高校实验教学的主要目标是培养学生的应用能力和创新能力,因而以培养学生综合性创新能力为主的实验教学,理应发挥重要作用[1]。植物组织培养是现代生物技术的重要组成部分,是当代生物科学中有较强生命力的一门科学[2],实验教学是该课程教学的中心和关键环节。本文以培养创新人才为目标,以植物组织培养课程实验教学为例,对高校实验教学中开设综合创新性实验的必要性、综合创新性实验建设的平台以及教学实践效果进行了探讨和分析。
一、开设综合创新性实验的必要性
创新性实验教学是现阶段高等院校实验教学改革的趋势,它主要是将教学大纲要求的某些基本的实验方法和实验手段有机地综合在某一个实验当中,以达到完整、综合创新的实验目的。通过综合创新性实验的学习,可以使学生在有限的实验课时内对课程有一个全面、深入的了解,既熟练掌握了基本的实验技能,又培养了学生的创新意识和综合运用理论知识分析问题、解决问题的能力,从而达到提高学生的综合素质、增强学生升学和就业竞争力的目的。
此外,由于教学实践中存在着专业基础课和专业课的课时越来越少(相应实验课课时也越来越少)、学生人均实验经费数量与以前相比有所减少、实验经费消耗较大等问题,再加上新技术、新方法不断涌现,学生不可能在有限的几十个甚至只是十几个学时内把所有的、以后可能用到的实验技能和项目都学完和学会,这必然要求我们根据现有的实验教学条件对教学内容进行优化和调整,而开设综合创新性实验项目已成为创新性实验改革和创新人才培养必然的趋势。
植物组织培养实验教学的特点是既要注重学生基本实验技能的训练,又要在充分发挥学生自主性的基础上结合科学研究和生产实践进行教学。在植物组织培养课程中开设综合创新性实验项目既是国家创新人才培养的要求,也是农业企业、生物工程公司和教学科研单位对熟悉植物组织培养技术人才的需求,可以为满足社会需求、提高升学和就业竞争力打下坚实基础。
二、综合创新性实验建设的平台
(一)实验平台的建设
实践性环节在培养人的科学思维、创新意识,掌握科学方法,提高综合实践能力方面是课堂理论教学所无法替代的[3]。综合创新性实验平台的建立是开设综合创新性实验、保证教学过程顺利进行并获得显著教学效果的有力支持。
1.基本实验技能的平台
在基础验证性实验教学阶段,结合综合创新性实验对理论知识和基本实验技能的要求调整教学内容。改革原有的理论课教学内容和实验教学方案,使理论教学内容更倾向于实际应用,并形成一个与理论教学课程相对独立的、内容丰富的实验教学体系。删除一些代表性不强、内容有重复的实验项目,将实验项目进行分层次设立,如在植物组织培养实验教学中将实验室构成及常用设备使用和器皿洗涤的注意事项(2学时)设立为基本的操作训练;将培养基母液、激素母液、试剂制备(2学时)和培养基制备与保存(2学时)这两个项目设立为基础项目,对学生进行重点培养和训练;而对植物材料的准备和接种(2学时),则用清水代替真正的消毒液,让学生反复进行练习和模拟,即节省了实验经费又达到了实验技能的训练。在经过以上几个基础实验项目后,才安排8-10学时的综合创新性实验项目[4]。在教学计划中单独设置“综合创新性实验教学时间”,在实际教学中预留出给学生设计综合创新性实验方案和修改的时间,为实现多层次实验教学提供了必要的时间。学生在掌握了基本的实验技能并具有一定的知识积累后,才有能力集中时间和精力主动地去综合、分析所学的理论和实验知识,把所学知识付诸于应用,并开始学习自主设计实验方案和完成实验。
2.实验室和设备条件的平台
建设综合创新实验室和实验设备共享是开设综合创新性实验必备的基础。植物组织培养实验室根据功能分为实验教学实验室、组织培养实验准备室、灭菌室、接种室和培养室。此外,组织培养实验室与其他教学实验室和教学设备可以无障碍的共享可为综合创新性实验项目的开设提供可靠的保证。综合创新性实验是与传统的实验不同的实验模式,其教学组织具有自己的特点,其一是实验室应该是全方位开放的。包括实验室工作时间的开放(除了安排专业教学实验外,实验室可以有计划地接受实验者的申请);实验内容的开放(学生自己提出的实验课题,经评审可以进入实验室进行研究);实验室服务对象的开放,全院学生(包括研究生)及教师均可利用实验室的资源。参加综合创新性实验的学生在进入实验室之前必须经过充分准备,提出实验方案报告,经指导教师审阅通过后方可进行实验。
3.学生创新思维和创新意识的激发
综合创新性实验教学的关键是以学生为主体,通过教学激发学生的主观能动性、激发学生的主动创造思维,从而达到培养学生的创新能力的目的。开设综合创新性实验项目,要以学生为主体,教师只起有益的引导作用。要重视激发学生的创新思维,引导学生对实验内容、实验方法、实验手段和实验教学模式等进行创新性思考[5]。首先,有目的地让学生参与到教师的科研项目中去,让他们初步了解和掌握学科的一些前沿知识。学生通过亲自参加科研活动,可以掌握科学研究的基本方法、开拓科研思路、树立起正确的科研观点。其次,组织学生成立兴趣小组,利用课内所学知识和资料内容,在课外时间进行组织培养实验,自主设计实验方案、自我检验、自我调整,直至实验成功,将关键环节和技能重复训练,从而尽快达到技能熟练的目的和效果;再次,为使学生对技术的广泛应用有切身的体会,组织学生到相关生产实践部门进行实地考察和学习,具体了解从理论、实验到实践生产中的差距和存在的问题。这些措施可以极大提高学生学习兴趣,强化学生的创新思维和创新意识,增强学生的学习积极性和主动性。
(二)教学内容和教学模式的设计
在综合创新性实验项目教学中教师只提供参考范围和题目,如细胞分裂素和生长素效应实验,以植物叶片、腋芽和幼嫩茎段为材料进行离体快繁实验等。有时是指导教师的研究课题,如让学生参与“水曲柳离体扩繁”和“花楸体细胞胚胎发生”等项目的材料选择和培养基设计,此类实验不是单一的、只运用某门课的知识就能解决问题和完成任务的。
在实验过程中,要求学生先提出课题和基本思路,教师则与其共同讨论完善方案。学生从最初的无从着手,到查阅参考书、上网查资料,跨出了培养创新意识的重要一步。在实验中遇到问题时,要求学生自行提出解决方法,教师则帮助分析这些方法的合理性,通过学生为主,教师为辅的实验教学方法,逐步培养学生的独立工作能力。例如,要求让学生自己提出需要培养的植物种类和培养目的,查找相关文献,在所学的理论知识和资料分析的基础上提出外植体的类型、外植体表面灭菌和培养基配方等实验方案,独立写出包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验进度和预期结果等内容的报告,经过教师的审阅合格后,学生独立安排、准备、完成实验。在学生独立开展实验期间,实验室实行开放式管理机制,教师起指导、检查、协调的作用,预先安排好各小组的无菌操作时间,使无菌操作室、准备室得到合理高效运转。实验小组也由学生自愿组合,以4~5人为一个实验小组;实验时间由学生自行确定。
(三)成绩的考核方法
在实验全部完成后,要求学生对实验结果进行整理、计算,并完成实验报告。指导教师对实验报告进行分析和评价,分析评价的原则侧重于观察学生是否通过这一教学过程得到智力的开拓、研究能力是否有所提高以及综合运用理论知识解释实验结果的能力,记录的实验结果是否客观、是否准确可靠,分析讨论是否科学、逻辑推理是否准确,结论是否恰当、合理等方面。成绩考核设置基本实验技能综合考核和创新性实验考核两个阶段。验证性实验可根据学生平时的实验态度、实验操作熟练程度和实验结果进行综合评价。综合创新性实验根据学生选题的创新性、知识运用的综合性、实验设计的合理性、实验结果的准确性和可靠性、团队协作精神、实事求是的科学态度和实验的努力程度等进行考核。考核时,综合创新性实验按照实验质量给出成绩(分为不合格、合格和优秀),成绩不记入总成绩中。但只有综合创新性实验的成绩为合格及以上的学生才可以获得实验考核的总成绩,否则实验课成绩为零分。
三、教学实践效果
经过几年的教学实践,本课程取得了良好的教学效果。综合创新性实验的开设有效地促进了教师的知识更新,激发了学生求新、创新的欲望,促进了学生对综合知识的运用,提高了学生进行跨学科、跨领域创新性学习的能力。实验时间由学生自己支配,增加了学生的动手机会,锻炼了学生的动手能力。学生是自主开展实验研究、处于主动探索的状态,充分发挥了学生主观能动性,养成独立思考和积极进取的科学精神,培养了学生的创新意识、观察能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力。
参考文献:
[1]陈志慧.化学创新性实验教学实践[J].内江科技,2007(6):139.
[2]姚晓惠,张峰.植物组织培养课程实验教学改革的探讨[J].商丘师范学院学报,2007(6):125-127.
[3]王伟祖,郑旭明.建立综合设计实验平台培养学生创新能力[J].实验室研究与探索,2004(8):74-75.
[4]沈海龙,等.关于植物组织培养课程特色教学的思考与实践[J].中国科技信息,2006(2):80-81.
[5]章新友.关于高校创新性实验教学的思考[J].实验室研究与探索.2005(6):68-70.
