江西农业大学“植物生理学研究创新型实验”的教改思路与实践要求

江西农业大学“植物生理学研究创新型实验”的教改思路与实践要求

程建峰　钟蕾　何永明　蒋海燕　刘栋　汤丽梅　赵宝珍

一、前言

国务委员陈至立在教育部直属高校工作咨询会第十六次全体会议上指出^［1］：“要认真贯彻全国科技大会精神，开创高等教育工作新局面”；并强调全国科技大会的核心是增强我国的自主创新能力，建设创新型国家。“自主创新关键在人才，培养人才关键在教育。创新教育观念和模式，深化教育改革，培养具有创新精神和实践能力的各类人才”。“要花大气力深化教育教学改革，使我们的教育理念、内容、方法、手段和模式等适应时代进步、科技创新和人的全面发展”。中国科学院院长路甬祥在2006年4月9日“中国科学与人文论坛”主题报告会上做了题为“创新国家、创新教育”的发言^［2］，指出“高等教育应重视学生个性发展，保护开发他们的好奇心，以人为本，发挥主动性。应让学生在就学期间参与科研，培养他们的科学创新的潜能”。创新人才的培养是知识经济时代高等教育的重要目标，也是一项复杂的系统工程^［3］。实施创新教育，确立以培养创新人才为主要趋向的教育价值观，已成为我国2l世纪教育改革的重要使命^［4］。高等院校实验室是产、学、研结合的重要基地，是培养学生的科学实验能力和创新能力、出高水平的科研成果及服务经济建设的主要场所，所以实验室和实验教学应在推进素质教育，培养创新人才方面起着重要的作用^［5］。

二、实验教学的重要性

实验教学是培养学生综合判断能力、创造能力和独立工作能力的重要途径，是高等教育教学过程中实践性教学环节的重要组成部分，是抽象与具体、理论与实践相结合的过程^［6］。实验教学不仅能使学生掌握基本的实验技能，而且对于培养学生树立严肃认真的科学实验作风，提高实验能力，加深对理论知识的理解与综合运用知识和开拓创新等方面起到重要作用，在人才培养中具有理论和其他教学环节不可替代的作用^［7］。其实质是学生在教师的指导下，借助于实验设备和实验手段，选择适当方法，将预定实验对象的某些属性呈现出来，进而揭示实验对象的本质，加深对所学知识的理解和对新知识的探索，获得感知、真知，从而达到促使智能发展的目的^［8］。实验教学相对于课堂理论教学，具有直观性、实践性、综合性、探索性和启发性等特点^［9］。因此，必须根据人才培养目标及其知识结构、智力结构和能力结构的要求，通过理论教学和实验教学纵向与横向的有机结合，使学生从入学到毕业，在实验科学知识、智力与实验研究能力上得到有计划、分层次的系统培养和提高。在美、英、日本等经济发达国家，十分注意突出实验教学在教学活动中的地位^［8］：美国麻省理工学院十分强调实验教学在加深、拓宽学生知识领域和提高学生创造能力上的巨大作用，要求学生在教师指导下设计实验、进行探索性和创造性研究活动，研究时间可以几个月或更长，且实验课单独记学分。英国一些大学低、高年级学生分别约有40％和60％的时间在实验室学习。日本大学教育也非常强调灵活、多样的实验教学，把自我启发、自主学习和独立研究作为培养创新精神和实践动手能力的重点。

三、开设“植物生理学研究创新型实验”是现代高等教育的现实选择

21世纪人才的核心竞争力是创新能力，培养创新型人才是高等教育的一项战略任务^［10］。培养创新型人才的教学模式是“研究型教学”^［11］。研究型课程是开展研究型教学的平台。研究型教学以学生为中心、教师为主导，将单纯讲授、验证型教学转变为讲授、课堂讨论、实践训练、课题研究的教学^［12］。通过研究型教学，激发学生的求知欲、创新欲和探索精神^［13］。国家教育部在《关于进一步加强高等教育本科教学工作的若干意见》中提出：积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力，要增强综合性与创新性实验，引导大学生了解多种学术观点并开展讨论，追踪本学科领域最新进展，提高自主学习和独立研究的能力^［14］。教育部在“高等学校教学质量和教学改革工程”中提出^［15］：教学内容要具有先进性、科学性，要及时反映本学科领域的最新科技成果。实验建设，要大力改革实验教学的形式和内容，鼓励开设综合性、创新性实验和研究型课程，鼓励本科生参与科研活动。

目前，我国植物生理学实验教学在新形势下面临新的挑战：一是由于人才培养方案规定的全课程总学时数大大减少，实验学时相应减少，出现了实验内容多而实验时间减少的矛盾；二是为了适应宽口径高素质人才培养要求，所有专业的内涵和服务面向大大拓宽，对学生的要求也有很大提高，实验内容必须更新和整合；三是为了适应厚基础人才培养要求，对学生数理化等理科基础课提出更高要求；四是传统学科专业面临如何用现代高新技术进行改造、整合提升的问题。纵观以往的实验教学，存在很多弊端：①在实验内容上，验证性的实验较多，研究性的实验较少；单元操作较多，综合实验较少；基础性实验多，涉足新技术、新方法的实验较少。②在教学方法上，以老师讲授为主，在老师严格的要求和指导下，学生按照实验教科书“照方抓药”进行实验，这种教学方式对于培养学生严谨的科学态度和过硬的实验技能是非常必要的，但同时也压抑了学生的想象力和积极主动学习的意识。想象力是创新人才最重要的素质，而积极主动的学习是创新的驱动力。显然，传统的教学模式不利于培养学生的创新意识和创新能力。③在教学时间安排上，由于学时的限制，无法满足不同层次学生的要求，学生没有机会在选择—尝试—失败—思考—再选择—再实验直至成功的科学研究过程中充分发展自己的个性，无法实施真正的因材施教。④考核制度不完善，实验考试只限于实验报告的优劣、实验技能的好坏及实验理论考试的成绩，缺乏对学生创新能力的考核，不能反映学生的真实水平，不利于使优秀人才脱颖而出。鉴于上述问题，实验课的教学改革是当前本科教育迫切需要解决的问题。因此，植物生理学实验教学体系的构建要突出以大学生创新精神和实践能力培养为主线，以改革为动力，体现系统优化、整合集成的思想，构建以具有时代性的实验教学内容体系、先进的实验教学方法和手段体系、科学的实验教学考核与质量评价体系及高效的实验教学条件保障体系为基本内涵的实验教学体系，形成基础性实验、提高性实验、综合设计性和研究创新型实验相互衔接，教学内容、方法和手段高度整合，研究、改革、建设与管理有机结合的实验教学新格局。

四、江西农业大学“植物生理学研究创新型实验”的指导思想和基本原则

江西农业大学植物生理教研室针对国内本科课程体系中缺乏培养学生科研能力和创新能力的课程现状，根据高等教育培养创新型人才要求，对以化学和物理学实验为基础、横跨生物化学、细胞生物学、分子生物学、植物营养学和生态学等多个学科的综合性实验课程——“植物生理学实验”进一步深化和改革，提出建设研究创新型实验课程，采用研究创新型教学模式，按新型的研究创新型实验课程和研究创新型教学模式进行重新规划设计，探索建立“知识积累—应用实践—研究创新”的新型实验课程体系和教学模式，以培养高素质研究创新型人才。

研究创新型实验课程强调教师通过对实验教学的研究，对实验课程内容、实验教学方法、实验课堂活动及实验原理等进行研究，从而引导学生进行研究创新型实验学习，将教师的研究创新型实验教学与学生的研究创新型实验学习相结合，强调学习的自主性、交互性、情景性和实践性，激发学生对实验的学习和探究动机，培养学生的实验兴趣，从而增强学生对研究创新型实验学习的自觉性、积极性和创造性。研究创新型实验具有很强的目的性和高度的创新性，既培养学生独立研究能力和创造能力，也培养了学生的合作学习和团队精神。在研究创新型实验教学过程中，吸取发达国家先进的教育理念和培养模式，以学生为中心，鼓励学生“学会求知”。“学会求知”要有强烈的学习动机、探索未知的热情和实事求是的科学态度，在此基础上进行基于“问题”的学习，把学生的思维引入“问题”之中，并不断扩展他们的“问题”意识，让学生对“问题”进行思考。教师首先应对教学素材进行分析研究，明确实验目标，通过研究创新教学素材，引导学生对实验问题进行探索，提高学生对实验的兴趣和吸引力。有了预期的学习目标，学生才能按照学习目标进行思考。把每一个实验都作为一个研究课题，引导学生从研究目的、方法及技术开展实验。借鉴发达国家的教育思想、理论和方法，开放教学内容，以“问题”的提出和解答形式进行课堂讨论，在教学中留出缺口，让学生以实验小组的形式自己设计实验，开展协作学习，完成实验任务，从而强化学生的问题意识，引导学生积极探索，以培养他们的合作学习和团队精神。在实验中对某个问题的不同假设和推论，可通过相互讨论、交流共同解决，从而形成更丰富和更深刻的理解。

五、江西农业大学“植物生理学研究创新型实验”的内容体系

课程教学内容依据研究型课程原则，按科研程序设计教学内容和进程，系统地介绍植物生理学实验的基本理论、现代实验技术和实验研究知识，并通过基础、综合和研究实验教学，使学生初步掌握植物生理学实验的基本理论和研究方法，培养学生的科研能力和创新能力。

为适应全新的研究创新型实验和研究创新型教学模式的特点和要求，新编“植物生理研究创新型实验教程”，科学和有机地整合多个学科的实验研究理论和实践环节，建立具有研究型创新课程特色的新的植物生理学实验理论体系，体现综合性、系统性、研究性、科学性和先进性，突出研究创新主题。在植物生理学实验基本理论知识部分，系统地介绍生物实验室入门守则、生物试剂的相关知识及配制、实验仪器的原理与使用、植物生理学实验研究、科技数据库与文献检索、研究创新型实验项目申请、数据分析与生物统计和论文式实验报告的撰写等。实验部分有模拟实验、基础实验、综合实验和研究创新型实验。模拟实验用来替代部分验证性实验，基础实验用以保证学生的基本理论、基本知识及基本技能学习和训练，综合实验用以培养学生的知识应用和实践能力，研究创新型实验用以培养学生的科研和创新能力。每项实验均有详细的实验理论，以帮助学生了解实验设计的基本原理。每项实验有实验预习和论文式实验报告要求，以培养学生自主研究式学习的能力。“植物生理学研究创新型实验”基本内容和进度见表1。

表1　“植物生理学研究创新型实验”基本内容和进度

五、江西农业大学“植物生理学研究创新型实验”的实践要求

1．研究创新型实验教学的目的

研究创新是实验教学的主要特色和核心。通过研究创新型实验教学，使学生基本了解植物生理科学科研的基本过程和方法，培养学生的基本科研能力和创新精神，推动学生积极参加科研实践。

2．研究创新型实验项目的要求

(1)选择的项目要进行充分的调研和文献检索，研究方法科学，有一定先进性或创新性。

(2)根据实验中心的实验室资源选择项目，使研究项目切实可行。

(3)研究项目要短小精悍，观察指标不宜过多，每组2～4人。

(4)项目所用材料(包括药品试剂)费用不宜过高，一般以200元左右人民币为限。

(5)实验材料(包括药品试剂)用量要估算出一个上限。

(6)研究创新型实验项目申请书和实施计划书要填写完整，以便实验室准备。

3．研究创新型实验教学的内容

(1)研究创新型实验专题讲座：本项目研究背景和意义，提出问题，建立假说。

(2)文献检索和阅读：文献数据库及计算机检索，文献阅读要点。

(3)项目研究的实验设计：实验对象、观察指标、实验方法和实验分组等。

(4)开题报告：以组为单位进行研究创新型实验报告和答辩。

(5)实验研究：先通过预备实验确定实验方案，然后开始正式实验。

(6)数据统计：实验结果的整理和数据统计。

(7)论文撰写：按江西农业大学学报(自然科学版)格式要求撰写论文。

(8)论文答辩：以组为单位进行研究论文报告和答辩。

4．研究创新型实验教学的要求

(1)采用研究导向式教学，以学生为主体，充分调动学生的积极性，提倡由学生自主立题、实验设计、自主组织实施研究创新型实验。教师主要起引导作用。

(2)培养学生严谨求实的科学态度和工作作风，培养学生的创新精神。

(3)充分利用计算机多媒体技术和网络手段进行教学，包括研究创新型实验项目报告、研究创新型实验专题讲座、开题报告和论文答辩等。

(4)营造浓厚的学术气氛。

(5)开题报告前由学生选举4人，加上教师1人组成答辩组，答辩组组织开题报告、论文的答辩和评议，答辩和评议须进行记录，答辩结果作为评定成绩一项参考内容。

(6)教师要对每堂课的情况进行记录，作为设计、操作部分成绩评定的依据。(www.xing528.com)

(7)研究创新型实验教学的指导教师应符合下列要求：

①正高、副高职称的教师，高年资(四年)讲师。

②低年资教师、师资博士后、博士研究生、硕士研究生辅助教学。

5．教学程序

(1)开始实验前2周填写完成“研究创新型实验项目申请书”，并进行开题报告。

(2)开始实验前1周填写完成“研究创新型实验项目计划书”，并递交到实验室。

(3)研究创新型实验讲座和网上文献检索、开题报告、研究创新型实验实施安排见表1。

6．研究论文撰写要求

(1)每人独立完成一篇研究创新型实验论文。

(2)书写工整(建议使用打印稿)，文字简练，术语正确，规范使用英文缩写。

(3)格式及内容要求：

①题名：实验名称。

②作者：作者姓名及单位(年级、专业和班级)。

③摘要：按目的、方法、结果(用具体数据表示，并说明显著性检验结果)、结论格式书写。

④研究背景：本研究的现状及存在或尚未解决的问题，本研究要解决或探索的问题。

⑤材料和方法：材料应包括主要实验器材和试剂，实验方法应详细完整，写明分组及处理方法。明确数据的表示方法和统计方法。

⑥实验结果：客观的实验结果用数据表示；要求统计的实验结果，用统计表或图，显著性检验应标注概率；图表应规定标注图序、图题、表序和表题。用文字描述结果，条理清楚。

⑦讨论及结论：从实验结果出发，探讨分析每一项实验结果产生的机理，得出结论。

⑧参考文献：参考文献引用处，在引用句末根据引用顺序用上标序号(用方括弧括住序号)表示。参考文献索引按引用序号，作者，题名，杂志名称，出版时间，卷(期)格式及页码书写。

(4)原始记录和开题报告：原始记录完整，每组至少有一份经过整理和标注的实验原始记录数据(包括记录曲线)和开题报告，原始记录和开题报告作为论文附件装订在论文后。

7．论文的批改和评价要求

(1)一律用红色笔批改、评价。

(2)圈或划出错误部分，尽可能改正。

(3)每篇论文均应仔细批改，对格式符合要求、错误很少和质量较好的论文，可在该论文首页标注“范本”字样。

(4)在论文末尾写上评语、成绩和指导教师签名及批改时间(yyyy．mm．dd)。

(5)研究型实验教学成绩由两部分构成，设计操作成绩和论文成绩分别给出，设计操作成绩在前，论文成绩在后，两者之间用“+”。

8．成绩评定

教师提交课堂记录和设计、操作部分成绩评定记分册。教师提交批改后的学生论文和论文评定成绩记分册。

参考文献

［1］陈至立．坚持用科学发展统筹高等教育，加强管理，提高质量，办出特色——在教育部直属高校工作咨询委员会第址七次会议上的讲话(2007年《教育部公报》第4号)［DB/OL］．http://www．moe．edu．cn/edoas/website 18/info 27708．htm

［2］路甬祥．造就创新人才是建设创新型国家的关键［J］．中国科学院院刊，2006，21(3)：177-182

［3］潘云鹤，路甬祥，韩祯祥，吕维雪，吴健．拔尖创新人才培养二十年的探索与实践［J］．中国大学教学，2005，(11)：21-23

［4］邢宝君．面向21世纪培养创新人才［J］．中国高教研究，1999，(3)：18-19

［5］陈睿．实验室建设与创新人才的培养［J］．实验室研究与探索，2004，23(9)：86-88

［6］张义．高校实验室建设与创新人才的培养［J］．渝州大学学报(社会科学版)，2001，18(3)：105-106

［7］蔡炳新．创新实验教学培养创新人才［J］．国内高等教育教学研究动态，2010，(7)：12-12

［8］高翅，王平祥，马华力．创新农林科实验教学［J］．中国高教研究，2003，(4)：85-86

［9］郭均纺，周领，黄玮．基于表现性评价的实验教学研究［J］．实验室研究与探索，2007，26(8)：89-90，106

［10］庄前熠．实验室管理学基础［M］．北京：高等教育出版社，1989

［11］陈小平．建国50年来我国高等学校实验室的建设与发展［J］．实验室研究与探索，1999，18(5)：1-4

［12］许开君，李炳彦，赵吉庆，杨萍芳．电工学实验室的“软件”建设［J］．实验技术与管理，1994，11(2)：57-59

［13］祁瑞真，刘庆超．加强实验室建设迎接新一轮挑战［J］．实验室研究与探索，2000，(6)：128-130

［14］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［J］．中国大学教学，2005，(2)：4-5

［15］教育部．教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见．2007