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关键词:本科生 课外科研 创新能力
教育部2010年10月颁布《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》,其教育指导思想是把育人作为教育工作的根本要求,关心每个学生,促进每个学生主动地、生动活泼地发展,为每个学生提供适合的教育,努力培养造就一大批拔尖的创新人才;其工作方针是把改革创新作为教育发展的强大动力,以学生为主体,以教师为主导,发挥学生的主动性,创新人才培养体制,提高人才培养质量。政策行文首次提出,高等学校要加强实验室基本建设,支持学生参与科学研究。高等学校是培养创新人才的阵地,高校教师是实施创新教育的主导力量,教育政策为高校教师提出了两方面的要求:一是教师要为学生的发展提供实现途径,二是大学生成为创新教育的主体后教师要起到引导作用。在实际教学工作中如何达到这两个要求,我们上海海洋大学水产与生命学院以培养生物科学专业的本科生课外科研创新为契机,开展了一系列的实践活动,具体如下:
一、本科生课外科研创新的平台建设
良好的环境被喻为创新人才的摇篮,生物科学的研究更应当具备良好的环境,尤其是物质条件,例如实验分析仪器、实验材料、药品和耗材等。我校创设于1952年的水生生物学专业,为国内最早设立的同类专业,目前,已在水生生物多样性与保护、水生动物繁殖与发育、水域环境生态等学科研究方向上独具特色和优势。在上海市教委重点学科(第三期)建设的资助下,配齐了60余间实验室的常规生物学教学实验仪器,购置了数百台用于教学的显微镜、解剖镜和转基因显微注射器,建立了细胞培养和鱼类繁殖平台,完善了水生生物多样性教学实验室和水生生物标本保藏与数字化标本馆建设。我校的生物科学专业的本科生教育,从大学一年级开始就可以利用已建立的良好实验条件,按照个人的意愿,独立开展一些感兴趣的科研实验。通过积极自主的探索研究,充分发挥学生丰富的想象力和创造力,极大地提高了学生的科研创新能力。
二、本科生课外科研创新的制度化
本科生课外科研创新工作能够顺利开展必须有经费和制度作为保障。为此,我们主要依靠上海市教委重点学科建设经费特别设立了本科生创新基金,成立了基金管理委员会,制定了基金申请、使用、管理和监督等各项章程,做到有章可。学生自行组成研究团队,查阅文献,设计实验方案,然后递交申请,通过答辩和老师评审,每期资助6~8个项目,资助额度为0.5~1.0万元/项。获得基金资助的研究团队或个人,其项目管理实行导师制。具体做法是,通过项目申请的团队或个人,必须联系相关领域的一名教授作为项目督导员,由该教授参与项目监督,提供技术帮助,督导员如同导师,须为研究团队负责,监督项目执行情况。自本科生创新基金设立以来,已在多方面取得较好的效果。团队成员为第一作者的研究论文已有多篇在《动物分类学报》和《湖南林业》等刊物上发表,2007级林昱同学成功地实现了日本青的人工繁殖,成果获得中国鱼类学会2010年学术年会优秀论文一等奖,2006级胡舒婷同学发明的“新型多功能害虫诱捕器”,获得了2009年全国大学生创新项目一等奖,2010年上海市青少年科技创新市长奖提名奖。
三、课外创新与教学实习相结合
学生通过教学实习可以找到自己的研究兴趣点,教学实习无疑是一种提供科研创新思想的源泉,是一种培养学生实际研究能力的最好途径。我们在创新本科生课外科研能力的培养方法上,采取课外创新搭乘教学实习的方式,在最新一轮的教学改革计划中,我们独立开设了一门27学时的海洋生物多样性调查教学实习课程,一般选择位于浙江、江苏或青岛的我校科教实习基地进行为期7天的野外教学实习。1名老师指导1个约5~6人的小组,以小组作为基本教学单位开展相关实习,通过海水鱼塘和滩涂等水体类型的生物调查、采集和分析,查明代表性水体的海洋生物多样性特点,使学生掌握相关的基本理论和研究方法。这样既达到了教学实习目的,学生验证和深化了理论知识,这种教学方式更是作为一种培养学生实验技能和研究方法的有效途径,学生在实际中发现了科研问题,认识到了科学研究的基本过程,提高了他们独立开展课外科研的能力。
四、关于课外创新的几点思考
如何培养和提高本科生课外科研创新能力,是一个全社会高度关注的课题,制约学生发展科研创新能力的因素有多方面,既有教育体制方面,也有学校科研平台建设程度,还有学生自身科研创新的潜质等。在生物科学专业的本科生课外创新能力培养方面,我们已开展了一些有益的探索性工作,同时也思考如何进一步深入地推进这方面的改革,提高单位时间内的创新效率,我们认为需要加强两方面的制度建设:①进行课外科技创新的本科生都是利用课余时间从事相关的科学研究,一个课题从开题到结束往往需要花费很多时间,由此产生了课外科研与课堂争时间的现象。如何解决这一矛盾?我们建议在今后的实践中,给予参与课外科研创新的学生的学分待遇,实行“学分制”,做到科研创新有足够的时间保障。②北京大学王义遒教授曾说过:“教学改革也好,培养创新人才也好,最后都要落实在教师头”。作为项目督导员的指导老师,以一种自愿行为参与我校的大学生课外科研创新项目,他们都有自己从事的科研和教学任务,难免在时间和精力上做到公平对待大学生课外科研创新项目。针对这一问题,我们倡议权利和义务的均等性原则,指导老师有权利享有大学生科研创新的成果。依靠老师的正确引导,培养大学生的创新精神、创新思维和创新能力,逐步完善大学生课外科研创新的培养制度。
参考文献:
[1]唐文乔,龚小玲,鲍宝龙,钟俊生,杨金权.鱼类学国家精品课程建设的探索与实践.中国校外教育,2009,(12):99-100.
1.1高中生物实验的内容
根据实验的主要方法,可将高中生物必修部分的实验划分为7种类型:观察类、检测类、探究类、模拟类、调查类、设计类和搜集类[5].其中,观察、检测和模拟类实验比较常见;设计类实验是学生探索和发现真理的重要途径;调查类实验主要是针对已经存在的事实或现象,要求学生通过对客观事实和现象之间的了解得出结论,培养学生收集和分析资料信息的能力;而搜集类实验则要求学生根据问题拟出资料收集的具体方案,然后通过各种途径收集相关资料,最后对搜集到的资料进行筛选归类整理,并以各种形式(如黑板报、论文、报告及辩论赛等)展示.在选修模块实验中,选修1的实验以实践活动为主要学习方式,全部为实验操作,不同实验内容的教学目标各有侧重,有的侧重基本概念或原理,有的侧重实际应用,还有的侧重科学方法训练和培养学生的科学态度.实验类型大多数为引导式探究.在引导式探究活动中,学习资料中提出的实验结构或程序,学生自己设计并进行实验,通过参与探究过程有所体验和发现,从而达到预期的实验目标[6].根据选修2的实验中的活动建议,主要是进行调查、讨论和探究活动.教师引导学生开展这些活动,培养学生的参与意识,使得学生关注社会、关注生活、关注身边的科学和技术,能帮助学生体会到生物科学与人类社会、与学生的日常生活密切相关.选修3的实验中,除了技术要求较高的“DNA的粗提取和鉴定”外,其它实验都不在实验室进行,而多为口头交流、辩论等活动,由于本模块实验所涉及的科学领域研究进展迅速,教师要积极引导和组织学生查阅有关资料,练习撰写专题综述报告并组织开展这些活动[7].
1.2高中生物实验的特点
1.2.1实验数量多,类型多样化且综合性强仅《高中生物课程标准(实验)》列举的实验活动建议就有68条,当然这些实验并不要求学生全部掌握,但大多数是最基础的,学生掌握这些后,还要了解教材以外的实验,如试卷和课外书上出现的,要对大纲要求的实验有所扩展和延伸,才能够学以致用.实验数量多则相应地要求实验课时也多,据统计,实验课时甚至占到生物课总教学时间的40%[8].高中生物实验类型多.各种类型实验的方法不同,包括显微镜观察、染色鉴定、模型制作、多媒体技术模拟、户外调查及课外收集信息等;实验形式也不同,包括教师演示、学生分组完成及独立完成等.高中生物实验综合性强.往往一个生物实验中融合了多种实验类型特点.如“探究影响酶活性因素”的实验过程不仅要让学生经历一个完整的科学探究过程,而且还要求培养学生的实验设计能力,在实验过程中要考虑单一变量并进行定量分析;又如“设计并制作生态瓶”的实验不仅需要学生小组合作设计制作完成,而且也是一个模拟实验,模拟的过程充满探究的要素,此外,实验还要求学生对自己制作的“生态小瓶”进行长时间的观察,这无疑也培养了学生的观察能力.1.2.2科学探究受到重视,实验内容贴近生活且技术比较先进课程标准的4个基本理念之一是倡导探究性学习,在能力目标别提出了发展科学探究能力,并详细列举了11条与探究紧密相关的能力,这为开展探究性实验教学提供了重要指导.强调和重视科学探究还具体表现在新课程实验的结构和内容上,必修的3个模块中,具有探究性的实验几乎占到全部实验的三分之一,而选修部分的生物技术实践模块的13条活动建议中几乎均包含探究性的内容,另外2个模块的活动建议也多为可以进行资料收集探究的活动或调查[9]102.由此可见,课程标准把科学探究以不同层次和形式融合到实验教学中.高中生物课程标准强调关注学生的生活经验,注重与现实生活的联系,在现实生活的背景中学习生物学,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念,这样可以激发学生的学习兴趣,也可以让学生学以致用.如调查类和搜集类的实验都要求学生到现实生活中去调查和搜集信息,并对这些调查和搜集来的信息进行研究分析等.如选修1“生物技术与实践”中有果酒、果醋及腐乳的制作等,选修2“生物科学与社会”中对设施农业的参观和对绿色食品生产或消费情况的调查等,这些实验活动贴近生活,实验材料也来源于生活.实验技术比较先进.特别是选修部分的实验,大都与生命科学新技术、新应用紧密联系.如基因工程、克隆技术及干细胞研究等.此外,还有多媒体技术的运用,如“利用计算机辅助教学软件模拟人体某方面稳态的维持”等.
2生物科学(师范)专业实验内容及存在的不足
2.1实验内容
在高师生物科学(师范)专业课程体系中,生物类专业必修课比重大,几乎每门专业课程均设置了相应的实验课程,包括动物学、植物学、微生物学、遗传学、生态学、生物化学、细胞生物学、分子生物学、植物生理学及人体生理解剖学等实验,每门实验课程的实验数均在8~12个.
2.2存在的不足
2.2.1课程内容强调专业性,缺少与高中生物新课程的联系受传统高师生物课程观的影响,实验课内容倾向于强调系统性、整体性和全面性,突出学科专业性,而师范性不明显,验证性实验占据主导,设计性和综合性实验欠缺,缺少与中学生物实验教学有机联系的问题尤其突出.生命科学的发展日新月异,高中生物新课程很注重知识的时代性和前沿性[10],但生物科学(师范)专业的实验教学内容设置往往多年不变,不能反映生命科学学科发展的最新成果,与学生科学素质、实验技能和创新能力培养的要求不符.2.2.2实验教学内容缺乏与生产、生活和社会实践的联系高中生物课程标准提出注重与现实生活的联系理念,就是要改变轻视学生生活的现状,让学生在真实的生活中学习和体验知识.从课程标准建议了大量的调查类和搜集类的实验可以看出,高中生物实验更加强调与生活的联系,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的知识.但生物科学(师范)专业的实验内容大多是对理论的验证,更强调实验的学术性,相对而言忽视了与学生生活以及现实自然、社会的联系,不能激发学生学习的兴趣,无法让师范生深切地体会到专业知识的价值,可能会影响到以后工作的教学质量.2.2.3实验教学缺乏体系建构生物科学作为一门独立形态的自然科学,应有其自上而下、自下而上的实验体系,但师范院校的实验教学缺乏这种体系的建构[11]75.每一门课程仅从单一学科的知识系统性和完备性方面设计教学内容和技能训练,各门课程自成体系,与本专业其它课程联系不紧密,对课程内容整合较少,因而造成一些实验内容重复,如微生物学中的“霉菌观察”与植物学中的“菌类植物”实验内容基本一致.2.2.4实验教学模式化高师生物学实验教材编制模式化,实验设计程式化,即实验目的基本原理实验内容与材料等仪器与设备等操作步骤实验结果实验分析报告[11]76.实验过程以教师讲解、演示为主,学生履行三步曲,即按实验指导的要求或教师总结的实验步骤进行操作观察实验结果完成实验报告[12].学生对实验材料的采集培养、药品配制等实验的准备过程和实验方法步骤的设计参与度低,对实验方法步骤缺乏必要的思考理解和创新,师范生独立实验能力的培养受到限制.2.2.5研究性实验内容缺乏目前,生物科学(师范)专业开设的专业课实验内容大多为验证性实验,虽然可以加深学生对理论知识的理解和培养基本的实验技能,但仍属于间接获取知识的渠道,对培养师范生的科学探究能力不利.
3有效衔接高中与大学的生物学实验教学
3.1加强高中相关实验内容的渗透,增加和生活联系比较紧密的实验内容
生物科学(师范)专业的教师要致力于高中生物学实验教学的研究,了解其基本内容和方法手段.在保证实验课内容达到本科水平的前提下,选择与高中生物教学联系密切并能充分发挥现有实验条件的实验内容,制定切实可行的实验计划,力争使中学生物学实验中的基础部分、经典部分成为高师生物学实验的研究主题之一,使得高师生物实验内容与手段上形成和中学生物学实验的包涵关系.
3.2改进生物科学(师范)专业的生物学实验手段,使实验内容跟上科学技术的发展
在实验内容上,应该结合当前高中生物教学岗位的要求,组织各教研室有经验的任课教师对实验教学进行改革,剔除内容陈旧、技术落后的实验,增加反映现代定量分析、探究性、设计性和综合应用的新实验技术内容,跟上生命科学技术的发展.此外,在实验课程中,可以结合相关的研究课题和最新研究进展,在课堂讲解或是实验过程中穿插介绍,补充同一个实验的不同技术与方法.有些新技术、新方法,即使因为条件所限不能亲手做,但也应让学生有所了解,如光合强度的测定既有传统的改良半叶法、氧电极法及红外线二氧化碳气体分析仪法,也有较为先进的便携式光合仪测定法.
3.3整合实验内容
在制定生物科学(师范)专业的实验教学计划时,要统筹规划、互通有无、科学整合以及合理安排实验内容,避免学科间实验的简单重复,以增加实验的多样性和丰富度,提高实验教学效率,让学生在有限的实验教学中,接触和了解更多的实验内容与方法,这也契合高中生物实验内容和形式多样化的特点.实际上,高中生物涉及的68个实验,均可按照生物科学(师范)专业的专业课程进行分门别类,分别归入或融入到具体的相关课程实验中去,使学生在大学实验教学过程中,基本能接触到所有的中学生物实验内容.
3.4改革实验教学体系
将以验证性为主的实验教学体系改变为实验内容要求由低到高的生物基础实验、综合训练实验、研究设计实验3个不同层次的新体系[9]101.生物基础实验主要完成中学生物学新课程标准及实验大纲规定的基本内容,旨在培养学生的专业基本实验技能和动手能力,掌握生物学基本研究方法;综合训练实验则由学生实验小组(6~8人)自己设计方案、准备药品仪器及独立撰写实验论文,完成大纲规定的提高性内容或感兴趣的问题,旨在培养学生的综合能力和创新能力;研究设计实验为教师根据本地生物资源或结合本地生产实际而开设的科学研究性实验项目,在教师的带领下有针对性地开展科学研究实验,旨在培养学生的参与意识、科研意识和自然科学研究工作所应具备的科学态度.
3.5鼓励师范生积极参与实验准备工作
准备实验也是一名生物教师应有的专业素养之一.高师院校在生物实验教学中,应该鼓励师范生积极参与到实验准备工作中,如动植物实验材料的采集与培养、试剂的配制、仪器的调试、微生物菌种制作及消毒灭菌等,使学生系统地了解实验从始至终的全过程,这将提高师范生准备和组织生物实验的能力.
3.6培养学生口头表达能力,锻炼文字驾驭能力
教师应按照学生的认识规律,对实验内容加以组织、润色,并且用科学、准确、生动及富于启发性的语言表达出来,以便学生理解和接受.在实验教学中,教师要引导学生从实验现象出发,能够用生物专业语言表达、组织及研究实验,还应认真对待学生的实验报告,对表达不准确和书写不规范等情况及时纠正.
4结语
关键词: 生物科学 大学生科研素质 培养模式
随着社会的进步、科技的发展,社会对人才的综合素质提出了越来越高的要求,尤其是具有创新精神人才的培养是高等教育的主要内容,培养科研能力是培养创新素质的直接体现。一个国家科研水平的提高离不开大批具有创新精神和科研开发能力的高素质人才。如何培养大批适应时代需要、具有国际竞争力的高素质人才已经成为新世纪高等教育的重要目标之一。《中华人民共和国高等教育法》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”,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。
作为自然科学发展的最前沿,生命科学是当前发展最快的学科,也是应用最广泛的学科之一,这就要求生物科学专业的人才培养模式应更加注重培养学生的通用能力,塑造科研与创新意识,使学生具备较好的科研素质和创新能力,以适应学科与产业发展的需要。
国外高校的科研训练开始较早,如美国等。自1969年美国麻省理工大学开设“本科研究机会计划”起,加州大学洛杉矶分校、斯坦福、加州伯克利大学也陆续开始组织本科生科研训练并提供相应的支持,尤其是伯克利大学的科研训练方法新颖,成效显著,形成了著名的“伯克利模式”[1]。国内高校近年来也陆续开设了大学生科研训练项目。但本科生科研素质的培养是一个系统工程,涉及教学、科研领域等多方面问题,在培养大学生科研素质的过程中,应从多种途径入手,通过文献研究法、社会调查法和实验研究法等循序渐进,分层次有步骤地进行,才能取得最佳效果。我们经过几年的实践,摸索出一套较为科学有效的模式,具体体现在以下几个方面。
一、在课程教学中渗透对大学生科研素质的培养。
高校本科教育最主要的教学活动是以课程教学为中心的课堂教学。培养大学生科研素质不应完全以第二课堂形式的来完成,事实证明,课外活动形式培养学生科研素质存在盲目、短期、不系统的弊端。应真正将科研引入课堂,使其成为教学内容的一部分,本科生的科研素养培养应该提前,贯穿到大学教学的整个环节中,这自然涉及课程教学中渗透科研素质培养问题。这就要求教师本身要有较高的科学素养和科研水平,在授课过程中找到课程与科研之间的关联性,实现课程教学内容的创新,同时抓住与课程学习有关的科研基础环节强化训练,突出和强化对科研基本功、学术规范的传授和培养。如结合历年来诺贝尔医学或生理学奖的内容,既传授了知识,又对学生起到了很好的启迪作用。
二、重视实践教学,培养学生的创新能力和设计能力。
实践教学是生物科学专业课程体统中重要传统的组成部分。经过几年的探索与改进,每门课程的实验中综合设计性实验比例已达到30%以上,综合性实验全面考查了学生对知识的掌握能力,提高了实验综合技能。设计性实验主要由学生设计试验方案,药品配制、材料培养、实验实施等主要由学生分组完成,并由教师评定等级,考查学生的综合能力。如植物生理学设置的植物抗性生理综合大实验、生态学的衡水湖生态调查、细胞生物学的核型分析大实验等,对学生独立思考、创新能力的培养起到了促进作用。另外,教师在实验教学过程中,非常注重学生挑战性能力的培养,每个实验都要求学生做出总结,找出实验成功或失败的原因,对实验提出改进建议,虽然提出的建议并不一定合理,但激发了学生挑战书本,体现自我的潜力。
三、鼓励学生参与教师科研项目,设立大学生科研创新活动基金,为学生开展科研活动创造条件。
教师的科研项目吸收学有余力的学生参与,既降低了教师的工作强度,对学生而言更是难得的锻炼机会。学生可以得到教师的直接指导,不仅能学会具体的实验方法,分析处理数据,而且能获得研究经验,及时发现自身不足,不断对已有知识进行积累和补充,开阔视野,对提高科研素质有明显的成效。近三年来,我系共计60余名优秀学生参与教师省部级、市厅级、院级课题达26项,学生独立或参与20余篇。
与此同时,鼓励学生积极申请大学生创新课题,学校在资金、图书资料、实验场所、实验设备上给予支持,并配备项目指导老师。参与课题的学生实验操作技能和思维能力得到了较大程度的提高,在考研时起到了重要的作用。近三年来我系学生考研热情逐步提高,考研率也节节攀升,考研率在30%以上。部分学生在省级大学生挑战杯竞赛中屡获佳绩,获得二等奖2项、三等奖2项。
四、通过举办学术讲座,创造良好学术氛围。
聘请国内相关领域专家、学者为学生举办学术报告是一种行之有效的科研素质培养方式。首先,能够开阔学生的视野,使学生了解学科的最新发展,加深对专业的认识;其次,能够增强学生的学术意识和科研兴趣,以活跃思想,提高能力[2]。本系的教师经常举办学术讲座,介绍最新科研进展或学生感兴趣的内容,学生踊跃参与,潜移默化地受到科研意识的熏陶。教师还引导学生树立正确的科学观,确立感兴趣的科研领域。
五、强化毕业论文环节,提高学生综合科研素质。
毕业设计(论文)是实现培养目标的重要教学环节。毕业设计(论文)在培养大学生探求真理、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面,具有不可替代的作用。毕业论文是检验和增强学生的自学能力、分析能力、设计能力、综合应用能力和创新能力的重要一环。我系历来重视学生毕业论文的环节,有严格的规章制度,从论文题目确定、论文开题、方案实施、论文写作、论文答辩各环节严格把关,严格按制度要求,做到了人均一题,并且必须为研究型内容,论文开题从最初的第7学期提前到了第6学期,让学生有更多的时间和精力投入到毕业论文中来。通过毕业论文,学生经历查阅文献、方案论证、实验、数据分析、撰写论文、答辩等一个科研课题的完整过程,提高了从事科研工作的能力,培养了作为一个科技工作者应具备的良好素质,为继续深造和走向工作岗位奠定了坚实的基础。
科研素质包括与科研相关的知识与能力,并体现为结合在大学生身上的研究方法、研究习惯、研究态度,以及研究意识、心理素质等。使其个性品质得到锻炼,科研态度、工作作风、敬业精神、责任感和分析解决问题的能力等都得到培养与提高[3]。衡水学院生命科学系多年来一直注重对学生科研能力、创新能力的培养,取得了一些成果,积累了一定的经验,形成了较为科学的适合本专业的科研素质培养模式。但还需加大力度和广度,通过多途径、多手段、多层次、有步骤地采取措施,在已有的基础上进一步深化对学生科研素质的培养,探索更加高效的培养模式。
参考文献:
[1]杨慧,俞安平,恢光平等.国内外本科生科研训练比较研究[J].高等工程教育研究,2003,(5):65-68.
[2]王庆华,李顺兴.师范院校本科生科研素质培养方法探讨[J].漳州师范学院学报(自然科学版),2006,52,(2):137-140.