怎样开展研究型开放式实验教学——植物学教学改革与创新实践

2022-09-11

创新能力是需要不断培养和完善的一种素养, 知识不等于能力。在国际化、大众化教育的大背景下, 制约教学质量提高的瓶颈是实验、实践性教学的质量。注重教学方法改革, 开展研究型开放式实验教学是学生理解理论知识、形成主动学习精神、锻炼综合素质和能力的重要手段。

植物学实验 (践) 教学是帮助学生理解和掌握植物学基础知识、培养学生从事植物学及其相关学科科学研究的基本素质、基本技能和基本方法必备的教学过程。传统的植物学实验 (践) 教学主要是验证性的基础性实验 (践) 教学, 学生在规定的时间和地点内完成学习任务。这样的教学重在基本知识、基本技能训练和典型范例 (包括情景) 的教学, 对学生进一步内化植物学课本知识、树立理论源于实践的哲学观发挥了重要作用。综合性实验是提高性实验, 需要对相关知识综合理解和灵活运用, 需要多种实验保障条件组合应用, 同时对教师和学生的能力也有较高的要求。如“用徒手切片方法比较观察单、双子叶植物根、茎、叶形态与结构”和“比较观察不同生境 (水生、旱生, 阳生、阴生等) 条件下植物的根、或茎、或叶的形态与结构差异”等综合性实验教学, 组合应用了徒手切片技术、显微镜观察方法, 综合了不同类型植物根、茎、叶的形态结构知识, 能帮助培养学生的实际操作能力和观察、比较、归纳知识的能力。但是, 验证性和简单的综合性实验 (践) 教学难以培养学生的综合思维能力, 难以从根本上激发学生的求知欲和培养学生的创新意识、创新能力和科学素养。研究型开放式实验是能力型实验, 是对未知问题的探究型实验 (践) 。研究型开放式实验 (践) 对知识量的要求、对实验保障条件的要求、对教师和学生的要求都将更高、更严, 但其过程和结果却更有意义。

于是, 我们把实验 (践) 教学与创新人才培养紧密结合起来, 在认真梳理传统植物学实验教学内容、合理整合实验教学资源的基础上, 重新组织和增设新的植物学实验教学内容和实验项目。按知识模块, 将实验内容合理设计和安排为基础性实验、综合性实验、研究型开放式实验三个层次。在完成验证性实验的基础上, 在基础知识“植物细胞与组织”部分, 实际安排了“不同药用或食用植物几种后含物的识别与比较鉴定”和“旱生植物与水生植物根或茎的机械组织、输导组织的特征比较观察”等项目;在“种子植物的形态和结构”部分, 设计了“不同植物根、茎、叶形态结构差异比较”、“花芽不同发育时期雄蕊与雌蕊在结构上发育的对应关系观察”、“不同植物的子房结构特征差异比较观察”、“不同类型种子萌发成苗的规律观察”等实验项目;在“植物界的类群与识别”部分, 设计了“不同水质中的藻类植物调查与鉴别”、“利用检索表鉴定一定区域内的常见植物”等实验项目。在开展研究型开放式植物学实验的教学中, 我们运用“反思性”教学法, 按照“明确问题”、“确定目标”、“撰写方案”、“开展活动”和“组织交流”五个步骤开展研究型开放式实验项目的教学, 开拓了师生的视野和思维, 发挥了资源的效益和作用。变“要我学”为“我要学”, 变“我教你学”为“你想学我更要学”。

首先“依据研究型开放式实验内容, 明确所要探究的问题”。学生在对每次实验内容充分预习与复习、掌握实验内容所及的基础知识、了解实验的材料、条件、步骤等的基础上, 教师启发引导学生对实验内容、条件、要求和可能的结果进行不同层次的反思或设问:实验材料是否唯一性?改用其他材料或改变实验条件结果有何不同?同种 (或不同种) 植物在同一 (或不同) 条件的影响下, 其结果又将如何?等等。在教师的指导下, 进而设计出一个个子课题供学生自主选择。学生则根据自身专业特点、教学要求、知识结构和志趣, 选择、改进或增减综合性或研究型开放式实验内容, 学生的个性、主观能动性得到张扬和发展。在这一过程中, 教师所起的作用应当是:引导学生讨论, 让学生学会“反思”;参与学生讨论, 帮助学生寻找灵感, 激励学生兴趣, 指导学生查阅分析资料、提出假设和选定研究项目等。

其次, “围绕所要探究的问题, 确定研究目标”。在教师的组织和指导下, 学生根据反思出的问题, 结合自己的知识结构、志趣和学习安排, 自由组合, 每组3~5人, 根据所查阅的资料, 进一步分析归纳资料, 提出小组想要研究的子课题, 以及所需研究问题的路径、材料、药品、仪器设备和所需要的保障条件等。教师再次组织学生小组, 共同检讨拟定的计划和方案, 并帮助学生进一步做出修改、补充和完善, 最后确定各小组的研究型实验内容和方案, 帮助学生对结果进行预测, 提示实验中可能出现的问题或变化并让学生思考和准备对策。对难度较大, 一时难以完成或过于复杂的研究问题, 教师应给予适当的解释, 提出调整或修改方案, 避免盲目性和不必要的浪费。在上述过程中, 教师的参与和指导尤为重要。它直接关系到学生研究型学习的积极性和创新性的发挥, 直接影响着所研究问题的深度和结果的正确性和完整性。

第三, “设计研究方案, 撰写研究计划”。针对要探究的问题, 根据实验室条件和学生的能力, 采用大组协作、小组分工的形式, 让学生对研究中所需要的实验材料和实验保障条件等进行特定组合, 提出研究方案。完整的研究方案应包括研究目的、研究重点与难点、研究方法与步骤、研究材料、药品、用品与用具, 以及研究过程中的注意事项及应急预案等。教师应帮助学生明确研究的目的和意义、研究的重点和难点、研究的方法和步骤, 以及共同准备应急预案等。

第四, “实施研究方案, 开展研究活动”。根据学生的意愿, 将不同的子课题分配到各小组, 并按计划实施完成研究内容。在实验的整体规划中, 可依据具体情况, 安排一个小组进行相关内容的验证性实验, 以便与研究型开放式实验进行比照, 其他各小组则分别选择不同材料或不同处理条件进行研究型实验。根据实验设计, 学生自主去逐一、逐步规范操作、观察记录整个实验的研究过程、结果和变化。及时对研究过程中出现个中问题或现象进行分析处理, 必要时作相应的修改与调整, 直至最后完成全部研究实验内容, 写出研究实验报告。在此过程中, 教师的全程参与、严密组织和协调必不可少。教师应时刻把握各组的研究进程和动态, 研究中的关键步骤、重要环节教师必须在场, 而且指导到位, 必要时教师可以与学生一起完成某些内容, 确保实验的顺利进行。因为, 一次成功的研究活动和理想的研究结果对学生的教育和引导意义是深远的。

第五, “组织讨论交流, 开拓思维能力”。各小组根据自己的研究课题和研究结果, 认真分析资料、现象, 得出的结论、提出自己的观点和体会, 精心准备好研究实验报告。实验报告的内容包括实验课题、实验目的和意义、材料用具、设计思路、设计方案、实验结论以及感悟等。然后, 按照不同的研究方向, 分大组进行交流和讨论, 形成新的一致意见和更高层次的结论后, 再组织全班交流, 并提出或明确进一步学习与研究或延伸性学习与研究的方向或课题, 激发学生进一步研究型学习的兴趣和求知欲。教师在这一过程中, 引导学生讨论、参与学生讨论, 帮助学生明确怎样学、学会了什么、存在哪些不足和如何提高等, 认真总结、提出指导性意见和建议, 布置作业, 巩固和消化所学知识, 促进深入学习。

然而, 要真正做好研究型开放式实验 (践) 教学, 必须具有先进的教育理念, 有一本相配套的实验教材, 以及建设一支素质高乐于奉献的实验教师队伍和具备良好的实验保障条件。

新进的教学理念是开展研究型开放式实验教学的前提。以实验教学为载体, 以培育和提高学生的自主学习、创新意识与创新能力为目标, 以学生为主体、以教师为主导, 开展层次性、个性化实验 (践) 教学应是现阶段实验 (践) 教学改革的主旨之一。研究型开放式实验是能力型实验, 注重发挥学生的主体作用和主观能动性, 尽可能地让学生独立设计实验、独立操作实验和独立对实验结构和实验过程进行评价。因此, 教师首先有先进的教育理念, 充分运用现代教育手段, 应用反思性教学方法指导学生, 并与学生一起参与到实验 (践) 教学活动之中。引导和促进学生多动脑勤动手, 刻意培养学生的科学思维方法、科学思维能力和实践创新精神。激发学生的求知欲, 逐渐培养学生观察问题、分析问题和解决问题的能力。

好的实验教材是实施研究型开放式实验教学的条件。植物学课程一般是面向一年新生开设的基础课程, 一本符合新的教学理念和教学要求, 兼顾相关专业对植物学知识需求、创新型人才培养特点和新生的认知与思维能力, 注重知识的系统性、科学性、实用性和先进性的实验教学教材无疑是必不可少的。好教材不仅有利于教和学, 而且有助于促进教和学。

良好的师资是完成研究型开放式实验教学的保证。综合性和研究型开放式实验教学的实验设计与实施是实践教学中的薄弱环节。实验教学内容单调、重复和综合性不够, 实验教学过程中渗透“科学、技术和社会”的教育考虑较少, 实验分组人员偏多、训练效果差等都与实验教师的人力和自身的素质密切相关。在研究型开放式实验 (践) 教学过程中, 教师首先必须将所需探究的实验项目的背景知识、需要探究和解决的问题及其可能途径恰当地提示给学生, 充当“组织者”或“陪练员”, 师生共同策划、共同实施和完成每一个 (次) 的研究型开放式实验 (践) 的教学过程。因此, 实验教师队伍必须稳定、学科基础扎实、经验足且乐于奉献。应当鼓励学历层次高、教学经验丰富的专家型学者深入到实验教学中去。只有这样, 我们的研究型开放式实验教学才能有较高的教学水平、较高的教学质量和持续不断地培养出具有创新意识和能力的人才。

配套的保障条件是实现研究型开放式实验 (践) 教学的基础。实验 (践) 教学常需要实验材料培养的场地、实验空间、实验设备仪器和实验药品等。植物学实验 (践) 教学往往涉及丰富的植物材料, 尤其是新鲜植物材料, 自然取材易受到季节和环境的限制, 这样, 必须有稳定的实验 (践) 教学场地 (所) 。一个 (次) 研究型开放式实验 (践) 教学要组合应用多种实验仪器设备、用品用具和药品, 保证实验仪器设备的台套数、消耗品和药品的量才能成功进行, 这就要有较好的基础建设和充足的教学经费投入。有时, 光照与光控条件、温度与温控环境也是研究型开放式实验 (践) 教学的保障条件之一。因此, 良好而配套的实验 (践) 教学保障系统, 是持久开展高质量的实验 (践) 教学的基础。

实践证明, 研究型开放式实验教学让学生成为知识的“发现者”, 有利于提高学生自主学习的积极性, 发挥学生的主观能动性, 培养学生的科学素养和团队精神, 促进教师不断深入学习, 把自己锻炼成学者型教师。只有这样, 真正培养出具有创新意识、创新精神和创新能力的人才。

摘要：将实验 (践) 教学划分为验证性、综合性和研究型三个层次, 在完成验证性、综合性实验 (践) 教学的同时, 应用反思性教学法, 按照“明确问题”、“确定目标”、“撰写方案”、“开展活动”和“组织交流”五个步骤, 积极开展研究型开放式实验 (践) 教学, 有利于创新人才培养。先进的教学理念、配套的实验教材、高素质的实验教师队伍和良好的实验保障条件是持久和普及研究型开放式实验 (践) 教学的根本保证。

关键词：层次性教学,反思性教学,研究型教学,开放式教学