基于科研周期的實驗

李翠蘭+李明堂+劉金華+張秀芳

摘要：以科研促進教學是培養(yǎng)具有科學探索精神和創(chuàng)新能力人才的一個重要途徑，但目前主要采取的形式是將科研活動的某個環(huán)節(jié)以點的方式零散地融入實踐教學過程中，不能真正激發(fā)學生學習的主動性，也不能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和批判精神。本文針對當前科研在促進教學過程中出現(xiàn)的問題，提出了基于科研周期的實驗一實習耦合教學模式，并對其構建方法及在生態(tài)毒理學教學中的應用進行了探討，以期通過科研周期這一主線將科研各個環(huán)節(jié)有機融入到實踐教學中，使學生體會到豐富的學習形式和學習內(nèi)容，在全方位的立體式教學場景中通過反復的學習一思考一運用來實現(xiàn)對知識的活學活用，從而培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和探索精神。

關鍵詞：科研周期；實踐教學；實驗一實習耦合教學模式；創(chuàng)新能力

我國高等教育正在經(jīng)歷從數(shù)量擴增到內(nèi)涵發(fā)展的過渡期，以往在數(shù)量擴張大背景下的一些教學思想、教學方法等越來越不適應未來高水平人才培養(yǎng)的需要，因此，急需探索與內(nèi)涵發(fā)展相銜接的教學模式和教學方法。由于理論教學可以使學生系統(tǒng)地掌握學科的概念體系，培養(yǎng)學生的理性思維能力，所以，一直以來是高等教育人才培養(yǎng)的主陣地，也是高校課程改革的先導和重點領域，涌現(xiàn)出大量的課堂教學改革案例和成果。如近幾年出現(xiàn)的微課、在線課程、慕課和翻轉課堂等，完全顛覆了傳統(tǒng)的教學模式。另外，還有針對教學方法進行的改革，如參與式、啟發(fā)式、討論式等。這些改革在提高學生學習效率、培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力方面發(fā)揮了一定的作用，取得了一定的教學效果。但隨著人才培養(yǎng)目標的重新定位，作為大學教育的第二課堂——實踐教學開始越來越受到重視，過去“重理論、輕實踐”的教學理念被摒棄，各學校在實踐教學環(huán)節(jié)投入更多的人力、物力和財力，建立了理論教學和實踐教學相結合的一體化教學模式，使兩者作用和功能互補，有機共存。

目前，關于實踐教學改革的研究也比較多，但主要集中在學校層面，如探討理論教學與實踐教學的關系，實踐教學的體系建設、管理模式和質(zhì)量監(jiān)督方法等。雖然每個學校根據(jù)學校的辦學定位、學科發(fā)展水平、人才培養(yǎng)目標與定位等進行了改革，也取得了一定的成效，但與第一課堂的改革進展相比，無論是改革的力度還是改革的效果都明顯緩慢，與社會發(fā)展的步伐也不協(xié)調(diào)。如實踐教學體系有待完善，實踐教學環(huán)節(jié)缺乏連續(xù)性、系統(tǒng)性、銜接性，實驗教學內(nèi)容缺乏設計型、綜合型和創(chuàng)新型實驗，實踐教學方法和手段落后，考評體系不科學等。另外，實踐教學內(nèi)容既包括實驗、實習、實訓、社會實踐、課程設計、畢業(yè)設計（論文）、學年論文等，也包括軍訓、創(chuàng)業(yè)活動以及納入教學計劃的社會調(diào)查、科技制作、學科競賽活動等。只有上述內(nèi)容形成科學合理的體系，互相銜接，才能達到人才培養(yǎng)目標的要求。而目前的研究主要是針對實驗課程的改革較多，缺乏對整個實踐環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)的統(tǒng)籌和規(guī)劃，針對某一具體課程的實踐教學模式和教學方法改革的案例也較少。所以，可以預見隨著高等教育改革的深入和雙一流大學建設的推進，以實驗和實習為主的第二課堂的重要性會日益凸顯，其教學改革的程度和水平會直接影響到教育質(zhì)量的提高。因此，以就業(yè)創(chuàng)業(yè)為導向，以科學探究和創(chuàng)新精神培養(yǎng)為主的實驗實習教學改革勢在必行。

一、實驗實習教學中存在的主要問題

（一）理論、實驗和實習單獨開設，缺少連貫性

當前排課模式大多是先理論，后實驗，最后實習，雖然也是一個學習鏈條貫穿于整個課程的學習過程，但每一個教學環(huán)節(jié)相對于學生來說都是獨立的。對于任課老師來說，如果理論、實驗、實習的課程均由同一位老師講授的話，老師能夠把握整門課程的連貫性，一線傳承下去，使每個環(huán)節(jié)既不重疊，又有延伸和拓展，能使學生在大的情景下去思考。但這種排課方式的可能性不大，絕大多數(shù)情況都是理論、實驗、實習由不同的老師來完成，結果就是實驗和實習往往是對理論課的補充、加深以及應用等，沒有起到相互促進的作用。

（二）科研反哺實踐教學受開課模式限制

目前，一些科研成果和實驗經(jīng)驗已經(jīng)用于實踐教學，如增加了前瞻性的實驗內(nèi)容以及綜合性和設計性的實驗數(shù)量等，但只是提高了實驗的層次，學生在實驗過程中仍會按照固定的方法、步驟去做，只是實驗之間的連貫性強了，而學生的主動思考和創(chuàng)新能力并沒有得到真正的培養(yǎng)。即使參與到教師的科研項目中，也只是少數(shù)學生，而且項目的研究范圍寬，往往超越了一門課程的范圍，學生會感到無所適從，而且由于時間沖突，學生往往不能連續(xù)參加科研的各個環(huán)節(jié)，從而降低了對人才培養(yǎng)的促進作用。

（三）實驗實習的教學效果差

因為現(xiàn)有的實驗和實習在時間上都是獨立安排的，先實驗，后實習，使得實驗獨立，學生只是機械地照著實驗講義被動地去操作，簡單地提交實驗數(shù)據(jù)，缺少獨立思考的機會和綜合分析的能力。而實習就是在實踐中學習，是對所學理論知識在實踐中的應用，是學生進行的一個系統(tǒng)操作過程，如果與實驗內(nèi)容重復，學生提不起興趣，如果不重復，則在短短的一周時間內(nèi)也很難達到實習的目的。總之，目前的實驗實習教學缺乏讓學生主動思考、主動交流、主動理論聯(lián)系實際的教學情景，學生只是為了做實驗而做實驗，機械地完成一項工作。

二、科研在提高實驗和實習教學效果中的作用

隨著科學技術和社會經(jīng)濟的發(fā)展，高校的社會責任從單一的強調(diào)教學轉向教學和科研并重，高校的教學和科研構成一個整體，共同構建了高校的育人環(huán)境。在舊的教育模式下，教學活動面對的是教室、實驗室、實習基地的本科生，科研活動面對的是研究室、科研基地的研究生，兩者截然分開。而教師的時間和精力是有限的，因此部分教師就存在“重科研、輕教學”的心理，使得許多大學面臨教學和科研爭搶資源的難題。其實，如果在實際工作中能夠正確處理好兩者間的關系，則教學和科研是互相促進的，如以科研的思路和方式引導實踐教學。

在一個科學技術飛速發(fā)展的時代，在一個講究創(chuàng)新培養(yǎng)的教育環(huán)境下，如果高校的實驗教學和實踐活動內(nèi)容不是緊跟著時代的步伐而變化，總是反復重復著幾十年前的老方法、老內(nèi)容，那么培養(yǎng)出來的學生也會千篇一律，談不上具有創(chuàng)新精神。所以，在實踐教學過程中，要不斷補充新的實驗內(nèi)容和實驗方法，使學生能夠及時了解學科的發(fā)展動態(tài)和前沿，掌握新技術、新方法。而科研恰恰能夠為實踐教學的更新提供素材，科研與教學相結合，兩者互為補充、互惠互利，統(tǒng)一為人才培養(yǎng)服務，所以，針對科研項目進行一定的教學內(nèi)容和形式改革勢在必行，使科研反哺教學，促進教學。如篩選部分科研內(nèi)容用以更新實驗課內(nèi)容、組織學生參觀研究室和研究基地、鼓勵學生從大二開始參與到教師的科研活動、引導學生利用現(xiàn)有的科研條件積極申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等。這樣可以培養(yǎng)學生的科學探究精神，加深學生對專業(yè)知識的理解并接觸到更多、更新的前沿理論和實驗內(nèi)容，可以拓寬學生的視野，提高學生的綜合素質(zhì)和能力。endprint

三、基于科研周期的實驗一實習耦合教學模式的構建

科研活動是由一系列環(huán)節(jié)緊密構成的，具有明顯的階段性和周期性，是一個系統(tǒng)工程，它既包括立項前的資料查閱，研究內(nèi)容、方案、計劃和目標的制定與實施，也包含數(shù)據(jù)的分析、結果或結論的總結與討論、學術論文的撰寫、結題報告的提交等過程。這些過程環(huán)環(huán)相扣、層層遞進，每一個環(huán)節(jié)的缺失都會影響科研活動的整體實施效果。同理，如果想通過科研活動促進本科教學，提高學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的水平，那么就應該將科研活動的各個環(huán)節(jié)都融入到教學過程中，這樣學生在學習和實踐的過程中有據(jù)可依、有始有終，主動配合科研的各個環(huán)節(jié)去實踐、去思考，為實現(xiàn)一個個具體的目標而主動學習理論知識和實踐技能，不僅能夠提高學習興趣和科研上的邏輯思維能力，還能培養(yǎng)主動學習能力和團隊合作精神。但由于受到各種條件和制度的限制，目前大部分的科研促進教學的實踐都主要是將科研活動的各個環(huán)節(jié)部分地、零散地融入到實踐教學，雖然能為學生實踐能力的培養(yǎng)提供優(yōu)質(zhì)資源，擴大視野，但并沒有將科研活動對教學的促進作用發(fā)揮到最大程度，不能明顯提高學生的科學探索精神和創(chuàng)新能力。如果用科研周期這一主線將各個環(huán)節(jié)有機結合，融入到實踐教學中，學生會感覺到學習內(nèi)容非常豐富，形式多樣，會在一種系統(tǒng)全面的背景下去學習和思考，對所做的實驗和所學的知識能有一個理解和應用的平臺和空間，從而培養(yǎng)學生的學習興趣和主動探索的能力，讓學生體會到學有所用和學以致用，達到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的。

目前，一般情況下往往先上理論課，上完理論課再上實驗課，最后進行教學實習，這些環(huán)節(jié)雖然相互聯(lián)系，互為補充，但由于各個環(huán)節(jié)是相對獨立的，在時間上又是單方向的，即上理論課時學生并沒有實驗和實習的概念和經(jīng)歷，學生很難將理論知識和實踐結合起來，當上實驗課時，沒有了考試的壓力，學生主動學習理論知識的積極性明顯降低，實驗課上不主動思考，只是照著實驗講義完成實驗操作而已。當理論教學和實驗課都結束后，進行教學實習時，雖然老師會讓學生從最基本的設計和藥品配制開始來主動地完成一項任務，但在學生看來也只是把一些動手操作簡單地串聯(lián)在一起而已，仍然達不到培養(yǎng)學生興趣和主動學習的目的，其科學探索精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也會大打折扣。而科研活動的各個環(huán)節(jié)也很難在這種教學模式中得到應用，科研促進教學也無從談起。

基于科研周期的實驗.實習耦合教學模式的構建方法是在教學環(huán)節(jié)的設置上實現(xiàn)理論課和實驗課在時間上的交叉，而教學實習恰恰在交叉時間內(nèi)進行，教師在課堂上結合即將進行的實驗和實習進行講解，讓學生對實踐教學有所期盼，有所了解，在實驗課上教師及時結合理論知識對學生進行指導，對學生的學習狀況有所了解，在課堂上又會根據(jù)學生的實際情況有針對性地進行授課，在理論和實驗互相作用的過程中，給學生提供一個更廣闊的實習平臺，讓學生的學習主動性得到提高，并且通過三者的有機融合，將科研活動的各個環(huán)節(jié)融入到教學活動中。通過一段時間的理論和實驗學習后，在課堂上教師告訴學生實習的內(nèi)容，讓學生獨立或以團體的方式完成資料查閱和實驗設計，實習的部分內(nèi)容為實驗提供材料支撐和事實依據(jù)，實驗的部分內(nèi)容則是實習的延續(xù)，每一個實驗項目及實驗結果都體現(xiàn)著其目的和意義，實驗數(shù)據(jù)都相互關聯(lián)，完成實驗教學后，學生將實驗數(shù)據(jù)進行總結分析，按照科研思路和格式完成實驗報告的撰寫。

四、基于科研周期的實驗一實習耦合教學模式在生態(tài)毒理學教學中的應用

生態(tài)毒理學是環(huán)境科學專業(yè)的一門重要專業(yè)方向課，是學科交叉邊緣課，也代表著學科發(fā)展的前沿，學生通過對本門課程的學習可以為以后的科研工作服務，對學生的理論知識和實驗動手能力的要求都很強。我們在總結以往教學過程中出現(xiàn)的問題，探索針對課程特征的教學方法的基礎上提出了基于科研周期的實驗.實習耦合教學模式。首先，根據(jù)學生學習知識、理解知識和應用知識的邏輯順序進行課程的安排，理論課從第1周安排到第8周，實習課安排在第6周，實驗課在第5周到11周。課堂教學、實驗教學和實習教學耦合在一起，而不是一般情況下的先理論課，后實驗課，最后實習課。希望利用耦合方式形成網(wǎng)狀結構，讓各種學習過程不斷融合，形成學習一思考一運用一再學習一再運用的過程，從而讓學生有足夠的空間和時間去思考，能夠發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和利用所學去解決問題，加深對理論知識的理解，能夠明白實驗研究的目的等。其次，對實習和實驗內(nèi)容與形式的改革。理論課程開始時，教師會將本門課程的所有教學環(huán)節(jié)和時間安排對學生說清楚，讓學生有所準備。在開課后的第4周向學生介紹實習安排，實習安排為第一天以小組的形式通過PPT匯報與實習有關的課程論文，教師參與討論，最終幫助學生完成詳細的設計實驗，包括污染物和植物種類、測定指標，這個過程相當于資料調(diào)查分析和科研立項、制定研究內(nèi)容和研究方案。第二天為盆栽實驗，相當于進行實驗研究，第4天對土壤的基本理化性質(zhì)等進行測定分析，為后續(xù)的實驗數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。第5天學生對測定的實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析和匯報，以此來調(diào)整預定的樣品采集和指標測定方案，并且制定出在實驗課上補充測定的指標等。在實習課結束后的實驗課上采集實習課上盆栽的植物樣品，對土壤樣品等進行測定，對測定的數(shù)據(jù)進行總結、分析，形成圖表和結果結論等，以小組為單位撰寫報告，并做PPT進行匯報。通過理論一實驗一實習教學的有機結合，科研活動的各個環(huán)節(jié)有序地融入教學過程，在老師的指導下，學生的科學探索精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)將得到最大發(fā)揮。

在實際的教學過程中采用基于科研周期的實驗.實習耦合教學模式后，由于學習的形式和內(nèi)容都非常豐富，學生自主學習和團隊合作的機會增多，學生的學習興趣明顯提高，團隊合作意識明顯增強，學生帶著好奇、期盼的心情去做實驗，對測定數(shù)據(jù)和實驗結果非常感興趣，主動去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題，從而培養(yǎng)了科學探索和批判質(zhì)疑的精神。在實驗和實習課上不再感到單調(diào)和無目標，師生之間的交流互動明顯增加，實驗課的進度加快，為新的實驗內(nèi)容的開始提供了時間保證。學生得到了一個反復的學習一思考一運用的學習訓練過程，教學效果和學習效果明顯提高?？傊@種教學模式讓學生從“要我做實驗”變成“我要做實驗”，讓學生在更加立體的教學場景中去發(fā)揮自身的創(chuàng)造力和想象力。endprint