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一、加强创新方法工作的重要性和紧迫性
创新方法是科学思维、科学方法和科学工具的总称。加强创新方法工作,切实做好科学思维、科学方法和科学工具的研究与应用具有重要的意义。首先,科学思维的创新是科学技术取得突破性、革命性进展的先决条件。科学思维不仅是一切科学研究和技术发展的起点,而且始终贯穿于科学研究和技术发展的全过程,是创新的灵魂。其次,科学方法的突破是实现科学技术跨越式发展的重要基础。只有掌握一批具有自主知识产权的关键方法和核心技术,降低对国外方法和技术的依赖,才能真正提高自主创新能力。第三,科学工具的创新是开展科学研究和实现发明创造的必要手段。科学工具是最重要的科技资源之一,一流的科学研究和技术发展往往离不开一流的科学工具。现代科技的重大突破越来越依赖于先进的科学工具,掌握了最先进的科学工具就掌握了科技发展的主动权。
党的*明确提出,提高自主创新能力,建设创新型国家是国家发展战略的核心,是提高综合国力的关键。“自主创新,方法先行”,创新方法是自主创新的根本之源。国际上创新型国家普遍重视创新思维的培养,超前部署原始创新方法研究和推广,设立专项资金鼓励科学仪器设备等科学工具的自主研发,不断强化本国的核心竞争力。长期以来,我国对创新方法工作重视相对不够,科学思维培育相对落后,科技活动仍未摆脱跟踪模仿的局面,自主创新成果较少,高精尖科学仪器设备严重依赖进口,与加强自主创新、建设创新型国家的战略要求极其不相适应。这就要求我们要解放思想,转变观念,将创新方法作为一项长期性、战略性工作来抓,切实从源头上提升自主创新能力、推进创新型国家建设。
二、指导思想和总体目标
创新方法工作要在中国特色社会主义理论体系指导下,深入贯彻落实科学发展观,紧密围绕自主创新战略和建设创新型国家的重大需求,坚持政府引导、多方参与,试点先行、稳步推进,立足国情、注重实效的原则,重点面向企业、科研机构、教育系统三个群体,大力推进科学思维、科学方法、科学工具的发展。
创新方法工作要强化机制创新、管理创新与体制创新,积极营造良好的创新环境,形成全社会关注创新、学习创新、勇于创新的良好社会氛围。建立有利于创新型人才培育的素质教育体系,实现由应试教育向素质教育的转变;逐步改变我国科学研究和技术开发跟踪模仿、高精尖科学仪器设备依赖进口的局面。培养一大批掌握科学思维、科学方法和科学工具的创新型人才,催生一批具有自主知识产权的科学方法和科学工具,培育一批拥有自主知识产权和持续创新能力的创新型企业。为自主创新战略、建设创新型国家提供强有力的人才、方法和工具支撑,大幅提升国家核心竞争力。
三、主要任务
(一)加强科学思维培养,大力促进素质教育和创新精神培育。
积极推进素质教育工作。注重培养独立思考能力、实践能力、创新能力,以及追求真理、勇于创新、实事求是的科学精神。一是,重点从“娃娃”抓起,不断总结完善中小学素质教育改革经验,构建符合素质教育要求的基础教育课程体系和质量评价制度、考试招生制度,培育创新意识和创新精神;二是,鼓励本科生、研究生投入科研工作,培养创新意识和科学精神,提高创新素质和创新能力;进一步实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”,支持一批由优秀学生进行的创新性实验;继续推进有利于培养学生团队意识和创新精神的大学生竞赛活动。三是,采用灵活多样的继续教育、培训等手段,促进各类科技人员和管理人员掌握有效的科学思维、方法和工具,增强创新素质与技能。
加强素质教育基础能力建设。重点加强建设一批实习施训设施,为提高学生的动手能力、实践能力和创新能力提供必要的物质保障。在有条件的地方,设立创新方法继续教育基地,为企业技术创新提供熟练掌握创新方法的人才保障。
(二)加强科学方法的研究、总结和应用。
着力推动科学思想和科学理念的传承。通过科学大师科普展览馆和筹建我国科学大师网上在线档案和数据库等模式,对我国当代科学大师的科学思想、科学理念进行挖掘、整理与传承。
大力开展科学方法的总结和应用。一方面,动员组织各有关学术团体、科研院所和高等学校广泛参与,按照学科分类国家标准,对各学科方法进行系统的研究、梳理、归纳、总结,促进自然科学与社会科学、学科研究与方法研究的交叉融合与相互渗透。分阶段、分学科逐步完成涵盖自然科学、农业科学、医药科学、工程与技术科学以及人文社会科学领域的各学科《科学方法大系》。另一方面,充分利用信息化手段,实现科学方法的广泛利用,为科学研究和技术发展提供有效的方法支撑。
积极推动一批急需科学方法的研究。结合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(*-2020年)》实施及一些热点问题的重大需求,重点开展新兴学科、衍生学科、边缘学科、交叉学科等领域急需科学方法研究,催生一批原始创新性的重大成果。重视在科学方法研究过程中创造知识产权,推动以我为主形成技术标准。
积极开展科学难题和技术难题的征集活动。着重开展“10000个科学难题”和“10000个技术难题”征集活动,提出科学问题和技术难题,明确科学研究和技术发展的方向,培养创新精神,营造创新氛围,加强科学思维,探索创新方法。
(三)大力推进技术创新方法应用,切实增强企业创新能力。
推进技术创新方法的引进与发展。针对建立以企业为主体的技术创新体系的重大需求,推进TRIZ等国际先进技术创新方法与中国本土需求融合;推广技术成熟度预测、技术进化模式与路线、冲突解决原理、效应及标准解等TRIZ中成熟方法在企业的应用;加强技术创新方法知识库建设,研究开发出适应中国企业技术创新发展的理论体系、软件工具和平台。
积极推动技术创新方法培训工作。编制技术创新方法培训教材,加强培训师资队伍建设;坚持试点先行的原则,择优选择部分省(市)区域和行业,以及创新型企业作为技术创新方法试点,积极推动技术创新方法的培训,特别是推动TRIZ中成熟方法的培训,构建创新型企业文化,培养创新工程师,增强企业创新能力;加强企业技术创新案例的挖掘、总结和推广工作。
推动企业形成关注创新、践行创新的良好氛围。发挥企业职工的首创精神,积极组织形式多样的技术创新活动;积极鼓励和表彰对企业创新作出突出贡献的先进集体、科技标兵;将学术团体资源引入企业,深化“厂会协作”,推进产学研结合,推动企业自主创新。
(四)着力推进科学工具的自主创新,逐步摆脱我国科研受制于人的不利局面。
加强科学仪器新技术新方法研究。鼓励创新思维,突破传统理念,开展科学仪器的新原理、新设计、新工艺的研究和开发,催生一批原创性科学仪器设备。
积极推进重要科学仪器设备的自主研发。自主研发科学仪器行业发展的共性、核心关键部件,带动科学仪器设备相关行业整体水平提升;围绕生命科学、材料科学等新兴领域的需求,自主研发相关大型科学仪器设备;自主研发与大科学装置配套的重要科学仪器,提升现有重大科技资源的利用效率和水平;加强试剂、软件模型、样品前处理设备等科学仪器辅助设备的研究开发,有效解决我国科学仪器设备配套性不足的问题。
加强科学仪器升级改造技术研究开发和二次创新。坚持消化吸收和再创新,充分挖掘现有科学仪器设备潜能和利用水平,形成具有自主知识产权的相关技术,并推广应用;在现有各类科技计划(专项)产生的科学仪器设备成果的基础上,开展工程化和应用研究,增强产品的稳定性和可靠性,实现二次创新,大幅提升国产科学仪器的产业化水平。
积极推进国产科学仪器的应用。一方面,进一步研究运用政府采购、产学研结合、科技金融等政策措施,出台促进科学仪器自主创新的相关政策,大幅度提高现有科学仪器成果的市场转化水平。另一方面,加强国产科学仪器应用示范工作,扩大自主知识产权国产科学仪器的知名度。
(五)推进创新方法宣传与普及。
加强创新方法的宣传工作。通过广播电视、报刊杂志、网络等各类媒体,加强对创新方法工作的重大进展和典型案例的宣传,弘扬科学与创新精神,提高企业和公众对创新方法的意识,为开展创新方法工作提供强有力的舆论支持。
充分调动各方积极性,共同推进创新方法工作。联合各有关部门、地方政府、企事业单位和社会团体,推广创新方法工作;充分利用各类学术团体的资源优势,广泛深入开展创新方法的研究,充分利用企业科协、工会的有利条件开展企业创新能力建设相关活动。
采取多种形式普及创新方法。将科学知识的普及与科学方法的普及相结合,促进科技成果的推广与科学方法的推广相结合,全面推动创新方法的普及。
(六)积极开展国内外合作交流。
采取有效措施,加强创新方法交流。通过组建创新方法相关学术团体,创办学术杂志以及举办创新方法论坛等措施,积极开展学术交流,促进社会各界人士对创新方法的重视和参与。
加强创新方法的国际合作。引进、消化、吸收、推广应用国外先进的创新方法的理念、模式,积极开展创新方法相关领域形式多样的国际合作与交流活动。
四、保障措施
(一)提高认识,加强领导。各级政府部门要充分认识创新方法工作的重要性,将创新方法作为自主创新能力建设的一项重要工作来抓;加强组织领导,根据实际情况,成立创新方法工作的协调、咨询机构;制定推进创新方法工作的有效措施和方案,切实推动创新方法工作。
(二)加强创新方法工作的投入。加大公共财政对创新方法工作的投入,为创新方法工作的顺利开展提供资金保障;建立必要的财税政策,鼓励和引导企业和社会团体开展创新方法工作。
随着人类对环境问题的不断重视,研究热点不断更新。从20世纪五六十年代侧重于污染治理技术研究,到目前提出的全球可持续发展战略,环境科学及技术研究工作不断丰富,并向更高层次的方向发展。[1]为适应这一发展,我国开设环境科学专业的250余所高校都进行了不同层次的创新能力培养模式的探索。[2]为了更好地体现办学特色,提高人才培养质量和毕业生的竞争力,开展高效优质的科研创新培训已经成为各大高校环境科学专业提升人才培养水平的重要法宝。中国矿业大学环境科学专业创办于1993年,该专业立足于学校的煤矿研究特色,在矿山生态环境修复、矿井水害与地质灾害防治、煤矿清洁生产与循环经济等方向具有鲜明的特色。笔者结合中国矿业大学环境科学专业本科生科研创新培养实践,在本专业大学生科研创新能力培养方法体系和长效机制上进行了探索。
一、环境科学专业大学生科研创新能力培养现状
国内知名高校的环境科学专业均以培养科学理论基础扎实、环境科学研究与管理技能熟练,能解决环境科学问题的高级专门人才为培养目标;在中高年级学生中均开设诸如科学创新方法、环境科技自助实验等科研创新类课程或实践环节,注重环境科学专业大学生科研创新能力和研究型人才的培养。美国、德国、日本、澳大利亚等国家的高校环境科学专业也十分注重学生科研创新能力的培养。以澳大利亚昆士兰大学环境科学专业为例,该专业在课程体系中分别设置了Theory & Practice in Science、Analysis of Scientific Data课程和Science & the Environment项目实践环节,形成了比较系统的科研创新培养模式,这种模式能有效激发学生的创造性思维、探究欲望和能力。
总体而言,我国高校环境科学专业大学生科研创新能力的培养仍处于探索阶段,培养机制和实践教学体系尚未成熟[3],还普遍存在以下问题。1.教师的教学指导积极性和学生创造性学习的积极性调动不够、科研兴趣未能有效激发;2.科研创新培养的教学方法还略显僵硬,当前许多高校以单一讲解的理论知识传授方法不能适应该专业科研的特点;3.开设科研创新实践培训的系统性与针对性不强;4.对学生创造性实验和数值模拟能力的培训偏弱。
二、科研创新能力培养方法体系与教改实践
按照2008版和2012版教学大纲要求,中国矿业大学环境科学专业在高年级开设了16学时的专业必修课科研创新,这属于重要的科研实践环节。笔者结合本校环境科学专业科研创新课程教学与学生科研创新能力培养实践,在优化课程教学模式、丰富课程教学资源以及强化科研能力培训方法等方面进行了教改研究和实践。
(一)启发式科研创新培训模式与训练方法
启发式科研创新的培训贯穿于科研实践的全过程。首先是启发式选题。在课程中利用2学时开展科研小组头脑风暴式研讨,通过布置3分钟图片立意论文及其宣讲活动,锻炼学生创新选题的能力。其次,启发式学习,提出“边学习、边思考、再学习、求创新”的思想,启发学生针对选题,带着问题开展创造性学习,在此过程中锻炼学生阅读不同类别科研文献和开展文摘的能力,对学习心得的研讨。再次是启发式方案选择研讨,根据典型案例,开展研究方法与具体方案选择研讨,指导教师进行具体方法措施的讲解与培训。最后是启发式成果表达训练。模拟在线成果发表和学术会议,对小组科研创新成果进行展示,课程指导教师充当专业评审员角色,点评成果并对学生的改进内容进行启发。
(二)模块式案例题库建设
开展面向特定科研能力培养的模块式教学案例题库。案例库兼顾本校专业特色,重点制定了矿区环境地质灾害、地下水污染与修复、矿山生态修复、环境污染控制与工艺优化等方向的案例题库。例如《大屯矿区地下水超采与地面沉降评价》锻炼学生对现场环境地质灾害调查、收据整理和分析评价的能力,《贾汪废弃矿区地下水污染模拟》和《二氧化碳注入煤层模拟研究》锻炼学生地下水污染模拟和多重物理场耦合数值模拟的能力,《某垃圾填埋场渗滤液污染模拟实验研究》锻炼学生对采样、土柱模拟实验设计、数据分析和成果的表达能力等,每个案例制定相关的科研训练重点说明、学习指导及作业考核与评价方法,教师也在课程作业中帮助学生组建科研小组,并跟踪指导,进行创新培训。
(三)立体式实验与数值模拟技能强化训练
结合我校环境科学科研的特色,基于实验科学的方法理论以及学生的知识背景,科研创新开设了8学时立体式实验与数值模拟技能的强化训练。其中包括:地下水污染的土柱模拟实验、地下水污染与运移模拟软件FEFLOW方法原理和应用、水文地球化学模拟软件PHREEQC方法原理和应用、多物理场耦合模拟软件COMSOL Multiphysics在地下水科研中运用等方法的讲解,并通过作业研讨和答疑环节,加强学生创造性实验能力和数值模拟综合能力的培训。
三、科研创新能力培养长效机制探索
目前我国经济发展进入新常态时期,环保工作也迎来新的机遇和挑战,环保产业新模式、新业态不断涌现,对高层次科研创新型环保专门人才的需求力度也逐步增加。因此,本专业大学生创新能力的培养不应仅局限于一门课程的内容。结合中国矿业大学环境科学专业发展实际,笔者建议从以下几方面构建科研创新能力培养的长效机制。
(一)全面构建科研教学管理体系
首先,由学院教学、科研主管领导协同学校教务部门分管专员组成领导小组,负责具体指导、审查、监督和宣传大学生的科研创新教学培训活动。其次,构建一套“宽厚基础、突出特色、贴近实际,追踪前沿”的环境科学专业课程群体系,重点完善专业基础、专业特色以及专业前沿课程群的建设。再者,组建环境科学专业大学生科技创新团队,实现创新团队动态管理,将一部分学生吸收到导师的实验室参与科学研究活动,鼓励学生出高水平研究成果;对考核优秀的学生优先推荐进入“本+硕+博”一体化培养模式。最后,从学院层面加大资金投入,增设有利于本科生科研活动的科研开放基金项目。
(二)综合利用多层次科研实践平台
以环境科学与工程“江苏省实验教学示范中心”建设与发展为契机,利用课程实验、开放性实验、毕业设计等环节充分锻炼学生的动手实践能力;鼓励本科生参加学校“现代分析与计算中心”的培训课程和进入导师科研实验室,认识并学会本专业相关的高尖端测试仪器测试与分析方法;利用基于本专业成立的中国矿业大学-“徐州矿务集团有限公司”国家级实践中心等实习实践单位,提供本科生认识现场问题、转化与运用所学理论知识的实践场所,并结合科研项目让学生更好地深入现场的科研工作中。
(三)充分发挥科研创新活动导师制的作用
自2010年以来,学院已经为环境科学专业大三、大四的本科生配备了专业导师。导师除了对学生进行专业思想引导、专业理论学习指导、生活教导、心理疏导和就业指导等以外,更多会结合自身的科研项目和经历,提升学生的工程实践和科研创新能力。目前,本专业已经深入推行本科生导师制,导师制分入学新生导师制和高年级专业导师制。要充分发挥导师作用,加强学生与导教师之间的沟通,积极吸纳学生参加科研活动,以研促学,进一步激发和培养本科生的科学探究热情与实际工作能力。
(四)科学建立激励和评价机制
为了解决指导教师积极性不高、精力不集中的问题,要完善教师激励措施,改革工作量和成果评价制度,鼓励更多的优秀教师和科研人员主动参与本科生科研活动;在学院层面设立特定的优秀指导教师奖励,以促进配套的师资队伍和管理制度的建设。针对近几年本科生科研创新活动开展热情不足、技术含量不高、思路新颖欠缺、持久性不长、广度和深度不够等问题,我们在科研活动成绩评价、个人综合素质评价、学生互评等环节进行激励,制定奖励措施,鼓励学生开展更多、更新、更深的科研活动。
四、总结
科研创新能力的培养已经成为高质量环境科学专业研究型人才培养的重要内容,是专业软实力发展的关键。通过近几年的教学改革和探索,中国矿业大学环境科学专业在本科生科研创新能力培养方面已经形成了一套较成熟且可行的方法体系,其中主要包括:启发式科研创新培训模式与训练方法、模块式案例题库建设以及立体式实验与数值模拟技能强化训练方法等。为适应新常态经济发展时期对高层次创新型环保人才的需求,本文提出了科研创新能力培养与教学实践长效机制,以期为中国高校环境科学专业创新型人才培养模式的发展提供参考和借鉴。
一、认真研究教法,加强学法指导
新课标下英语课堂教学应注重研究教法与学法指导,按照学生的认知规律和心理特点,选择教学方法,指导学习方法。为此,教师要创设师生、生生之间的多边活动,创造一个民主的讨论式的课堂教学模式。1.开放学生思维,在课堂教学中为学生汲取知识,发展思维打开窗口。2.用好启发式教学原则,引发学生的内在求知欲,使学生有一种积极的自我学习态度,在交流、合作、探究中获取知识,促使学生获得外部刺激和内在需要相结合的学习动力,改善学生的学习方法,以达到最佳的教学效果。
二、采取科学的教学手段、多变的训练方法,培养学生的创新思维
首先,要提供适宜的材料,设计、组织各种形式的课堂活动。例如:双人练习、多人练习、小组讨论、游戏、角色扮演、演讲等等。多样的分组形式为全体学生的参与创造条件;不同的活动形式可以激发学生学习的兴趣,为学生语言应用能力的提高创造条件。
教学设计中,教师要充分考虑各课的特点,加大信息密度,以达到高速度、高信息、反馈渐进的统一:根据各知识点的联系,对新旧知识优化组合,让学生多角度、多方位思考,理解掌握:操练时要注重有效的全员参与,营造气氛,多向交流,以培养学生的思维表达能力和交际能力。为此,教师要设计多变的训练方法:给出话题、关键词,让学生自由对话;学生根据图画、对话或看图说话;改写课文或续写故事结尾;编写课本情景剧;猜谜、做游戏;手工制作等。
三、利用多媒体与创设的学习环境
建构主义和人本主义学习理论提倡构建真实的问题情境,多媒体外语教学采用文本、图形、图像、音频、视频等多媒体手段为外语教学提供真实的语言材料,使得学习内容有形、有声、有色,具有较强的直观性,能够引导学生直接认识事物的发展规律和本质属性。
四、讲究课堂教学艺术
教师上课时的语言要生动、活泼、富有激情,善于引导,巧妙点燃思维的火花,使学生进入求知若渴的意境:尽量少一些直叙,多一些设问;少一些是什么,多一些为什么,使学生真正成为学习的主人,最大限度地发挥潜能,促进学生全面发展,使学生愿学、爱学、乐学。
一、教师应创造条件,改进教学方法,激发学生学习兴趣
学习兴趣是学生学好一门课的关键。当一个学生对某门学科发生兴趣时,他总是心情愉快地去学习,积极主动地获取知识。在课堂教学中,重视培养学生的学习兴趣,创造轻松愉快、生动活泼的课堂气氛,是激发学生学习动力的关键。
1.以“奇”激趣
课堂中的“奇”能激发学生的学习兴趣,“奇”是学习动力的源泉。学生对什么都好奇,心理学上称这种特征为“潜兴趣”,教学时充分利用“潜兴趣”就能激发学生的学习兴趣,使之在快乐中学习。
2.以“疑”激趣
疑即疑难,解决疑难是学生学习的需要,提出疑难,让学生去思考,更是教学的关键环节。在学习棘轮机构时,如可以向学生提问:我们在骑自行车时,脚踩自行车踏板向前行驶,而反转踏板时,自行车却为什么不会实现倒车?一连串的疑问,激发起学生的求知欲望。
3.以“趣”激趣
“趣”,既可活跃课堂,又可激发学生学习兴趣,教学中注意教学的趣味性,学生一定沉浸于欢乐之中。槽轮机构是一种常用的间歇运动机构。在电影放映机上的卷片机构,为了适应人们的视觉暂留现象,要求影片作间歇运动,它采用四槽槽轮机构,当传动轴带动圆销每转过一周,槽轮相应地转过90°,因此能使影片的画面作短暂的停留,使学生听了以后兴趣盎然。
4.体验成功,获得乐趣
苏霍姆林斯基曾说过:“成功的喜悦是一种巨大的情感力量,它能使学生产生好好学习的愿望。”所以,教师要做到深入钻研教材,因材施教,使不同层次的学生都有所收获,都能体会到成功的喜悦。当代职业学生的表现欲望强烈,同学、尤其是老师的激励和赞扬是他们实现持续自主学习、提高学习效率和学习兴趣的有效保障。
二、教师应到工厂学习或实习,更新和充实自己的专业知识
职业教育需要“双师型”的老师,一个教师,也是一个技师,既会理论又会实践。一位专业课教师若没有丰富的专业知识和过硬的实践能力是不会受到学生青睐的,更不用说对教师所教的课程产生兴趣。教师要真正学到工厂的知识必须下厂实习,真正参与工厂的产品开发、工装设计才能提高水平,也只有通过在工厂的学习(实习),才会知道所教学科知识中哪些是实用的或用得多的。当然,专业课教师下厂锻炼、学习,并非教师一人之事,而应当是学校教师培训的重点工作,学校不要怕教师掌握本领后跳槽,要充分相信教师的职业道德,定期安排专业教师到厂学习。
三、理论联系实际,培养学生的实践能力
1.结合生活和生产实际,理解书本知识
书本知识往往理论性较强,较为抽象,如能有机地与日常生活和实际相结合,则能起到事半功倍的教学效果。在学习机构和机器的概念时,学生往往是死记硬背,结果是一知半解。如能结合日常生活中的例子:自行车是一种机构,摩托车、电瓶车都是一种机器。摩托车、电瓶车能实现能量转换,摩托车能将化学能转变成机械能,电瓶车能将电能转变成机械能。这样学生理解起来比较容易。在学习导杆机构时,可以结合农村家庭用的手摇抽水机,来讲解移动导杆机构的工作原理,利用自卸翻斗车自卸货物原理,来学习曲柄摇块机构,利用缝纫机的踏板机构,来讲解曲柄摇杆机构的死点位置。
2.结合课堂教学,培养学生自制教具的能力
在学完铰链四杆机构以后,在学生对铰链四杆机构的运动规律基本了解后,利用课余时间,在学生中开展自制铰链四杆机构的小制作比赛,并且要和上一届同学的作品相比较,看看哪些同学做得好,同学们的参赛积极性非常高。小制作做好以后,请同学们拿自己的作品进行演示,然后进行评比。通过小制作比赛,既增强了学生的动手能力又巩固和加深了理论知识,对曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构的存在条件有了更深的了解。
首先,要重视课本中游戏实验的作用,提升学生对生物学习的兴趣。高中阶段的生物课程,知识深度增加,知识面拓宽,学习有一定的难度,教师若适当采用游戏实验将学生置于一种自然愉快的学习环境中,可以有助于学生掌握难点知识。比如,基因的自由组合规律是一难点内容。为了让学生更直观地体会等位基因的分离,非同源染色体上非等位基因的自由组合,我利用人类10对单基因控制的性状:有耳垂和无耳垂;卷舌和不能卷舌;发际有美人尖和无美人尖;拇指可向背面弯曲和不能向背面弯曲;食指比无名指长与比无名指短;左右手嵌合时右手拇指在上与左手拇指在上;双眼皮与单眼皮;有酒窝与无酒窝;正常足与扁平足;色觉正常与色盲;白化病与皮肤正常等进行游戏实验。在课堂上采用不同性状的组合方式,请具有相应性状的学生站立,否则坐下。如有耳垂者站立,无耳垂者坐下;其中能卷舌者继续站立,不能卷舌者坐下;再其中有美人尖者仍然站立,无美人尖者坐下……依此类推。最后,在50人的班级中,往往实验到第七八对相对性状时,站立的只剩下1人,说明这位学生在全班中的唯一性。而采用另一种不同的性状组合,最后剩下的又是另外一个人,也说明他在全班学生中的唯一性。在整个实验过程中,学生认识了人类的一些单基因性状,兴致盎然地参与在整个实验中,气氛异常热烈。然后,我适时地和他们一起计算这10对单基因性状的自由组合方式有多少种?得出210=1024种(假设不连锁)。学生恍然大悟:为什么采用不同性状组合后剩下的总是不同的人。从而,认识了生物多样性和特异性,进一步理解了基因重组是生物变异的主要来源,为知识的灵活应用奠定了基础。
其次,联系其他学科,拓展生物课程的应用空间,让学生感受所学知识被应用的乐趣。在生物课教学中,教师积极联系其他学科知识,广泛应用到生物课程中来,将对课堂教学效果产生积极的影响。比如在学习遗传变异部分知识时,使用的数学知识就比较多。比如计算配子类型,若3对等位基因分别位于3对同源染色体上,如基因型为AaBbCc的个体能产生几种配子?可用分枝法来做:可直观地看出有ABC、ABc、AbC、Abc、aBC、aBc、abC、abc8种配子。也可用组合法来计算,转化为数学组合题:有3个盒子,每个盒子中有2个不同元素,从每个盒子中任取1个元素,有多少种取法?学生会轻而易举地算出2×2×2=8种的结果。再如为说明DNA分子的多样性,若1条多核苷酸链中有100个4种不同的碱基,它们的可能排列方式是1个非常巨大的数字。学生也能从数字上体会到DNA中蕴藏着巨大的遗传信息。在联系化学知识方面,高中生物课中的细胞的化学组成部分的内容与之有密切的联系。学习酶的专一性时,为了使学生更明确这种生物催化剂与化学催化剂的区别,我举MnO2来说明化学催化剂可催化截然不同的反应:而作为生物催化剂的蛋白酶,只能催化蛋白质这一类物质的分解,不能催化其它物质的分解。学习糖类时,结合化学中有关知识,说明葡萄糖与果糖的同分异构关系;给出核糖C5H10O5与脱氧核糖C5H10O4的分子式,使学生直观看出其名称的区别;通过多糖、二糖的水解反应探讨它们与单糖的关系等,都可使学生不觉得课上的死板。也可联系物理知识探讨生物学问题。比如学习细胞膜的流动镶嵌模型时,理解膜上蛋白分子多在ATP驱动下运动,那么磷脂双分子层的磷脂分子为什么也可在一定范围内运动呢?这里把握住分子运动论,问题便迎刃而解。在哲学知识方面,生物学中许多原理能用哲学知识帮助理解:非生物与生物界的统一性;遗传和变异的辩证关系;蛋白质多样性与DNA多样性的现象与本质的关系;生物与环境的辩证关系;同化作用与异化作用的矛盾对立统一的关系以及生物发展进化原理等。学生在教师引导下能够准确应用哲学原理,理解以上思想,同时也学会了终身受益的思维方法。在地理知识方面,课本的生态系统部分与地理课有关内容重叠。介于学生对本部分知识已有一定程度的掌握,学习时可以采用学生试讲,教师补充的办法。新型教学方法的采用使学生感到新颖有趣,学习的兴趣大增。
再次,及时追踪国际上的最新生物学研究成果,激发学生求知欲。我在课后,经常上网查询一些新的生物学研究成果,关注生物科学研究的前沿动态,在随后的生物课上介绍给学生,以激发学生的学习兴趣。如当甲型H1N1流感肆虐全球的时候,我国采取了严密的防护措施以防止该新型流感病毒在我国大面积流行。我适时给学生介绍对甲型H1N1流感的最新研究成果:这次引发甲型H1N1流感的病毒是禽流感和人类流感经过“洗牌效应”产生的新病毒。不同的病毒相遇后交换基因,变异为新型的混种病毒,因此人类对其缺乏免疫力。这将使得此次甲型H1N1流感疫情的波及范围和后续影响难以估测。但该病毒的攻击性,人体免疫力的个体差异和人类从对抗各种流行性感冒中所获取的综合抵抗力都是决定这次疫情状况的决定性因素。
通过以上的教学方法,学生对生物学的学习变得情有独钟,更加自觉地去了解生物学的知识。良好的教学方法,正如一股强心剂,鼓舞着学生在生物的大千世界中寻觅,充满期待得去获取新的更多的生物学知识。