基于学生科研素质培养的实验教学改革与实践

基于学生科研素质培养的实验教学改革与实践

肖　靓　刘　凌　谢　青　吴元喜　韩家鹏

（华中科技大学生命科学与技术学院，湖北武汉430074）

摘　要：通过实验教学环节培养和提高学生的科研素质是目前教育界广泛关注的热点。在改革与实践中，本文结合教师科研、业余科研小组和创新基地等进行了实验教学内容的科研课题化探索，通过系统化的课程内容设计，以及在实验内容中加入科研的综合性要求，在实验多个环节过程中培养学生的交流、沟通能力和团队精神。多年的实践结果表明学生的学习积极性和主动性明显增加，学生的综合素质和科研创新能力不断提高，取得了非常好的效果。

关键词：实验教学　改革与实践　科研能力

当前，我国经济建设突飞猛进，市场和企业对人才需求多元化，对高校人才培养提出了新的要求，综合型院校必须适应形势发展的需要，重视和加强对本科生科研素质的培养。《中华人民共和国高等教育法》也明确规定：本科生应“具有从事本专业实际工作和研究工作的初步能力”（第十六条），可见提高本科生的科研素质，使之具备初步的科研能力，是实现本科生培养目标的一个重要环节，是大学教育诸环节中不可或缺的组成部分。科研素质从组成要素来看，主要包括科研意识、科研态度、科研知识和科研能力4个方面。我院自2002年成立校院两级管理的实验教学中心以来，为了培养学生科研基础知识，训练学生的动手能力，培养创新意识和创新能力，根据学科发展特点，建立了以“综合设计、学科交叉”为特色，“学、研、产一体化”的创新实验平台。实验平台推行实验室全面开放，满足“面向全体、因材施教、形式多样、讲究实效”的原则，并采用以学生为中心、教师加以启迪和引领的教学模式。各种科研项目的实施，营造了浓厚的科研氛围，提高了学生对科研活动的兴趣，使学生在实践中学习、在学习中实践，激发了学生的求知欲和创造力，使学生与学生之间以及学生与教师之间的合作研究更趋于主动与和谐。

1　实验课程教学内容的科研课题化探索

1.1　学生进入教师的科研团队，围绕教学内容选择感兴趣的项目

该模式通常由各学科教师提供尽可能多的备选和自选研究项目，学生根据自己感兴趣的项目，可单独与某领域的教师洽谈，同时，指导教师也对学生能力、基础和素质进行考察，通过双向选择，达成共识后让学生进入到指导教师的科研团队。学生在教师指导下进行相对独立的科研活动，参加资料查阅、实验设计、实验数据采集、数据处理和分析等全过程。通过参与科研团队的活动，学生有更多的时间和机会与老、中、青专家，以及博士生、硕士生接触，在充满学术氛围的群体中，能让学生实实在在体会到理论所学与科研实际的结合，了解科研的全过程，使学生的个性品质得到了锻炼。老师们严谨求实的科学态度，以及无私奉献和团结协作的精神，都给学生们留下了深刻的影响。

1.2　学生组成业余科研小组，开展研究创新实验活动

学生根据自身特点，自己选定课题和实验内容，按照互补性原则，组成业余科研小组，在教师指导下查阅资料，制定实验方案，经老师审定后，在创新实验平台进行开放性科研实验活动。在学生自主实验的过程中，教师是学生的顾问，负责解答学生的疑难问题，为学生提供帮助和建议。比如有些学生不了解文献资料获取渠道，教师可以就此作一些介绍，对于实验过程中出现的一些问题，教师不急于替学生解决问题，而是通过提示并和他们一起分析问题，让他们找出问题原因。教师对学生的研究活动提供及时的启迪、引领和评价，保证其活动方向的正确性，并且教师从细节入手，以言传身教的形式，纠正学生的不良态度和习惯，培养其严谨、求实、一丝不苟的作风。该模式中教师针对性地施予学生，做到真正的“以学生为中心”，让学生最大限度地释放其内在潜能并挖掘其创造力，培养学生团队意识和协作精神，使所学理论知识在实际中得到充分应用。

1.3　利用创新基地和学业导师的作用，抓住个性发展的时机

创新基地是学院为优秀学生建立的一个创新实验平台，每年有20个左右的自选课题入选，校院两级分别给于适当的经费资助。进入创新基地的学生都有一个明确的目标，即通过课题研究提高自己的创新能力，争取成为一名创新人才。学生主要利用课余时间进行课外探索，指导教师负责审查实验方案，加强实验过程指导，督促学生作好详细的实验记录，定期组织学生讨论、交流。目前，参与学生基本做到每周组织一次项目组成员研讨会，每月组织一次院内项目组之间的交流活动，每季度提交一份研究工作进展报告。在项目研究时间过半时，学院将要进行中期检查，对项目的研究进展实时跟踪，项目完成后，学校组织专家以结题答辩会的形式进行项目验收，按优秀、良好、合格、不合格4类进行成绩评定。

学业导师是本科生认识和了解本专业的培养目标，建立自己科学研究和发展方向的指导教师，一般都有丰富的人生阅历和科研经历。学业导师给了学生零距离接触一流教授的机会。通过师生交流，学生对成功的自信感增强，方向明确，有了进行科学研究的机会，导师可以发现合适的优秀学生，让他们参与到自己承担的研究项目中。许多学生通过导师的引导，大二就开始了生科大实验的选题，通过二课和科研训练的的逐步深入和完善，最后成功承担起导师科研项目中的子课题，并取得了较好的研究成果，实现了教学相长、师生双赢。

2　实验教学课程内容的系统化探索

以综合大实验为载体，贯穿工程学知识点及其方法、技术，使实验项目既能反映实验教学的基本要求，又能反映现代科学技术发展的最新成果。重复或类似的实验尽可能合并，以充实每一个实验内容，增加其深度和广度，让学生在有限的时间和学分范围内，系统、熟练地掌握实验技术与技能，系统地培养学生的综合能力。

例如生物科学专业在大三上开设24学时《分子生物学实验》，实验内容是质粒构建及鉴定，即大肠杆菌质粒DNA的提取；PCR扩增目的基因及PCR产物的纯化；感受态细胞的制备及转化；重组子的鉴定。该实验要求学生掌握分子生物学实验的基本技能。

大三下学期开设48学时《高级生物化学与分子生物学实验》，实验内容是表达载体构建及表达产物鉴定，即提取重组基因质粒；酶切、回收目的基因片段，与表达载体连接、转化；阳性菌落鉴定；诱导表达，选取高表达菌株；表达产物酶活性的检测；Western-Blot蛋白印迹。该实验要求学生能把生物化学实验技术与分子生物学技术贯通综合起来完成2～3个综合设计性实验。

大三暑假开设64学时《生科大实验》和2周的《科研训练》，实验内容是工程菌小规模发酵，即一级、二级种子的制备；发酵参数的确定；发酵产物酶活性的检测；发酵液中有效成分的提取纯化及干燥、结晶。实验目的是为热心于科学研究和技术开发的优秀学生提供参加科技创新活动的机会，鼓励他们自主选题、大胆创新，教师给予必要指导，实验室提供基本条件，调动学生学习的主动性和积极性，培养学生积极从事科学研究的志向，潜心捕捉和发现科研课题的探求欲，通过从基本技能到科研素质提升的培养模式培养学生的科研素质。

3　实验教学过程中学生综合能力培养的实践

在信息社会里，人与人之间的相互交流与合作越来越密切。一个人的文字表达能力和口头表达能力同等重要。例如大三学生根据自己的实际情况向老师申请实验《植物原生质体的分离纯化与双分子荧光互补确定基因共定位》，得到指导老师的认可后学生根据需要自行组队。为了提高实验效率，他们又将实验拆分为植物原生质体分离纯化和相关荧光互补载体构建两个部分，每一部分由专人负责把握实验进度和与同组其他学生及老师之间的联系。在实验过程中，各小组之间针对各自遇到的问题在组会时自制PPT，通过组员间的讨论来确定实验设计方案的可行性，同时根据实际需要对人员安排不断进行重新调整确保所有实验环节同步进行。实验结束后，以实验班级为单位开展答辩交流，即学生首先简洁地陈述自己实验研究的内容、技术手段和研究的成果，然后由教师和同学提问，最后教师作指导与点评，并给出成绩。通过汇报、小组发言和撰写论文等多种形式的锻炼，大多数同学能从容不迫、条理清楚地讲解。科研实验过程中的交流，使学生们的胆量、自信心及书面和口头表达能力都有了很大的提高，也加强了学生与学生之间、学生与教师之间的相互学习、相互促进，最终达到提高学生的整体创新意识和实践能力的目的。

4　几点体会

（1）增强了科研意识、熟知了科研方法。综合性和设计性实验从头到尾由学生独立完成，教师点拨要点，引导思路，指导方法，检查方案，逐步引导学生完成实验，大大提高了学生独立完成实验的主动性和积极性。学生主动提问题占90%，学生查阅资料占100%，实验认真、刻苦占85%。从实验结果的调查情况看，学生受益大，锻炼全面，各种能力提高较快，很受学生的欢迎。

（2）培养了严谨的科研态度、取得了优异的科研成绩。在实验室进行项目研究的过程中，教师们以及师兄、师姐的言传身教，培养了学生良好的实验习惯以及勤奋、务实、吃苦的工作作风，促进了科研思维和严谨的实验态度的形成。近几年，我院本科生获得国家、省部级科技竞赛奖励和国家科技发明奖共计50余项，在权威、核心期刊发表论文百余篇，多篇被SCI、EI收录，最高影响因子达5.68，这些都为学生今后真正走上实验研究的道路奠定了基础。

（3）建立了一整套管理严密、行之有效的实验考核。实验考评是对学习效果评定的手段，借此以督促学生培养严谨客观的科研态度、规范正确的操作手段、独立思考和自主学习的能力等。为了避免实验考核的错判、漏判，防止学生实验过程中的作弊现象，做到了打分时胸中有数，实验成绩评定标准为课前：完整地收集资料10%、合理设计实验方案10%；课间：合理安排实验时间10%、规范的操作细节10%、良好的实验作风10%、完整准确的实验记录10%；课后：规范完整的实验报告10%、科学合理的实验报告分析10%、实验操作考核10%、口试10%。通过课前、课间、课后三阶段的过程性评价，及时记录了学生每个过程的表现，准确掌握每个学生的具体情况。几年来的实验教学表明该实验考核体系使学生完成实验内容的主动性和积极性得到充分调动，得到了学生和老师的充分肯定。

实验教学是高校教学很重要的组成部分，实验教学既直观又有效，既生动鲜明又富有吸引力，既可获得感性认识，又能升华到理性认识，既开发了学生的思维，又培养了学生的能力。我院实验教学中心通过一系列的实验改革，营造了一个自主、科学、创新的实验氛围，为学生提供了一个展现自我的舞台，深受学生的欢迎，学生们增强了自主学习、主动实践和研究探索的积极性，涌现出许多乐于实践、勇于实践、长于实践的优秀学生，学生的科研素质也得到了整体的提高。

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