿色化也得到彰显。
1.3.2尽可能减少或不用有毒害的化学试剂或原料
有机合成实验所用的化学试剂、溶剂、催化剂或多或少有一定的毒性,为了使有机化学实验绿色化,我们在实验内容的安排上减少或去除毒性大的有机实验,弃用毒性大的有机试剂或溶剂。如将水蒸气蒸馏实验中早期使用的有毒性的苯胺、苯甲醛和溴苯改为花椒和桂皮,使之为纯天然的绿色实验。将从茶叶中提取咖啡因和烟叶中提取烟碱的装置改用乙醇在索氏提取器中进行,这样既将实验时间缩短了2h,又消除了毒性。在有机合成实验中删除一些毒性大的实验,如苯和溴制溴苯、硝基苯的制备、苯胺的制备等。并结合专业特点新增一些对环境友好的药物合成实验如:合成口服治疗尿道感染药物扁桃酸、局部麻醉剂苯佐卡因等。将乙酰乙酸乙酯合成实验中用的有毒溶剂二甲苯和钠珠原料改为钠丝,用钠丝可不用二甲苯溶剂,从而有效地减少了环境污染,所有这些均使绿色化学教学在实验中对学生起到了潜移默化的作用,培养了学生的绿色化意识。
1.3.3采用“一条龙”化学实验
在有机化学实验中我们安排了“一条龙”合成实验,即将多个合成实验串联起来,前一个实验的产品作为后一个实验的原料,这样既节约了化学试剂,防止和减少了环境污染,又使学生把学过的知识系统化,也培养了学生综合分析问题和解决问题的能力[4]。如我们将苯胺乙酰化乙酰苯胺对乙酰氨基苯磺酰氯对乙酰氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺(磺胺)。在甲基橙制备实验中将3个串联起来,即苯胺磺化对氨基苯磺酸(重氮化)重氮盐(偶联)甲基橙。在局部麻醉剂苯佐卡因的制备中,将2个实验串联,即对硝基苯甲酸酯化对硝基苯甲酸乙酯(还原)对氨基苯甲酸乙酯(即苯佐卡因)。
2在有机化学实验教学内容的组织上分层次分阶段进行教学
有机化学实验教学内容改革重组后,以基本操作、简单合成、多步合成、综合实验、设计实验、开放实验的顺序组织教学内容。这样一个从基本技能训练、应用技能训练、综合技能训练到创新能力训练的四个层次的实验体系,使学生由浅入深、由简到繁、由单元技能训练到综合能力训练、再至创新能力训练,使学生的实验技能循序渐进,逐步提高,最终初步掌握简单的科学研究方法和创新能力。在实验操作中,又将合成、分离提纯及鉴定测试或表征等环节连成一体,形成系列化实验。这样做可使学生看到自己的实验成果,他们会更认真主动完成和掌握实验的全过程,并给他们带来成就感,从而调动学生的学习积极性和主动性,不断地提高教学质量。
3有机化学实验教学方式的改革使教学质量稳步提高
3.1要求学生课前认真预习,培养学生自学能力和查阅文献资料能力
学生每次进行实验前,教师要认真检查学生的实验预习报告,无预习报告者不得进入实验室做实验,写实验预习报告的目的是使学生在做每个实验前,必须认真查阅所使用药品试剂的理化性质,明确实验原理、目的及步骤,了解有关药品、仪器的使用方法,掌握实验的重难点,挖掘实验成败的关键问题及注意事项,明确每一步操作的目的任务,做到有的放矢,为做好每个实验奠定基础。通过检查学生的预习报告和口头提问,促进了学生学习的主动性和积极性,激发了学生做好实验的热情。通过在预习中查阅资料和网络化学资源,不仅可以帮助学生了解有机物的理化性质,解释实验现象,预测实验结果和选择正确的合成路线,而且还可以使学生了解相关科研方向的研究现状与最新进展。并使学生掌握了查阅文献的基本方法。从而培养了学生的综合能力、独立分析问题和解决问题的能力、创新能力以及初步的科研能力[5]。
3.2在课堂上认真讲解耐心指导
在教学内容改革整合后,教学方式对于落实教学目的起至关重要的作用。在基本操作实验部分,教师必须抓住重难点讲清实验原理,实验成败的关键问题,让学生理解每一步操作的原理,然后在学生做实验过程中认真检查学生的每一步操作,耐心纠正不规范操作。如在分馏和蒸馏的基本操作中,注意检查学生的装置是否规范美观,冷凝管的选择是否正确,温度计插得高低是否得当等,所有这些细节问题都直接影响到实验的效果和规范性。通过这部分基本操作培训,不仅培养了学生的动手能力,还培养了学生实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。
3.3在“一条龙”实验、综合实验、设计实验、开放性实验中进行分组实验教学
即让每组成员以既相对独立,又相互合作的方式完成整个实验。这样学生在独立完成部分实验之后与其他组员之间共享实验成果,共同分析解决实验中所遇到的问题。这种组合实验教学方式,可以培养学生的团队精神和协作精神,提高学生的科研素养和责任心。
3.4应用信息化教学手段和多媒体教学以提高教学质量
1.1《机械优化设计》课程理论教学研究与改革
《机械优化设计》课程理论教学体系的建设主要包括优化课程内容、制定课程教学大纲、编写课程教案几个方面。如前所述,机械优化设计课程教学需要克服“四个脱节”。因此在课程体系研究方面主要解决实现理论基础教学和应用能力培养相结合,以及课程内容与技术发展相结合两个问题。
(1)实现理论基础教学和应用能力培养相结合针对因该课程数学基础较多导致工科学生畏难情绪大,学习热情不高等问题,在课程数学理论基础等知识点方面,侧重算法原理的讲解而非算法过程的介绍;侧重使学生掌握使用现有数学工具解决工程问题,而非自行编制算法程序求解数值问题。从而使学生从算法原理和理论基础中跳出来,提升到知识的应用的层次。
(2)课程内容与技术发展相结合机械设计问题已经从求解小规模单一问题发展到求解大规模复杂性问题。因此优化方法也从经典的优化方法发展到多学科设计优化、智能优化方法、基于仿真的优化等领域。因此课程内容应和技术发展相结合,适当引入先进优化方法的介绍。为学生从解决简单数值问题过渡到今后解决复杂工程问题提供知识储备。适应“卓越计划”提出的培养学生工程能力的要求。
1.2《机械优化设计》实验课程体系的建设
《机械优化设计》实验课程体系的建设主要包括实验内容与实验项目的设置、制定实验教学大纲、编写实验指导书几个方面。实验体系建设的主要目的是使实验项目设置与工程问题相结合,实验内容与工程实践所需的综合性知识应用相适应。
(1)首先在实验项目设置时,根据“卓越计划”的要求,以培养学生的工程能力和知识的综合运用能力为目标。通过建立知识-能力-实验内容关系矩阵。将各个知识点的能力培养落实到各个实验项目环节。并且实验项目的设置突出和其他相关课程内容、工程问题相结合。避免知识点与工程应用脱节,从而达到工程技术人才的具备知识的综合运用能力的培养要求。
(2)其次在实验项目设置时,对不同类型的实验项目,优化其实验方法及其目的。主要改革体系现在以下三个方面:算法原理类实验,避免要求学生采用通用语言编写成熟优化算法的实验。而采用数值计算软件验证,并要求主要对比分析不同算法的求解过程的特点。工程问题类实验。侧重于工程优化问题数学模型的构建,如何选择合适的优化方法求解。综合类实验,和考核环节的课程project相结合,采取开放式的实验方式。侧重于培养学生对知识的综合运用能力、工程素质和合作意识。
1.3《机械优化设计》教学方法研究
教学方法有多种,不同的方法有不同的特点和其适应性。本项目研究的一个重要内容之一是拟比较几种方法的特点,将其融入到不同实验的教学过程中。
(1)对于基础理论的介绍,以板书教学为主,多媒体教学为辅。这样有利于学生理解理论基础,克服学生对数学推导的畏惧心理。
(2)对于各种算法的介绍,在简单介绍其原理的基础上,采用对比教学的方法,侧重于各种算法特点和适用性的比较。并应用结合成熟的数值计算软件,采取现场实验教学的方法进行讲解。
(3)在考核形式方面。除日常的考核和实验成绩考核以外,结合课程项目教学的方法,让学生以组为单位完成一个自选的项目(Project),并以组为单位做一个展示(Presentation)。一方面锻炼学生运用知识综合解决问题的能力,另一方面培养学生的团队协作和工程素质。
2改革特色及成效
“卓越计划”强调学生工程实践能力的培养。因此结合“卓越计划”的实施契机,在对课程建设中存在的问题进行系统深入地分析的基础上,经过不断的教学研究与实践,我校《机械优化设计》实验教学已初步形成了特色。并取得了一定的成效。主要体现在以下几个方面:
(1)在理论教学建设方面实现理论基础教学和应用能力培养相结合;课程内容与技术发展相结合。从而使学生从算法原理和理论基础中跳出来,提升到知识的应用的层次。适应“卓越计划”提出的培养学生工程能力的要求。
(2)在实验课程建设方面根据“卓越计划”的要求,以培养学生的工程能力和知识的综合运用能力为目标。通过建立知识-能力-实验内容关系矩阵。将各个知识点的能力培养落实到各个实验项目环节。并针对不同类型实验,优化其实验方法。
由于人员配备和教学经费紧张等各方面的原因,一方面开放性实验工作量很难客观定量,难以充分调动指导着和管理者的积极性,另一方面学生实验成绩大多只重结果轻过程,考核结果很难客观真实反映学生的实验能力和操作技能水平,有悖于在实验中培养学生实事求是、理论联系实际的优良学风[4]的培养目标。(5)实验投资不足的问题。高校的大规模扩招,实验硬件不足,落后的仪器设备和教学、教辅人员紧张等问题,导致开放性实验无法真正开放,也无法充分调动教与学的积极性与主动性。
2改革实验教学,探索层次递进的开放性实验教学模式
有机化学实验包括基本操作技能、分离纯化、有机合成、结构检测训练几大块,结合课堂实验教学、课外项目实验、科技创新等形式,逐渐形成了基础认知、综合设计、研究创新三个层次的实验教学体系[5]。基础性实验就是传统的课程实验,训练基本操作技术和技能;综合设计性实验是学生综合运用所学理论知识进行设计开发实验,培养学生的综合素质和创新能力,使学生初步具有分析问题和解决问题的能力;研究创新性实验是在提出实验项目后,由学生根据已有知识和实验条件进行实验方案设计,指导教师审查通过后,在教师的协助和指导下完成。根据我校的情况,基础实验采取全面预约开放形式;综合设计实验由课程小组共同确定实验项目,提出目的要求,以学生为主体、教师为主导完成实验,教师及时检查实验记录,并适当进行学生实验心得交流;研究创新实验可以由指导教师结合自身科研课题、企业项目或结合课程建设等提出具体探究性实验,或有学生与实际生活结合提出的趣味性题目,采用项目教学法[6]完成该层次实验,该层次实验通过项目立项管理,学生作为实验项目的第一责任人,充分调动了学生的主动性,又能培养学生的管理意识、责任意识和团队协作精神,通过文献查阅、方案设计、实验操作、应对突发事件、实验总结、交流讨论等实践活动,训练了学生各方面的综合素质。总结近期开放性实验教学已取得的经验,未来开放性实验教学的改革发展趋势将集中体现在以下几方面:(1)实验教学体系的构建与完善。根据学生的专业培养要求、知识结构、学校办学特色和实验条件,以及实验的难易程度等分级分层次组织实验教学,及时修订并完善实验实践教学计划和教学大纲,从实验教学整体出发,明确实验课程的任务和目标,调整实验项目和内容,构建层次递进的实验课程体系。(2)实验项目和内容不断更新。为了开放性实验进行得有声有色,首先要激发学生的实验兴趣,即要求开放性实验项目及内容能对学生产生足够的吸引力,这就要求实验项目及内容要充分体现实验室的特色和建设水平,让学生有机会接触到本学科专业发展的前沿,让学生尽可能多的学习使用常规实验接触不到的仪器设备,让学生紧跟现代科学技术的发展步伐和适应新时期的人才需求。(3)开放性实验室管理体制的完善。随着科技的进步,开放实验教学及其管理体制需要不断进行改革创新,即管理理念、管理技术手段、管理制度、管理模式的创新,充分运用计算机技术,建立与开放实验教学相适应的管理信息系统,涵盖开放实验预约、学生自主学习、仪器设备管理、实验耗材管理、实验是安全和成绩查询等。(4)质量考核和评价体系的完善。在整个实验教学过程中,不仅进行实验结果的考核,更应加重对实验过程的考核,指导教师在每次实验操作结束时及时对学生的实验思路、操作能力等方面做出定量或定性的评定。另外,开放性实验教学的质量对于培养大学生创新能力、实践能力又很重要的影响,因此,需要对开放性实验教学质量进行评价,建立科学性、系统性、可操作性的评价指标体系是很必要的。
3层次递进开放性实验教学模式的实施效果
实施层次递进开放性实验教学模式,学生预约确定实验项目,自主实验,提高了学生学习的主动性和积极性,促进了学生知识、能力、素质的协调发展。实验室开放预约一年来,实验室几乎成了学生的家,实验室全天都有学生实验,每班一半以上的学生参加了校级或省级大学生实践创新创业项目。
4结语
将实验教学从理论教学中剥离,打破四大化学实验各自为政的壁垒,构建在化学一级学科水平上的独立的基础化学实验课程体系。将四大化学实验整合为《基础化学实验》课程,设置成人才培养方案中的专业基础课。从课程本身的完整性、科学性和系统性出发,结合专业特点和行业领域发展需要,对陈旧、重复内容进行删改和重组,增加综合性实验和设计性实验。从基础到应用、从传授知识到培养综合应用能力,建立“基础性实验-综合性实验-设计性实验”三级实验课程新体系。首先,加强基本实验技能的培养。实验技能包括对实验操作方法的理解、仪器设备的使用、对实验现象的认识及数据的处理等方面。这些技能的培养需要规范基础性实验,强调基础性实验在基本实验技能训练中的作用。其次,强调学生创新能力的培养,重视综合性、设计性实验。综合性实验的实验过程比较复杂,需要综合运用多种实验操作技能,涉及化学的多个分支学科。通过综合性实验,可以重点培养学生分析问题和解决问题的能力,使学生具备综合运用所学技术的能力。在强调设计性实验在整个基础化学实验中重要地位的新模式中,学生需要在教师的指导下,独自完成从查阅文献资料、准备实验、实施实验到撰写实验论文的全过程。借助设计性实验,可以培养学生独立思考的能力及对实验结果做出相应评价的判断能力,挖掘优秀学生的潜能,提高其独立开展科研工作的能力和意识。
2根据专业特色和人才培养需要,重组四大化学实验教学内容
《基础化学实验》以实验操作训练、实验方法与技能训练为主,强调综合思维能力和创新能力的培养。基础性实验主要是训练基础化学实验的基本操作和技术,包括实验操作技能、物质的分离方法、物质的制备方法、物质性质与化学鉴定方法、物质定量分析方法、物性常数的测定方法,各种无机物、有机物制备、分离、提纯,基本物理量的测量、基本实验仪器的使用和基本测量方法与误差分析等。综合性实验涉及到四大化学知识和实验技术的综合应用,培养学生综合思维能力。根据专业特点,选择特定物质作为实验目标,全面训练学生掌握物质制备、分离与提纯、组成与含量测定的方法及操作技能,例如贝诺酯的制备、8-羟基喹啉的合成。贝诺酯是一种消炎镇痛药,以阿司匹林和扑热息痛作为原料进行Schotten-Baumann反应合成得到,该实验涉及基础有机化学理论、分离提纯技术、酰基化反应原理等理论和技能的综合使用。8-羟基喹啉是一种合成卤化喹啉类抗阿米巴药物的中间体,以邻氨基苯酚和甘油作原料进行Skraup反应合成得到,该实验综合使用了水蒸气蒸馏、重结晶、基础有机化学等理论和技能。培养学生应用化学知识和实验技能解决专业实际问题的能力以及进行简单科学研究的能力,进一步提高学生对专业的认识和兴趣。以第二课堂、大学生创新训练基地为依托,组织围绕合成工艺、天然活性成分提取工艺等具有专业特色的实验课题,以项目研究方式进行实验。学生在教师指导下,在自行调研的基础上选择课题,写出调研报告、实验方案,最后完成课题,从而培养学生的综合思维和创造能力。例如茶多酚提取及抗氧化作用的研究,让学生根据已经掌握的理论知识和实验技能,设计茶多酚的提取工艺、茶多酚含量的测定方法以及茶多酚清除超氧阴离子的方法。教师对学生设计的实验方案进行可行性分析,并对其中需要注意的事项进行指导调整。学生进一步完善实验方案后,再独立完成实验。
3根据教学体系和教学内容的重构,编写基础化学实验教材
在编写教材的内容上把传统四大基础化学实验按照知识体系与教学顺序整合为一体,涵盖实验化学的基本知识和技能、基础实验、综合实验和研究与设计实验,在基础实验内容的组合上按照研究物质或药物的实际程序进行编排。加深学生对实验实际应用价值的理解,使学生在完成系统的基础训练后能有计划地开展综合实验和设计实验,初步满足培养应用型人才的需要,提高学生解决实际问题的能力和素质。
4建设具有一定规模的基础化学实践教学基地
建设“一站五区”校内实践教学基地,可满足药学、制药工程、药物制剂、给排水工程、环境工程、安全工程等相关专业基础化学实验教学需求。“一站五区”校内实践教学基地是指通过“一站”,即卓越工程师培养站,培养站中“五区”,即基础实验实训区、综合实验实训区、创新与开发实验实训区、中试实验实训区及生产实习实训区,全面开展已有的基础性、综合性、设计与开发实验实训项目,并增加实际生产过程中实验实训环节和创新与开发实验训练项目,围绕复杂的、来自真实情境的工程项目或工业产品的设计生产过程精心设计任务,以强化学生工程实践能力、工程设计能力与创新能力。同时,积极拓展培养应用型技术人才的校外实习基地。
5改革基础化学实验考核办法,重视实践能力考核
基于基础化学实验课程体系、课程内容的改革,进一步规范基础化学实验课程考核的科学性,使考核更加科学、全面、合理。基础化学实验成绩评定采取综合评分办法,由平时预习、实验操作、实验报告和综合实践考核4部分相结合,按照平时预习占10%,实验操作占40%,实验报告占10%,综合实践占40%的比例。其中,综合实践是按照项目方式进行的综合性实验考试,能比较全面地考察学生创新能力和科学探究水平。新考核方式的实施,有利于客观真实地反映学生知识水平,有利于学生创新能力的发挥。
6结语
Abstract: Research-based teaching is an effective teaching method to improve the innovation and practice ability of undergraduates. This paper illuminated the necessity of using research teaching in biochemistry experiment, implementation process, produce effects and existing problems, which indicated that with the improvement of the teaching system research teaching will be used throughout the biochemistry experiment teaching.
关键词:研究性教学;生物化学实验;必要性
Key words: research-based teaching;biochemistry experiment;necessity
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)03-0186-03
0 引言
生物化学是一门以实验为基础的自然科学,是运用化学的原理和方法来研究生物体的物质组成、结构、性质、功能以及生物体内物质和能量代谢规律的科学。生物化学是大学本科阶段食品、园林、生物、医药等专业的必修课程,生物化学实验在整个课程体系中的地位尤为重要,因为通过实验一方面验证巩固了所学的理论知识,另一方面也锻炼了学生的动手实践能力。2005年教育部“关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见”中明确提出高校“要积极推动研究性教学,提高大学生的创新能力”[1]。研究性教学既是一种教学理念,又是一种教学模式,还是一种教学方法,并不是某种单一的教学方式或方法,不只是针对大学教育而言,也不是只局限于科学研究大项目或综合设计实验[2]。作为新建地方应用型本科院校,要顺应国家教育方针政策,从以前的专科教育转变为本科教育,教学模式的更新是一个势在必行而又持久的问题,而研究性教学对一所大学而言既是必要的也是可行的[3]。
1 在生物化学实验中开展研究性教学的必要性
新建地方应用型本科院校要想生存下去,要想发展得更好,就必须培养出适合社会需要的创新型人才、应用型人才,适合不同就业层次的人才,而人才是通过教育培养的,因此,教育教学方式的改革刻不容缓,而改革的关键就是改革教师的教学方式和学生的学习方式。但商洛学院生物学院生物化学实验课程还处于传统的传授知识、理论验证、实验技能培养阶段,大纲规定的实验项目教师都按照实验指导按部就班进行讲解,学生在规定学时内按要求操作,随后完成实验报告。这种教师处于传授知识主导地位的传统实验教学模式,导致多数学生做实验的兴趣逐渐淡化,实验课的重要性在他们头脑中也随之消失,虽然选取的实验项目紧密联系理论实际,也难以调动学生学习的积极性,达到预期的教学效果,更谈不上培养学生树立科学研究意识和实践创新能力。因此,改革传统的实验教学模式迫在眉睫,而研究性教学正是培养学生树立科学研究意识和实践创新能力的有效的教学模式。
浙江万里学院研究性教学在全国高校走在前列,2011年商洛学院曾邀请万里学院钱国英教授作了题为“研究性实验内容的设计与实践”和“生物技术实验教学体系的改革与实践”的报告,该报告以生物化学实验技术为例,剖析了如何通过综合设计性实验项目的科学设计,推动学生开展研究性学习,培养学生创新能力的成长的探索性改革及其教学效果,真正体现学生在实践课中的主动性、创新性的生物技术实验教学体系的构建[4-5]。通过该报告会,使我们认识到开展研究性教学对应用型本科院校而言是可行的,而且是必须的。2012年学校派生物院部分教师到万里学院 “研究性教学研讨班”进行学习,通过听讲座、深入课堂听课、和学生进行交流、座谈会以及实地参观等多种形式的活动,使我们对研究性教学的构建、实施过程、教学效果及社会反应等的认识更为深刻,为我们开展研究性教学打下了良好的基础。
2 生物化学实验研究性教学的实施过程
对商洛学院生物学院师生而言,从未接触过系统的研究性教学模式,特别对学生来说这是一种全新的教学方法,打破传统的教学模式不是一朝一夕就能实现的。为了使学生逐步进入研究性学习的状态,笔者对2011级生物科学专业的学生初步渗透研究性教学的思想,让学生理解研究性教学也叫探究式教学,是由师生双方共同来完成的,它是一种体现学生在学习中以学生为主体的教学方法,是培养学生树立科研意识、提高学生实践创新能力的有效途径。但是对没有进行过研究性教学的师生而言,教师要对整个实验教学中研究性教学的策略进行精心设计,让学生既易于接受又能激发其兴趣。
预习是一种非常有效的学习方法,针对生物化学实验大纲中编制的基础实验和综合实验,首先要求学生预习并写出预习报告。规定预习报告必须手写,重点写出实验原理及实验试剂的配制方法及每种试剂的作用,最重要的是预习实验过程中存在那些疑难问题。然后老师收集实验预习报告,汇总报告中的问题并归纳分类,之后再反馈给学生。学生按教师指导下的分组对问题进行讨论,查阅资料,尽力解决疑难问题。上课时,针对预习中存在的问题,让学生先给出答案,使所有学生对即将要做的实验有一个深刻的认识,从而达到实验课的教学效果。当然作为老师,更要做好有“一桶水”的准备,解决学生可能解决不了的问题。其次,针对实验过程中突现的问题要求学生先思考讨论之后,教师再给予翔实的指导。最后,通过批阅实验报告,发现学生普遍存在的问题进行集体讲解,个别问题个别解决。根据实验项目的类型分阶段让学生进行总结汇报,汇报内容包括本阶段学习的收获,实验过程的心得体会,对不同实验有什么改进建议和意见。
对于设计性实验,老师给出题目,要求学生按小组进行实验方案设计并制作PPT,不同小组选代表在全班对该组的方案进行汇报答辩,经确认实验材料适用、实验方案可行后,再进行具体的实验操作,最终写出实验论文并进行汇报、讨论、交流,提出改进实验方案的措施。通过2011级生物科学专业生物化学实验研究性教学的总结,结合生化课程的知识体系,我们对生化实验大纲进行了修订,将生物科学专业的生化实验和生化大实验两门课程进行整合,制定出72学时的实验内容(见表1)。新大纲增加了实验技术专题模块,加大基础实验项目所占比例,避免了和有机化学实验重复的内容。和以前的实验内容(36学时)相比较,在各个模块中均包含有讨论、总结及交流的课时,使实验安排更符合研究性教学的需要,在2012级、2013级生物科学专业的生物化学实验教学中正式执行。
3 生物化学实验研究性教学的收获
生物化学实验对培养学生的实践能力、创新能力和科学思维非常重要,更能提高学生的综合素质[6]。通过在两届学生生化实验中实施研究性教学,在这种新的教学思想的影响下,我们取得了一定的成绩。第一,学生学习的主动性和积极性明显提高。和以前按照实验指导按部就班做实验相比,学生有了明确的学习任务,他们会主动去思考,去查阅资料,进行问题分析及总结,加强了提出问题-分析问题-解决问题的学习方式。例如在“激活剂及抑制剂对酶活性的影响”的实验中,课本只说明Cl-是唾液淀粉酶的激活剂,Cu2+是抑制剂,而学生却不局限于现有的结论,积极探讨Cu2+是可逆抑制剂还是不可逆抑制剂,Na+是激活剂还是抑制剂,还是与酶的活性无关。第二,学生的团队合作精神明显加强。通过分组合作预习、讨论、制定实验方案并进行答辩汇报等教学活动,使学生之间相互协作、相互帮助、共同拼搏、永争第一的精神明显体现出来,再没有之前实验一人做多人看的现象发生,而是组长负责,组员积极配合,共同努力完成实验。第三,学生获得的知识量大为增加。通过研究性教学,学生学会了如何查阅资料、阅读资料并做好学习笔记,解决存在的问题,通过这一过程知识的广度和深度都有所增加。例如在“酵母RNA提取”的实验中,教材用的是稀碱法,通过查阅资料学生知道酵母RNA提取还有浓盐法、Trizol法、异硫氰酸胍法等,进而明确那些方法提取的RNA具有生物学活性,提取RNA过程中应注意什么问题。第四,学生的实验操作能力得到进一步提高。为了证明自己实验方案的可行性,对实验结果预测的正确性,学生在实验操作中不放过每一个细节,力求规范操作,正确使用实验仪器,选用不同的实验材料进行比较,对实验过程中出现的没有预见到的问题能及时想办法处理。对于实验结果不明显或有明显错误的学生,他们主动和实验员沟通申请重新进行实验。第五,学生的组织能力、语言表达能力得到了提高。分组讨论等由小组长负责,组长必须具备一定的组织能力才能使该组的任务有效完成;汇报阶段人人参与,要求语言表达准确,讲解思路清晰,而这些需要经过多次实践训练才能做到。在实践中,我们明显感觉到第一次汇报时学生的紧张情绪在以后的汇报中有所缓解,有些学生甚至表现得毫无紧张感,语言组织和表达能力也显著提高。第六,学生学会了查阅文献资料的方法,会有效阅读资料,初步掌握了学术论文写作的格式及规范。对大二的学生而言,几乎没有接触过论文写作,通过对设计性实验总结汇报及小论文的书写,论文雏形基本形成,这一过程对学生将来的毕业设计及进一步深造具有极其重要的影响。第七,教学效果显著。我校作为新建地方本科院校,招生的质量相对较差,就业形势不容乐观,许多学生想通过考研提升自己。生科专业10级之前学生考研率达不到10%,而11级、12级则达到22.8%左右。我院每年都举行一次考研学生座谈会,给下届学生交流经验,10级学生最大感触是由于实践能力太差、知识面狭窄而导致成绩不够理想。而实施生物化学实验研究性教学以后,学生把这种教学思想也用到其他课程的学习中,考研率明显提高。
研究性教学对教师而言收获更为重要。其一,活跃了实验教师的教学思想。不再是一个实验方案定全局,一种实验材料全班用,一个教材用到底。例如在“小麦种子中总氮量测定”的实验中,让不同小组分别以黑小麦和白小麦种子为材料,这样实验结果可进行对比,联系实际,为我院良繁中心育种也提供一定理论参考。其二,加速教师知识的更新速度。在科学技术发展突飞猛进的时代,生物学方面新的研究成果比比皆是,作为高校教师如果不了解最新科研成果及动态,就不是一名合格的高校教师,可能无法解决学生提出的问题,使自己陷于尴尬的境地。在进行生化实验研究性教学的过程中,我院实验教师学习的积极性及主动性明显比以前提高,学术研究水平也有显著提高,的数量和质量都好过以前。其三,促使教学团队构建地更好。“三人行,必有我师焉。”进行研究性教学不是一个人的事,需要教学团队的支持和帮助,一个好的教学团队对才能使该学科建设不断得以巩固,教学效果愈发显著,我院生物化学课程已先后被评为院级及省级精品课程。
4 生物化学实验开展研究性教学存在的障碍
在生物化学实验课中开展研究性教学对师生而言受益匪浅,但目前研究性教学在我校还没有得到全面推广,进行生化实验研究性教学还存在诸多障碍,学生老师的积极性都不是很高,主要问题有以下几个方面。
4.1 网络平台建设不到位。与传统教学方式不同,网络学习平台建立了一种新型的师生交流方式,具有省时、方便、节约资源等优势,能为研究性教学提供更为轻松与有效的学习氛围,有利于培养大学生的创新能力[7]。作为地方新建本科院校,教学设施各方面和其它重点大学相比差距很大,目前还没有师生网上互动平台,教师不能在网上与学生沟通互动,不能及时解决学生学习中出现的问题,师生交流必须面对面进行,这不仅增加了学生和老师的负担,而且浪费了很多时间。
4.2 教学空间严重不足。随着学校招生人数的增加,教学空间不足已成为一个很突出的问题。每次遇到实验汇报、小结讨论、以及方案答辩,需要的多媒体教室需到教务处申请,若该教室有课还不能预约,从而影响实验进程。另外教师给学生指导也无处可去,因为没有自己办公的场所及辅助设施。
4.3 课表编排过于教条。特别是公共课排完才排其他课程,专业课基本上都是从开学初排到最后一周,而大二课程比较多,这样将很难给出实验课一个连续的时间段,有些实验周期比较长,只能移到周末进行,导致师生从心理上认为学校不重视实验课,继而产生惰性心理,甚至有学生旷课。
4.4 课程考核评价体系存在缺陷。“大学作为一种组织是建立在一种强有力的文化或者价值系统之上的,价值观念对其行为有着特殊的制约和规范作用”[8]。由此可见,客观公正的课程考核评价体系对学生而言很有必要。而目前学校的课程考核评价体系存在诸多的问题。例如:生科专业生化课理论72学时,实验72学时,而成绩评定时实验只占20。而且在实施研究性教学的过程中,学生很多任务都是在课外进行的,72学时只是课堂教学,这样付出和收获差距太大,打消了学生对实验课的积极性。曾有学生就不要实验成绩,他认为理论成绩好一些就及格了,做实验浪费时间还不出成绩,不如花时间学习其他对就业有帮助的技能。
4.5 对教师业绩的考核缺乏科学性。开展研究性实验教学教师付出的心血不比学生少,可是仅仅按课堂教学的学时数算工作量,而且还按实验类型打折扣,对提高教师教学的积极性很不利。以35人班级为例:一个4学时的基础实验,学生分两大组,总工作量为“4学时×(0.8+0.7)=6学时”。然而教师收集批阅全班实验预习报告,整理疑难问题分类反馈并解决问题,指导学生配制试剂没有2学时是无法完成的。这样花费10学时,而实际只算6学时工作量。对于设计性实验虽然提高了系数,但与实际工作量差距依然甚大。长此以往,这种状况恐怕没有几个教师可以坚持下去。
4.6 统购实验教材已不合时宜。高校一般在新生入学前一学期预定好大一教材,随后几年的教材一次订购,沿袭以往的规定,每个学生必须人手一本实验教材,可是联系实验实际课时数及实验项目数,教材中的大多实验项目学生根本用不到,而且网上实验资源也可供学生参考,这对学生来说是一种浪费。完全可以采用自编实验指导及网上资源供学生使用,为学生节约费用。
5 生物化学实验研究性教学的展望
生物化学实验研究性教学在我院主要在生物科学专业实施,其优点显而易见。目前,学校也越来越重视研究性教学模式在其他学科的推广,我院其他专业生化实验也已逐步开展研究性教学,主要是对设计实验进行的,随着实验教学体制的改革、教育投资力度的加大、校园面积的不断扩大,影响生化实验研究性教学的问题会逐步解决,相信研究性教学将会在各专业生化实验中占的比例越来越大,也会在生化理论课中加以使用。
参考文献:
[1]教育部.关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见[EB/OL]/edoas/website18/31/info139...37K,2008
-05-28.
[2]夏锦文,程晓樵.研究性教学的理论内涵与实践要求[M].中国大学教育,2009,12:26-28.
[3]姚利民,史曼莉.大学研究性教学的必要性与可行性[J].湖南师范大学教育科学学报,2008,7(6):62-64.
[4]钱国英.研究性实验内容的设计与实践(续)―以“生化实验课程技术”为例[J].实验室研究与探索,2010,29(11):1-3.
[5]钱国英,汪财生,朱秋华.生物技术实验教学体系的改革与实践[J].实验室研究与探索,2004,23(5):60-61.
[6]王剑锋,黄训端,孔小卫.基础生物化学实验教学对学生技能的培养[J].生物学杂志,2009,26(2):88-90.