试议生理学高校生理学创新实验教学设计办法和评测
更新时间：2024-03-08
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摘 要：为适应《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》要求，对北京师范大学生理学实验创新课程教学目标做了一定的修订，主要以生理学创新实验为例详细介绍了基于引导激发式教学的创新实验设计方法和评测。
关键词：生理学创新实验 教学目标 引导激发式教学 实验教学设计和评测
College Physiology innovative experimental teaching design methods and evaluation
Xing Xiuyu， Bing Jie， Zeng Shaoju
Beijing normal university， Beijing， 100086， China
Abstract： In accordance with the requirement of "National long-term educational reform and development plan（2010-2020）"， we did certain amendments of Physiology experiments innovative teaching objectives. This paper introduces the innovative experimental design and evaluation based on guiding and inspiring teaching methods in Physiology innovative experiment .
Key words： Physiology innovative experiments； teaching objectives； guide and inquiry teaching methods； the innovative experimental design and evaluation
在“十二五”期间，为适应创新型国家建设需要的高水平创新人才的需要，教育部实施“国家级大学生创新创业训练计划”。生物科学领域在20世纪60年代提出“做科学实验是研究科学做好的方法”。到80年代此概念得到了发展，提出“探索自然、提出问题、形成多种假说、多方位证明假说，并用逻辑性思维梳理各类证据”。随着时间的推移，到90年代，科学教育又取得了新的里程碑式的发展，要求科学教育者引导学生主动独立学习、鼓励学生进行实验设计、强化对科学知识在实践应用中的熟练程度并能促进学科间的交流。以探究为基础的教学理念在大学本科生物实验教学中日益增多，我们将探究结合到生理学实验课程中并做出了具体的案例评测，提出实用的方法进行引导激发式教学。
1 新时期高校生理学实验创新课程教学目标的修订
生理学实验课程在本科生物课程中属于必修课内容。本课程面向大学二年级学生开设，传统教学中该门实验课程以实验为基础，介绍生理学实验操作及注意事项，如急性实验中手术操作、动物麻醉技术、动静脉插管技术、神经剥离技术、体外内环境保持技术、药理学实验操作技术等，实验评测以每次实验报告的情况及实验过程中数据的采集为评测标准。在传统的实验课程标准中学生很难发现实验的乐趣，学生只要按部就班就可以完成大纲所要求的实验内容，对学生而摘自：本科毕业论文评语www.618jyw.com
言枯燥乏味不具有任何挑战性。
如何利用生理学实验室的平台通过学生间的合作让学生在基础性的教育模块中熟悉科学的实验流程，从而更早地领会生物学研究的实质，并能很好地完成此必修实验课程的教学目的？经过实验教学组的论证，提出了以下假设并将此假设应用到生理学创新实验中。
通过让学生阅读理解文献，在文献背景下结合本门实验课程提出相关问题和假说，并制定出详尽的实验步骤方案论证假说，设计的实验步骤必须能在本实验课程平台范围内完成。学生通过实验学会收集、分析并能提供原始的实验研究数据。创新实验中强调以学生间自由组合小组的方式完成。
2 选题背景介绍
在生理学实验创新模块的开始阶段，鼓励学生选择生理学实验中任意感兴趣的课题进行研究。开始时，学生对此非常感兴趣，但是随着开放式和探究式方法在实验教学中不断发展和应用，发现此种情况下学生研究课题内容过于空洞、缺乏深度。随后，经过论证，实验创新项目逐渐让学生集中在神经与肌肉的问题上，开始几次基础课让学生熟悉神经肌肉的特性和课程背景，为学生构建研究课题和理解概念奠定基础。
3 实验创新课程体系构建
创新实验体系采用分组的形式，有利于学生对专业文献的掌握，本门实验以小班教学为主，29名学生分为7组。研究表明每组4名学生是最好的组合形式，少于4人的小组在处理尖端问题的时候不能集思广益形成最优解决方案，超过4人的小组往往导致一些学生不积极参加小组研究。课程评测方式以小组为单位，小组成员为了得到好的成绩需要共同努力完成该实验。鉴于每位学生在小组中的参与程度不同，有特别奖励机制，如每组组长或是提出开创性问题的学生都会有格外的加分。同时，教师也积极参与各组实验，实现师生间的良好互动。在此创新开放探究实验中，教师的角色不仅是一个指导者，更重要的是教师需要把以往的经验告诉学生，并在合适的时机给学生的实验设计提出合理的建议，与此同时教师也要在整个过程中不断激励学生，以提高学生对创新开放实验的热情[3]。
在实验课的第一节课给学生介绍本门课程中的创新实验计划，由于学生在先前的实验课程中没有接触过实验研究，对这项内容感到很茫然，觉得是一项很难完成的任务。为了真正达到开放探究式实验教学的目的，教师需要转变学生的思维模式，从只按实验指导书按部就班地做实验向自己开放设计实验的思维方向的转变。在第一次实验课上简明地给学生介绍开放探究创新实验的科学方法及如何能达到该门课程的预期。具体步骤包括： （1）选定课题，宽泛入手，发掘兴趣点，如动作电位，外环境哪些因素对动作电位有影响；（2）阅读专业书、文献，在宽泛课题下找到特定的研究点，例如：咖啡因、酒精、温度等对外周神经的影响（阅读专业文献综述有利于学生了解该研究领域的前期工作及该领域下的分支，以便找到此领域中的兴趣点）；（3）随着文献的大量阅读，学生可以找到相关领域中的空白点，很多文献中作者也会提到该项研究下一步的研究方向；（4）基于研究文献、基础课程内容及实验室条件，学生小组对兴趣点中特定领域某个问题形成质疑并提出假说。在过去的实验教学中，学生倾向于用哪种实验方法做实验，而现在，学生的思维方式转变成了采用何种实验方法能解决某个实际问题。具体流程见表1。
表1 开放探究创新实验流程及评分表[3]
4 实验课程目标评测
为成功让学生完成该开放式探究性创新课程，在学生进实验室前，需要提交实验研究计划表，具体内容见表1，该表作为样板式样供学生参考，并给出了相应的评分标准，此表有利于合思路将整个实验的结构框架有机地整合到一起。学生按照表的内容阅读文献，写出基本原理，并详细规划进入实验室后需要做的每一步内容，在此基础上学生能给出预期的实验结果。
研究计划的制订有利于减少学生做研究的压力，在做完基础性神经动作电位和神经肌肉电传导后一个月左右时间完成，学生可以在此期间提交多份方案，每一次的修改使得学生的研究计划更加完善。源于：论文格式www.618jyw.com
在学生开放性探究式创新实验中，此实验计划方案充当了实验手册的作用。为了实验课题计划的圆满完成，学生需要把实验设计中的所有细节都写在实验计划中。
当前期的准备工作完成后，学生进入实验室开始完成实验设计方案，学生需要自己准备所需的一切实验用品及熟悉仪器的使用方法。实验室的空间和资源是有限的，学生不仅要与本组成员协调好各自的时间安排，还要与其他组之间协调好时间，以统筹安排自己的时间。而作为教师，在这个过程中要在实验室答疑，制定出试剂配备的最佳方案。大约两周时间，学生分析所得数据并依据研究计划得出结论，学生和教师共同分析实验结果，解释相关数据间的联系。并按照表2的样板提交实验报告，做出实验展板，利用一次实验课的时间集中在一起做科学研究汇报。
表2 研究报告结果展示内容及评分标准[3]
5 结果讨论
基于开放性和探究性的高校生理学实验创新课程的研究，我们采用了通用的李斯特式量表完成[4]，调查表在学生完成实验研究汇报后填写，调查内容见表3。统计结果表明，本次创新课的目标基本达到了课程教学目标的要求。在表4中，学生通过本次创新实验课程对自身能力进行了评估分析，数据显示，大多数学生认为在此领域提高了学习能力并取得了相应进步，与我们预期的结果一致。
表3 学生对开放探究创新实验的评测
注：平均数据是对2009级学生全班102名学生中随机抽调的29名学生做平均数及方差分析。学生选择系数从0到5进行选择。平均数，标准差
表4 学生在开放创新型实验中的自我评测
注：平均数据是对2009级学生全班102名学生中随机抽调的29名学生做平均数及方差分析。学生选择系数从0到5进行选择。
结合生理学实验课程特点的开放性和探究性创新实验课程方法的建立，在实验教学教与学两个方面进行了很大转换。把科研的基本思路在大学本科阶段有方向性的介绍给学生并让学生在实际应用中不断熟悉。教师不仅仅要培养学生适合本学科的特定技术，而要充分给学生以主动权，让学生积极参与到实验教学的准备、设计、规划、管理协调之中[5]。开放探究创新实验的结果有时没有如学生预期般顺利进行，这也是科学研究的重要特性，需要不断重复和重新整合发现问题。在大学本科阶段，有意识地让学生明白这些道理，对学生未来是否选择投身科学研究有良好的指导意义；与此同时，开放创新性实验课程在生理学实验这门基础学科中的应用，也为本门传统课程注入了新的活力，让学生从纠结于动物的存在价值和道德中解放出来，让学生能在实际解决问题中，明白实验动物的生存价值所在。
参考文献
Jay B Labov ， Ann H Reid ， and Keith R Yamamoto. Integrated Biology and Undergraduate Science Education： A New Biology Education for the Twenty-First Century？ CBE-Life Sciences Education，2010，9，10-16.
http：//cls.bnu.edu.cn/tabid/266/InfoID/1300/frtid/207/Default.aspx.
[3]Frank Cacco JR..An Open-Ended， Inquiry-Based Approach to Environmental Microbiology. The American Biology Teacher.2011，73，521-525.
[4]William Bialek and Did Botstein.Introductory Science and Mathematics Education for 21st-Century Biologists. Science，2004，303，788-790.
[5]龚建明.加强生物实验教学是发展创新教育的关键[J].成才之路，2010，6：11.
关键词：生理学创新实验 教学目标 引导激发式教学 实验教学设计和评测
College Physiology innovative experimental teaching design methods and evaluation
Xing Xiuyu， Bing Jie， Zeng Shaoju
Beijing normal university， Beijing， 100086， China
Abstract： In accordance with the requirement of "National long-term educational reform and development plan（2010-2020）"， we did certain amendments of Physiology experiments innovative teaching objectives. This paper introduces the innovative experimental design and evaluation based on guiding and inspiring teaching methods in Physiology innovative experiment .
Key words： Physiology innovative experiments； teaching objectives； guide and inquiry teaching methods； the innovative experimental design and evaluation
在“十二五”期间，为适应创新型国家建设需要的高水平创新人才的需要，教育部实施“国家级大学生创新创业训练计划”。生物科学领域在20世纪60年代提出“做科学实验是研究科学做好的方法”。到80年代此概念得到了发展，提出“探索自然、提出问题、形成多种假说、多方位证明假说，并用逻辑性思维梳理各类证据”。随着时间的推移，到90年代，科学教育又取得了新的里程碑式的发展，要求科学教育者引导学生主动独立学习、鼓励学生进行实验设计、强化对科学知识在实践应用中的熟练程度并能促进学科间的交流。以探究为基础的教学理念在大学本科生物实验教学中日益增多，我们将探究结合到生理学实验课程中并做出了具体的案例评测，提出实用的方法进行引导激发式教学。
1 新时期高校生理学实验创新课程教学目标的修订
生理学实验课程在本科生物课程中属于必修课内容。本课程面向大学二年级学生开设，传统教学中该门实验课程以实验为基础，介绍生理学实验操作及注意事项，如急性实验中手术操作、动物麻醉技术、动静脉插管技术、神经剥离技术、体外内环境保持技术、药理学实验操作技术等，实验评测以每次实验报告的情况及实验过程中数据的采集为评测标准。在传统的实验课程标准中学生很难发现实验的乐趣，学生只要按部就班就可以完成大纲所要求的实验内容，对学生而摘自：本科毕业论文评语www.618jyw.com
言枯燥乏味不具有任何挑战性。
如何利用生理学实验室的平台通过学生间的合作让学生在基础性的教育模块中熟悉科学的实验流程，从而更早地领会生物学研究的实质，并能很好地完成此必修实验课程的教学目的？经过实验教学组的论证，提出了以下假设并将此假设应用到生理学创新实验中。
通过让学生阅读理解文献，在文献背景下结合本门实验课程提出相关问题和假说，并制定出详尽的实验步骤方案论证假说，设计的实验步骤必须能在本实验课程平台范围内完成。学生通过实验学会收集、分析并能提供原始的实验研究数据。创新实验中强调以学生间自由组合小组的方式完成。
2 选题背景介绍
在生理学实验创新模块的开始阶段，鼓励学生选择生理学实验中任意感兴趣的课题进行研究。开始时，学生对此非常感兴趣，但是随着开放式和探究式方法在实验教学中不断发展和应用，发现此种情况下学生研究课题内容过于空洞、缺乏深度。随后，经过论证，实验创新项目逐渐让学生集中在神经与肌肉的问题上，开始几次基础课让学生熟悉神经肌肉的特性和课程背景，为学生构建研究课题和理解概念奠定基础。
3 实验创新课程体系构建
创新实验体系采用分组的形式，有利于学生对专业文献的掌握，本门实验以小班教学为主，29名学生分为7组。研究表明每组4名学生是最好的组合形式，少于4人的小组在处理尖端问题的时候不能集思广益形成最优解决方案，超过4人的小组往往导致一些学生不积极参加小组研究。课程评测方式以小组为单位，小组成员为了得到好的成绩需要共同努力完成该实验。鉴于每位学生在小组中的参与程度不同，有特别奖励机制，如每组组长或是提出开创性问题的学生都会有格外的加分。同时，教师也积极参与各组实验，实现师生间的良好互动。在此创新开放探究实验中，教师的角色不仅是一个指导者，更重要的是教师需要把以往的经验告诉学生，并在合适的时机给学生的实验设计提出合理的建议，与此同时教师也要在整个过程中不断激励学生，以提高学生对创新开放实验的热情[3]。
在实验课的第一节课给学生介绍本门课程中的创新实验计划，由于学生在先前的实验课程中没有接触过实验研究，对这项内容感到很茫然，觉得是一项很难完成的任务。为了真正达到开放探究式实验教学的目的，教师需要转变学生的思维模式，从只按实验指导书按部就班地做实验向自己开放设计实验的思维方向的转变。在第一次实验课上简明地给学生介绍开放探究创新实验的科学方法及如何能达到该门课程的预期。具体步骤包括： （1）选定课题，宽泛入手，发掘兴趣点，如动作电位，外环境哪些因素对动作电位有影响；（2）阅读专业书、文献，在宽泛课题下找到特定的研究点，例如：咖啡因、酒精、温度等对外周神经的影响（阅读专业文献综述有利于学生了解该研究领域的前期工作及该领域下的分支，以便找到此领域中的兴趣点）；（3）随着文献的大量阅读，学生可以找到相关领域中的空白点，很多文献中作者也会提到该项研究下一步的研究方向；（4）基于研究文献、基础课程内容及实验室条件，学生小组对兴趣点中特定领域某个问题形成质疑并提出假说。在过去的实验教学中，学生倾向于用哪种实验方法做实验，而现在，学生的思维方式转变成了采用何种实验方法能解决某个实际问题。具体流程见表1。
表1 开放探究创新实验流程及评分表[3]
4 实验课程目标评测
为成功让学生完成该开放式探究性创新课程，在学生进实验室前，需要提交实验研究计划表，具体内容见表1，该表作为样板式样供学生参考，并给出了相应的评分标准，此表有利于合思路将整个实验的结构框架有机地整合到一起。学生按照表的内容阅读文献，写出基本原理，并详细规划进入实验室后需要做的每一步内容，在此基础上学生能给出预期的实验结果。
研究计划的制订有利于减少学生做研究的压力，在做完基础性神经动作电位和神经肌肉电传导后一个月左右时间完成，学生可以在此期间提交多份方案，每一次的修改使得学生的研究计划更加完善。源于：论文格式www.618jyw.com
在学生开放性探究式创新实验中，此实验计划方案充当了实验手册的作用。为了实验课题计划的圆满完成，学生需要把实验设计中的所有细节都写在实验计划中。
当前期的准备工作完成后，学生进入实验室开始完成实验设计方案，学生需要自己准备所需的一切实验用品及熟悉仪器的使用方法。实验室的空间和资源是有限的，学生不仅要与本组成员协调好各自的时间安排，还要与其他组之间协调好时间，以统筹安排自己的时间。而作为教师，在这个过程中要在实验室答疑，制定出试剂配备的最佳方案。大约两周时间，学生分析所得数据并依据研究计划得出结论，学生和教师共同分析实验结果，解释相关数据间的联系。并按照表2的样板提交实验报告，做出实验展板，利用一次实验课的时间集中在一起做科学研究汇报。
表2 研究报告结果展示内容及评分标准[3]
5 结果讨论
基于开放性和探究性的高校生理学实验创新课程的研究，我们采用了通用的李斯特式量表完成[4]，调查表在学生完成实验研究汇报后填写，调查内容见表3。统计结果表明，本次创新课的目标基本达到了课程教学目标的要求。在表4中，学生通过本次创新实验课程对自身能力进行了评估分析，数据显示，大多数学生认为在此领域提高了学习能力并取得了相应进步，与我们预期的结果一致。
表3 学生对开放探究创新实验的评测
注：平均数据是对2009级学生全班102名学生中随机抽调的29名学生做平均数及方差分析。学生选择系数从0到5进行选择。平均数，标准差
表4 学生在开放创新型实验中的自我评测
注：平均数据是对2009级学生全班102名学生中随机抽调的29名学生做平均数及方差分析。学生选择系数从0到5进行选择。
结合生理学实验课程特点的开放性和探究性创新实验课程方法的建立，在实验教学教与学两个方面进行了很大转换。把科研的基本思路在大学本科阶段有方向性的介绍给学生并让学生在实际应用中不断熟悉。教师不仅仅要培养学生适合本学科的特定技术，而要充分给学生以主动权，让学生积极参与到实验教学的准备、设计、规划、管理协调之中[5]。开放探究创新实验的结果有时没有如学生预期般顺利进行，这也是科学研究的重要特性，需要不断重复和重新整合发现问题。在大学本科阶段，有意识地让学生明白这些道理，对学生未来是否选择投身科学研究有良好的指导意义；与此同时，开放创新性实验课程在生理学实验这门基础学科中的应用，也为本门传统课程注入了新的活力，让学生从纠结于动物的存在价值和道德中解放出来，让学生能在实际解决问题中，明白实验动物的生存价值所在。
参考文献
Jay B Labov ， Ann H Reid ， and Keith R Yamamoto. Integrated Biology and Undergraduate Science Education： A New Biology Education for the Twenty-First Century？ CBE-Life Sciences Education，2010，9，10-16.
http：//cls.bnu.edu.cn/tabid/266/InfoID/1300/frtid/207/Default.aspx.
[3]Frank Cacco JR..An Open-Ended， Inquiry-Based Approach to Environmental Microbiology. The American Biology Teacher.2011，73，521-525.
[4]William Bialek and Did Botstein.Introductory Science and Mathematics Education for 21st-Century Biologists. Science，2004，303，788-790.
[5]龚建明.加强生物实验教学是发展创新教育的关键[J].成才之路，2010，6：11.
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