“三航”特色背景下的生理學(xué)實驗教學(xué)改革

黨 凱， 姜山峰， 騫愛榮

(西北工業(yè)大學(xué) 生命學(xué)院， 西安 710072)

西北工業(yè)大學(xué)是我國唯一一所以同時發(fā)展航空、航天、航海(三航)人才培養(yǎng)和科學(xué)研究為特色的多科性、研究型、開放式大學(xué)，其“三航”的主干學(xué)科全部是國家重點學(xué)科,在全國處于領(lǐng)先或先進水平?！叭健笔俏鞅惫I(yè)大學(xué)突出的優(yōu)勢和明顯的特色，堅持“三航”特色是學(xué)校辦學(xué)理念的首要方針[1]。近年來，學(xué)校不斷深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，增強學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)高素質(zhì)拔尖創(chuàng)新人才。

生理學(xué)是生命科學(xué)的重要組成部分，是研究生物體及其各組成部分正常功能活動規(guī)律的一門學(xué)科[2-3]。在學(xué)?！叭健碧厣尘跋?，生理學(xué)的教學(xué)既要求傳授專業(yè)性知識，又要求結(jié)合“三航”特色，將生理學(xué)知識與“三航”領(lǐng)域的實際問題有機融合，從而實現(xiàn)“培養(yǎng)具備一定‘三航’知識的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才”這一目標(biāo)。作為生理學(xué)教學(xué)活動的重要組成部分，生理學(xué)實驗教學(xué)是驗證和鞏固生理學(xué)理論，提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的重要環(huán)節(jié)[4-5]。因此，在生理學(xué)實驗教學(xué)中引入“三航”元素，建立具有“三航”特色的實驗教學(xué)模式是非常必要的。

為了適應(yīng)新形勢下我國高等教育發(fā)展的要求,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，同時落實我校的辦學(xué)方針，突出“三航”特色，我們對生理學(xué)實驗教學(xué)進行了改革與探索。

1 教學(xué)改革的必要性

1.1 教學(xué)內(nèi)容安排不合理，未能結(jié)合學(xué)校特色

以往的生理學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容多以驗證性、演示性實驗為主，實驗?zāi)康木窒拊诶碚撝R的強化和鞏固上，忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，影響了學(xué)生對實驗課的興趣和積極性，不利于學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6]。此外，實驗內(nèi)容的選擇與講授過程未能結(jié)合學(xué)?！叭健碧厣?，與學(xué)校、學(xué)院的發(fā)展方向以及專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)，對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)沒有起到應(yīng)有的作用。

1.2 教學(xué)模式落后

過去的生理學(xué)實驗教學(xué)模式以教師為中心，過分突出了教師的主導(dǎo)作用,而忽視了學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，使學(xué)生處于一種被動接受教育的處境，束縛了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展，限制了學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[7]。

1.3 教學(xué)考核方法單一

以往的生理學(xué)實驗課成績評判標(biāo)準(zhǔn)主要為實驗報告，根據(jù)報告的規(guī)范程度、對結(jié)果分析是否正確進行評分。這種考核偏重對結(jié)果的考查，而無法體現(xiàn)學(xué)生參與實驗的情況以及真實的實驗操作能力，不能全面地反映學(xué)生對理論知識和實驗原理的掌握程度[8]。

2 教學(xué)改革的探索及實踐

2.1 建立“以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，教學(xué)與專業(yè)特色有機結(jié)合”的實驗教學(xué)理念

生理學(xué)實驗教學(xué)改革首先從更新觀念入手，建立“以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，教學(xué)與專業(yè)特色有機結(jié)合”的實驗教學(xué)理念，使實驗教學(xué)成為教學(xué)活動的重要組成部分，積極參與創(chuàng)新體系建設(shè)，使教師充分意識到實驗教學(xué)不僅僅是對生理學(xué)理論知識的鞏固與驗證，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力。同時，要改變以“教師為中心”的教學(xué)理念，以學(xué)生為主體,引導(dǎo)他們主動分析問題、解決問題，注重激發(fā)學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)興趣與主動性，使知識傳授和能力培養(yǎng)能夠協(xié)調(diào)發(fā)展，重點培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新意識。由于生理學(xué)實驗是全校的公共選修課，而西北工業(yè)大學(xué)各理工科專業(yè)都具有一定的“三航”背景，因此將生理學(xué)實驗教學(xué)與“三航”特色有機結(jié)合，激發(fā)學(xué)生對生理學(xué)知識和實驗的學(xué)習(xí)興趣是我們教學(xué)理念的重要組成部分。

2.2 改革、優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容,建立具有“三航”特色的三層次開放式實驗教學(xué)體系

我們對生理學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容進行了優(yōu)化整合，層次化實驗教學(xué)內(nèi)容，增加綜合性和創(chuàng)新性實驗項目，遵循由簡到難、由單一到綜合、先基礎(chǔ)后提高的循序漸進原則，同時突出學(xué)校特色,將教學(xué)內(nèi)容與“三航”知識相結(jié)合，建立具有“三航”特色的三層次開放式實驗教學(xué)體系(見圖 1)，即結(jié)合“三航”特色，運用開放式實驗教學(xué)模式，以經(jīng)典實驗為基礎(chǔ)，漸進式開展綜合性、創(chuàng)新性實驗，其核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能、綜合素質(zhì)以及創(chuàng)新實踐能力。

圖1 具有“三航”特色的三層次開放式實驗教學(xué)體系

1)第一層次(基礎(chǔ)性實驗)。基礎(chǔ)性實驗是生理實驗教學(xué)的基礎(chǔ)，可使學(xué)生掌握生理學(xué)實驗儀器的使用與基本的實驗技能。我們對基礎(chǔ)實驗的教學(xué)內(nèi)容進行了優(yōu)化重組,基本思路是保留經(jīng)典性實驗，刪減一般性實驗，壓縮驗證性實驗的比例，突出“三航”特色?！叭健鳖I(lǐng)域的研究和發(fā)展與生理學(xué)緊密相關(guān)。航空、航天、航海特殊環(huán)境對人體會產(chǎn)生嚴(yán)重的負面影響，主要表現(xiàn)在心血管、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、肌肉以及骨骼等方面，是人類在“三航”領(lǐng)域進行研究與探索的重要障礙之一[9-11]。因此，我們在優(yōu)化基礎(chǔ)性實驗時，采用的具體做法是：①保留經(jīng)典的、與“三航”相關(guān)的實驗內(nèi)容,例如蛙類離體心臟灌流、人體動脈血壓的測定、心音聽診、心電圖描記、神經(jīng)系統(tǒng)對消化管運動的調(diào)節(jié),以及家兔呼吸運動的調(diào)節(jié)等，并且在講授時，盡可能地與“三航”知識進行聯(lián)系，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；②適當(dāng)刪減陳舊、重復(fù)性實驗，如血細胞計數(shù)、血型鑒定等，節(jié)約實驗課時。我們通過對具有“三航”背景的學(xué)生講授相關(guān)的生理學(xué)知識與實驗，使學(xué)生認識到生理學(xué)的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時提高學(xué)生的基本實驗技能,為隨后的綜合實驗與創(chuàng)新實驗打下基礎(chǔ)。

2)第二層次(綜合性實驗)。在傳統(tǒng)的生理學(xué)實驗教學(xué)中，一個實驗對應(yīng)于一個知識點，彼此之間相對獨立。這種模式過于簡單，不利于學(xué)生綜合實踐能力的培養(yǎng)。綜合性實驗是將兩個或多個相互聯(lián)系的單個實驗進行整合，形成更具有系統(tǒng)性的綜合實驗?zāi)K，使學(xué)生能夠從整體的角度觀察各系統(tǒng)的生理活動現(xiàn)象以及其內(nèi)在機制與聯(lián)系[12]。在實際教學(xué)中，我們經(jīng)過長期的摸索，為學(xué)生設(shè)計了3個綜合性實驗，分別為模擬失重后骨骼肌收縮功能的變化、模擬失重對骨骼系統(tǒng)的影響以及模擬高空低氣壓對循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的影響。這些實驗的共同特點是在體現(xiàn)系統(tǒng)性與整體性的同時，突出“三航”特色[13-15]，使學(xué)生在學(xué)習(xí)生理學(xué)實驗的同時，充分了解生理學(xué)在“三航”領(lǐng)域中的重要性，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性：模擬失重后骨骼肌收縮功能的變化實驗是通過大鼠尾部懸吊14 d，建立模擬航天失重動物模型，檢測實驗組與對照組的刺激強度與骨骼肌收縮反應(yīng)的關(guān)系、骨骼肌單收縮、骨骼肌收縮的總和與強直收縮等指標(biāo)；模擬失重對骨骼系統(tǒng)的影響實驗是在大鼠尾部懸吊28 d后，檢測其骨骼的彈性載荷、最大載荷、破壞載荷、極限撓度、破壞撓度、剛度系數(shù)、韌性系數(shù)和彈性模量等力學(xué)指標(biāo)，以及骨礦物質(zhì)含量和骨礦物質(zhì)密度等參數(shù)的變化；模擬高空低氣壓對循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的影響實驗是采用低壓倉模擬高空低氣壓環(huán)境，觀測不同高空低氣壓條件下(18 000、21 000和25 000 m)，大鼠心房、腔靜脈、腹腔靜脈、腸系膜靜脈產(chǎn)生氣泡的情況，并測定胃腸脹氣的程度。學(xué)生通過綜合性實驗可以學(xué)習(xí)不同組織、器官和系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)作用，有利于建立機體的整體認識觀，對于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力與團隊合作意識有重要作用，可全面提高學(xué)生綜合實踐能力。

3)第三層次(創(chuàng)新性實驗)。創(chuàng)新性實驗是指在完成基礎(chǔ)性與綜合性實驗的基礎(chǔ)上，由學(xué)生自主選題、自行設(shè)計方案并獨立完成的實驗教學(xué)模式[16]。創(chuàng)新性實驗有兩個特點，一是充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，二是實驗要有創(chuàng)新性。這就要求學(xué)生具備較高的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力，在整個實驗過程中，必須充分發(fā)揮自身的主動性與團隊協(xié)作精神。創(chuàng)新性實驗的環(huán)節(jié)如下：①分組。根據(jù)學(xué)生人數(shù)，以自愿為原則，將學(xué)生分為多個實驗小組，每組4～6人。②立題。每個實驗小組確立切合實際的課題。選題環(huán)節(jié)非常重要，它會直接影響實驗的質(zhì)量。好的選題應(yīng)該具有創(chuàng)新性與科學(xué)意義，同時又要有可行性。③實驗設(shè)計。在這個環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)所選課題，查閱相關(guān)的文獻資料，通過集體討論后，確立實驗方案。指導(dǎo)教師對這些方案進行評審，并提出修改建議，由實驗小組再討論、修改，形成最終的實驗方案。這個過程我們強調(diào)三點，一是實驗方案要根據(jù)現(xiàn)有實驗條件進行設(shè)計，要具有可行性；二是實驗方案要遵循科學(xué)研究的基本原則，如實驗條件要一致，實驗結(jié)果要具有可重復(fù)性，需設(shè)置對照組等；三是鼓勵學(xué)生設(shè)計與“三航”領(lǐng)域相關(guān)的實驗。④完成實驗。根據(jù)實驗方案,實驗小組進行具體實驗操作，完成實驗。在實驗過程中,指導(dǎo)教師需進行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，督促學(xué)生正確操作儀器設(shè)備，按照要求與規(guī)范進行實驗。每個小組總結(jié)實驗結(jié)果，寫出規(guī)范的實驗報告。⑤匯報總結(jié)。學(xué)生制作PPT，進行匯報，小組之間進行交流、討論，分析實驗結(jié)果與問題，最后由教師對每個小組的實驗結(jié)果進行分析、評價。創(chuàng)新性實驗可提高學(xué)生的分析問題與解決問題的能力，開拓學(xué)生的視野，同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新實踐能力，為今后的科研與工作打下基礎(chǔ)。

4)開放式實驗教學(xué)。綜合性與創(chuàng)新性實驗必須要有開放式教學(xué)為支撐，因此我們充分利用學(xué)院實驗教學(xué)中心開放性實驗平臺，為學(xué)生開展實驗創(chuàng)造條件。開放性實驗平臺可以為學(xué)生創(chuàng)造一個自由、寬松的實驗環(huán)境，為發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性營造有利的條件和氛圍[17]。在教學(xué)過程中，我們根據(jù)實驗要求，不斷探索、創(chuàng)新和完善平臺，為生理學(xué)實驗課程的改革提供有力支持。利用實驗教學(xué)中心的預(yù)約系統(tǒng)，實行網(wǎng)上預(yù)約機制，提高學(xué)生的實驗效率。同時，通過開放平臺的網(wǎng)站和微信公眾號，發(fā)布實驗與平臺的相關(guān)信息，使學(xué)生能夠隨時掌握實驗室的情況，更好地設(shè)計和安排實驗。

2.3 完善考核評價體系,科學(xué)合理地評定學(xué)生成績

完善實驗課程的考核評價體系，建立公開公正、科學(xué)合理的實驗成績考核制度，對于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力有重要意義[18-19]。因此，我們對生理學(xué)實驗課程的考核體系進行了改革，將學(xué)生的平時表現(xiàn)、實驗現(xiàn)場操作以及實驗報告相結(jié)合，客觀公正地考查學(xué)生對實驗的理解和掌握情況。改革后的生理學(xué)實驗成績評定由平時成績(50%)、實驗報告(20%)以及期末考試成績(30%)3個部分組成(表1)。與以往的評定成績方法相比，新的生理學(xué)實驗考核評價體系具有全程性和全面性，更加科學(xué)合理，目的性更強，得到了學(xué)生的一致認可。

3 “三航”特色背景下生理學(xué)實驗教學(xué)改革的初步成效

為了評價生理學(xué)實驗教學(xué)改革的效果，我們對所授課的2014級和2015級所有學(xué)生進行問卷調(diào)查，發(fā)放調(diào)查問卷共56份，收回有效問卷56份。調(diào)查結(jié)果表明(表2)，近兩年的實驗教學(xué)改革得到了學(xué)生的認可和歡迎,取得了初步成效。

3.1 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)

在教學(xué)改革中，我們注重突出“三航”特色，結(jié)合“三航”知識，使學(xué)生充分認識到生理學(xué)在“三航”領(lǐng)域的重要作用，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)習(xí)的積極性和主動性有了明顯提高，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到全面提高。

表1 生理學(xué)實驗成績評定標(biāo)準(zhǔn)

3.2 培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力

新的實驗教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生自我設(shè)計、自我研究以及自我探索與創(chuàng)新，充分調(diào)動了學(xué)生的實驗興趣，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、研究探索的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高了學(xué)生的科學(xué)思維能力，開拓了學(xué)生的科研視野,激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新潛能，使學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力得到顯著提升。

表2 生理學(xué)實驗教學(xué)問卷調(diào)查結(jié)果[n=56，n(%)]

3.3 促進了教師的自我提高

生理學(xué)實驗的教學(xué)改革，對教師也提出了更高的要求。新的教學(xué)內(nèi)容不再是一成不變，在實驗中，學(xué)生們層出不窮地設(shè)計出各種創(chuàng)新性實驗，對此，教師面臨著很大的挑戰(zhàn)。這種教學(xué)過程營造了師生相互研討、相互激勵的學(xué)習(xí)氛圍，實現(xiàn)了教學(xué)相長，在提高學(xué)生的同時，也激發(fā)了教師學(xué)習(xí)的主動性，促進了教師的自我提高。

4 結(jié)語

雖然我們的實驗教學(xué)改革已取得一定成效，但仍存在一些有待提高和改進的地方，主要表現(xiàn)為：有些學(xué)生對實驗課不重視，積極性不高，存在“重理論、輕實驗”的思想；實驗教學(xué)中心現(xiàn)有的生理學(xué)儀器主要用來進行傳統(tǒng)的驗證性實驗，不能滿足學(xué)生開展創(chuàng)新性實驗的要求。對此，我們將作進一步探索和改進：1)加強教育，引導(dǎo)學(xué)生重視實驗，同時引入探究式教學(xué)理念，采用互動式教學(xué)，注重學(xué)生的參與度，開展多種形式的討論，進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的實驗積極性。2)加大經(jīng)費投入，購置先進的生理學(xué)實驗相關(guān)儀器設(shè)備，完善開放性實驗平臺，提高教學(xué)效果?？傊瑸檫m應(yīng)新形勢下我國高等教育發(fā)展的要求,我們將不斷研究和探索，進一步完善生理學(xué)實驗的教學(xué)體系和方法,改善實驗條件，提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力,培養(yǎng)更多的高素質(zhì)創(chuàng)新人才。