張仁懿， 袁建立， 史小明

(蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 草地與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室， 甘肅 蘭州 730000)

創(chuàng)新生態(tài)學(xué)實驗教學(xué) 提高大學(xué)生綜合素質(zhì)

張仁懿， 袁建立， 史小明

(蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 草地與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室， 甘肅 蘭州 730000)

實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合技能的重要途徑。根據(jù)生態(tài)學(xué)學(xué)科多交叉、畢業(yè)生去向多樣化等特征，通過生態(tài)學(xué)實驗課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法、資源共享及隊伍組成等方面的創(chuàng)新，在實驗教學(xué)過程中對提高學(xué)生綜合水平、職業(yè)規(guī)劃及科研能力進行了一些探索與實踐，取得了顯著的成績。

實驗教學(xué)； 綜合素質(zhì)； 實踐能力

高等教育承擔(dān)著高水平人才培養(yǎng)的重任，其中以學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)最為關(guān)鍵[1]。培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，成為當(dāng)前高等教育的重要方向[2]。然而，傳統(tǒng)的高等教育人才培養(yǎng)模式下，重理論輕實踐、重學(xué)歷輕能力、重成果數(shù)量輕質(zhì)量等落后的思想影響與現(xiàn)象仍普遍存在，嚴重制約著學(xué)生創(chuàng)新思想、團隊意識以及道德品質(zhì)等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，影響了高校畢業(yè)生在就業(yè)及科研工作中的表現(xiàn)[3-4]。

蘭州大學(xué)科研和本科教學(xué)處于距離較遠的不同校區(qū)，指導(dǎo)教師、研究生與本科生之間的溝通較少，因此本科生創(chuàng)新實驗的設(shè)計及執(zhí)行、開放實驗室儀器的使用及專業(yè)知識的應(yīng)用等得不到充分的指導(dǎo)，往往導(dǎo)致實驗設(shè)計方案和實驗結(jié)果不理想。這既不利于教學(xué)實驗室公用儀器的安全運行，也限制了本科畢業(yè)生實踐能力和科研能力的培養(yǎng)。為了在實驗教學(xué)中提高本科生綜合素質(zhì)，適應(yīng)本科畢業(yè)生多種去向的要求，本教學(xué)科研團隊在前人實踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究生培養(yǎng)和實驗教學(xué)的經(jīng)驗，在蘭州大學(xué)“基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)大實驗”及“植物生理生態(tài)學(xué)實驗”的教學(xué)過程中，在實驗結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法和教學(xué)團隊方面進行優(yōu)化，對提高本科生綜合素質(zhì)進行了初步創(chuàng)新實踐。

1 傳統(tǒng)培養(yǎng)模式的問題與分析

1.1 實驗教學(xué)缺乏獨立能力培養(yǎng)

傳統(tǒng)教學(xué)模式下實驗課程主要由驗證性實驗組成，實驗操作方法成熟、實驗原理簡單，具有相對穩(wěn)定的實驗結(jié)果。這類實驗?zāi)軌蜃寣W(xué)生進一步掌握專業(yè)課的知識點，提高實驗操作的熟練度。然而，正因為實驗結(jié)果的唯一性，教師只要求學(xué)生按實驗指導(dǎo)上的內(nèi)容與步驟進行，使實驗過程形式化，學(xué)生在實驗過程中缺乏分析和思考[5]。傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式不能有效調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)的畢業(yè)生難以滿足社會及科研單位對人才綜合素質(zhì)的要求。

我國高校學(xué)生博聞強記，基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)時間較多、比較扎實，但動手能力較差，尤其是缺乏思維的創(chuàng)造性和靈活性，這在教學(xué)改革中要予以充分的重視。傳統(tǒng)教學(xué)模式中用理論課一張試卷決定學(xué)生成績的評價方法已不適應(yīng)社會發(fā)展的要求。提高高校畢業(yè)生的綜合能力，培養(yǎng)合格的復(fù)合型人才，使其滿足進入社會的就業(yè)需求及從事科研的條件，已成為當(dāng)前高等教育亟須解決的問題。實驗教學(xué)是高校培養(yǎng)學(xué)生基本實驗技能、提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要途徑，很多高校在人才培養(yǎng)過程中越來越重視實驗教學(xué)的作用[6]。如何采取多種方法提高學(xué)生的實踐能力，我們在實驗教學(xué)實踐中進行了一些有益的探索與努力。

1.2 科研過程缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)

高校畢業(yè)生是科學(xué)研究的潛在力量。傳統(tǒng)重理論、輕實踐的教學(xué)模式制約其科研能力的提高，影響科研與工作的開展和科研質(zhì)量。在科研實驗室的運行和管理中，低年級研究生普遍存在動手能力差、數(shù)據(jù)處理與分析能力弱以及不能獨立完成實驗任務(wù)等情況，往往需要花費大量的時間提高實驗基本技能和綜合素質(zhì)。由于本科生實驗?zāi)芰^差，使得研究生期間的科研工作難以高效、快速地開展，這對三年制碩士研究生培養(yǎng)的影響尤為突出。由于低年級研究生在實驗設(shè)計、操作方法、數(shù)據(jù)分析以及儀器使用等方面缺乏經(jīng)驗及能力，雖花費大量時間，但多數(shù)是在輔助高年級研究生完成實驗工作，而當(dāng)具有獨立設(shè)計實驗的能力和想法時卻面臨畢業(yè)，在有限的時間內(nèi)難以完成所設(shè)計的完整實驗方案，更難以進行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。科研人才的主要力量源于高校畢業(yè)生，其科研能力取決于高校教學(xué)過程中的提前培養(yǎng)。然而，部分高校并未開設(shè)或很少開設(shè)以科研為導(dǎo)向的課程，或是讓學(xué)生參與到一些課題項目中去鍛煉動手能力，這是當(dāng)前低年級研究生科研能力不足的重要原因[7-8]。

1.3 就業(yè)難

高校畢業(yè)生是社會人才的主要來源，但當(dāng)前許多用人單位因畢業(yè)生的實踐動手能力弱、缺乏創(chuàng)新能力等，不太愿意錄用高校應(yīng)屆畢業(yè)生，導(dǎo)致人才供求出現(xiàn)嚴重矛盾，高校畢業(yè)生的就業(yè)問題已經(jīng)成為社會各界人士普遍關(guān)注的問題。這一問題的主體主要包括高校、畢業(yè)生以及用人單位，其中前2個主體通過教學(xué)過程緊密聯(lián)系，高校的培養(yǎng)方案和過程決定了畢業(yè)生的綜合素質(zhì)。傳統(tǒng)的大學(xué)課程過分注重專業(yè)知識的灌輸，缺乏創(chuàng)新教育理念，忽略了對學(xué)生綜合能力如創(chuàng)新思想、應(yīng)變能力、團隊意識以及道德品質(zhì)的培養(yǎng)。從用人單位角度考慮，其更注重畢業(yè)生實踐能力的選擇。缺乏實踐動手能力的高校畢業(yè)生對工作的適應(yīng)過程長、工作效率低，且二次培訓(xùn)耗時、耗力、耗資。因此，出于成本和風(fēng)險考慮，用人單位對錄用高校畢業(yè)生存在一些顧慮。

2 提高學(xué)生綜合能力的探索

加強學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，已成為當(dāng)今高等教育的主要工作任務(wù)，其中實驗教學(xué)是完成該任務(wù)的關(guān)鍵途徑。高等學(xué)校的教學(xué)應(yīng)將理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機結(jié)合，保證學(xué)生的理論知識與實踐技能水平的兩不誤。國內(nèi)不少學(xué)者通過高校實驗教學(xué)的改進或改革，對提高在校生的實踐創(chuàng)新能力進行了嘗試。實踐證明，實驗課程的開設(shè)和實驗教學(xué)的質(zhì)量不僅關(guān)系著學(xué)生對理論知識的掌握程度，而且對學(xué)生的動手能力、邏輯思維能力、科研創(chuàng)新能力等方面的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用[5]。本教學(xué)、科研團隊基于前人的實驗教學(xué)經(jīng)驗，從培養(yǎng)本科生專業(yè)知識的應(yīng)用能力、科研能力、創(chuàng)新能力以及提出并解決問題等能力的思路出發(fā)，在蘭州大學(xué)“基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)大實驗”及“植物生理生態(tài)學(xué)實驗”的教學(xué)過程中，對如何在生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)進行了初步探索。

2.1 實驗課程結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新

傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)的實驗偏重一些簡單方法的介紹和儀器使用，忽略了生態(tài)學(xué)研究方法、儀器設(shè)備與具體的生態(tài)學(xué)問題的結(jié)合。本著培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的原則，結(jié)合學(xué)生的興趣愛好及畢業(yè)后多種去向的選擇需求，我們對實驗教學(xué)的內(nèi)容進行了調(diào)整。

(1) 實驗內(nèi)容的多樣化。從專業(yè)尺度的角度考慮，生態(tài)學(xué)實驗課程的內(nèi)容涉及個體(如：達芬奇樹干公式的驗證)、種群(如：種群數(shù)量大小的估計與應(yīng)用)、群落(如：種間關(guān)系-植物種間競爭、化感作用與正相互作用)以及生態(tài)系統(tǒng)(如：微型生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建實驗)等，課程設(shè)計改變了傳統(tǒng)驗證性實驗為主的模式。另外，根據(jù)生態(tài)學(xué)實驗往往組成要素復(fù)雜、持續(xù)時間長等特點，利用簡單道具(如黑白棋子、黑箱等)、編程軟件等工具，設(shè)計了模擬實驗(如：種群數(shù)量大小的估計與應(yīng)用)及虛擬仿真實驗(如：Netlogo軟件模擬“羊吃草”的種群動態(tài))。

(2) 強化科研能力的培養(yǎng)。部分實驗內(nèi)容依托正在進行的科研項目，嘗試將教學(xué)實驗和科研項目有機地結(jié)合(如：不同品種的菊芋光響應(yīng)曲線及二氧化碳響應(yīng)曲線的差異)；提高探索性實驗的比重，以當(dāng)前的國內(nèi)外論文為基礎(chǔ)，對文獻內(nèi)的實驗結(jié)果進行驗證并嘗試改進(如：蒲公英水提液對校園常見種種子的化感作用)[9]。

(3) 因材施教，鼓勵學(xué)生自設(shè)實驗。每個實驗提供額外的實驗材料和設(shè)備條件，或充分利用生活中的可再利用材料，鼓勵各小組自行設(shè)計或擴展相關(guān)實驗(如：在草履蟲種群動態(tài)的實驗中，額外提供蛋白核小球藻、水蚤、大型溞等材料，各組自行收集礦泉水瓶代替培養(yǎng)瓶，并設(shè)計相關(guān)實驗)，在課堂中或者課外完成，以豐富實驗的內(nèi)容。通過調(diào)整生態(tài)學(xué)相關(guān)實驗的課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，在鞏固和應(yīng)用專業(yè)知識的同時，增強了實驗的趣味性，也增加了可供學(xué)生選擇的興趣點，使學(xué)生對自身的畢業(yè)去向選擇更加清晰。同時，在控制實驗成本投入的前提下，豐富了生態(tài)學(xué)實驗的教學(xué)內(nèi)容，提升了學(xué)生的實驗技能及科研能力。

2.2 實驗教學(xué)方法的改進

主講教師在介紹實驗的目的、原理、內(nèi)容、步驟等之后，增加討論環(huán)節(jié)，以加深學(xué)生對實驗的理解。此環(huán)節(jié)中，學(xué)生與教師間、學(xué)生與學(xué)生間針對實驗相關(guān)知識點自由問答，預(yù)測實驗中可能存在的問題并提出解決方案，各小組內(nèi)成員進行實驗的分工與協(xié)作，完成小組間儀器設(shè)備的協(xié)調(diào)等。給予學(xué)生主動權(quán)，在不影響大局的前提下，實驗中的儀器調(diào)試、錯誤修正、實驗數(shù)據(jù)分析等全部由學(xué)生自行組織完成，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生每完成一次實驗都有一種成就感。

為了避免實驗過程的形式化、實驗結(jié)果單一化，生態(tài)學(xué)實驗重點突出了各實驗的探索性。但是，探索性實驗結(jié)果的不確定性與傳統(tǒng)的實驗報告的要求已不匹配，因此，我們對實驗報告的表現(xiàn)方式做了調(diào)整：實驗報告按科技論文《蘭州大學(xué)學(xué)報》的格式提交，包括論文的整體結(jié)構(gòu)、規(guī)范格式等要求；結(jié)合自身的興趣或?qū)ｉL，每位學(xué)生的實驗報告選擇性地撰寫，如《生態(tài)學(xué)大實驗》的各實驗，指定選擇1個綜合性實驗為必選，自行選擇2個感興趣的實驗撰寫實驗報告。要求重視實驗報告的質(zhì)量，而弱化對實驗報告數(shù)量的要求。

在實驗過程中學(xué)生的參與度增加，團隊合作意識增強，提高了生態(tài)學(xué)專業(yè)知識的理解和應(yīng)用能力。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性得以有效激發(fā)，從傳統(tǒng)實驗教學(xué)的“被動實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺e極創(chuàng)造”。學(xué)生在拓展知識面的同時，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，有針對性地培養(yǎng)綜合技能。此外，選擇性撰寫實驗報告的方案，有效提高了學(xué)生的實驗報告質(zhì)量，基本杜絕了實驗報告的抄襲現(xiàn)象。

2.3 教學(xué)與科研儀器的共享

相對于科研實驗室，教學(xué)實驗室的儀器數(shù)量和種類相對少，難以到達學(xué)生對科研活動的要求，而且利用率不高、缺乏合理維護。為了讓學(xué)生了解和使用科研前沿的生態(tài)學(xué)儀器，掌握各類科研儀器的工作原理和適用范圍，我們的教學(xué)團隊在實驗課程的建設(shè)及教學(xué)過程中，充分利用生態(tài)學(xué)儀器設(shè)備季節(jié)性與便攜性的特點，對生態(tài)學(xué)教學(xué)和科研兩類實驗室的設(shè)備資源共享進行了實踐[10]。豐富的科研儀器(如插針式莖流儀、便攜式光合儀、植物水勢儀、土壤碳通量測量儀、土壤三參數(shù)測量儀以及葉綠素儀等)加入到教學(xué)實驗中，不僅提高了學(xué)生對各類先進儀器的操作能力，而且加深了其對科研工作的了解，從而增強其科學(xué)實驗的意識[11]。

涉及生態(tài)學(xué)貴重儀器操作的實驗，除了介紹儀器的操作步驟和注意事項，還詳細地講解儀器的構(gòu)造和工作原理，討論儀器的適用條件以及儀器使用過程中可能出現(xiàn)的問題，以培養(yǎng)學(xué)生利用并改造儀器設(shè)備、制作所需實驗裝置的動手能力。例如，同樣基于測定二氧化碳變化量的原理，對為什么光合儀選擇開路式的系統(tǒng)，而碳通量測量儀采用閉路式系統(tǒng)，在講解儀器工作原理時進行了討論。在實驗過程中指導(dǎo)制作相關(guān)的測定裝置(如植物莖干導(dǎo)水率的測定裝置、土壤碳礦化測量裝置等)，在鞏固相關(guān)專業(yè)知識、掌握測量技術(shù)的同時，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)儀器功能、設(shè)計實驗裝置的能力。利用科研實驗室提供的設(shè)備，同時將進口和國產(chǎn)的二氧化碳分析器用于植物(土壤)呼吸和光合測定，證明國產(chǎn)分析器價格較低，但仍能很好地用于植物/土壤的二氧化碳通量分析，使學(xué)生在儀器性能及價格間權(quán)衡，對儀器的選購有了初步的認識。

通過科研教學(xué)儀器的共享，改善了生態(tài)學(xué)實驗的教學(xué)條件，提高了生態(tài)學(xué)儀器的利用率，充分發(fā)揮了儀器設(shè)備在科研教學(xué)中的價值。同時，通過儀器的操作、改造及實驗裝置的制作，提高了學(xué)生利用實驗儀器、分析和解決儀器故障的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

2.4 實驗教學(xué)團隊的建設(shè)

實驗教學(xué)團隊作為教師隊伍的重要組成部分，擔(dān)負著培養(yǎng)學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新精神的重任，是學(xué)生實驗技能的引路人和導(dǎo)師[2,12]。我們的實驗教學(xué)團隊成員均獲得了生態(tài)學(xué)博士學(xué)位且熱愛教育事業(yè)，主要包括3個方面的教師：(1)具有豐富的理論教學(xué)經(jīng)驗及科研工作經(jīng)驗的教師，科學(xué)的發(fā)展離不開實驗，而實驗也離不開理論的指導(dǎo)與擴展，只有系統(tǒng)地、全面地掌握科學(xué)理論知識，才能在實踐中運用自如，充分利用多種學(xué)科知識探究實驗，保證各個實驗設(shè)計的合理性；(2)具備扎實實驗技能的技術(shù)人員，實驗技術(shù)是開展實驗教學(xué)與科研的物質(zhì)基礎(chǔ)，其水平的高低決定了實驗所能達到的水平和深度，決定著儀器設(shè)備性能的發(fā)揮和使用壽命，影響著實驗的質(zhì)量和學(xué)生能力的培養(yǎng)，本團隊的實驗技術(shù)人員除了掌握生態(tài)學(xué)的相關(guān)知識，還具備計算機語言的編程能力、電子電路相關(guān)的技術(shù)背景；(3)實驗管理人員，蘭州大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)中心的實驗管理隊伍，協(xié)調(diào)實驗室場地與設(shè)施的使用，為生態(tài)學(xué)相關(guān)實驗的開設(shè)提供了基礎(chǔ)條件。

實驗教學(xué)團隊合理的人員組成，為實驗設(shè)計的科學(xué)性及實施的可行性提供了保障，也使學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)提供了可能。

3 結(jié)語

我們實驗教學(xué)團隊在生態(tài)學(xué)的實驗教學(xué)中，設(shè)置豐富而有趣的綜合實驗，采用啟發(fā)與探究結(jié)合的教學(xué)方式，注重學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從根本上提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，以迎合社會對生態(tài)學(xué)人才的多方面需求。高校對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，需要學(xué)校、教師和學(xué)生的共同努力，只有在學(xué)校制定合理政策、規(guī)則的引導(dǎo)下，充分利用豐富的教學(xué)資源及師資力量，激發(fā)優(yōu)秀教師參與教學(xué)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生的綜合素質(zhì)才能得到最大限度地提高。

References)

[1] 汪小會. 有效提高學(xué)生創(chuàng)新能力的實驗教學(xué)改革[J]. 高校實驗室工作研究, 2016,23(2):6-7.

[2] 倪春林, 鄭文旭, 劉英菊,等. 提高青年教師實踐教學(xué)能力的探索[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2016,33(4):163-165.

[3] 呂恒林, 吳元周. 加強實驗室開放管理培養(yǎng)創(chuàng)新實踐型本科生[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2016,33(3):5-7.

[4] 張立立, 楊文谷, 李大宇,等. 基于開放實驗培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維模式的探索[J]. 實驗技術(shù)與管理,2016,33(7):29-32.

[5] 王景順, 張坤朋. 生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)改革與探索[J]. 考試周刊, 2011,5(64):12-13.

[6] 宋偉華, 馬家志, 鄭基,等. 在校本科生實踐動手能力培養(yǎng)初探：以海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例[J]. 管理觀察,2014,36(32):157-160.

[7] 朱國瑋, 黃珺. 大學(xué)生就業(yè)能力影響因素研究[J]. 教育研究, 2011,33(8):64-68.

[8] 龔維, 丁彤, 何穎,等. 關(guān)于如何培養(yǎng)高校理工科學(xué)生實踐動手能力的探索與實踐[J]. 高等教育研究, 2010,27(4):64-66.

[9] 羅蘭. 蒲公英水提液對幾種植物的化感作用[J]. 雜草科學(xué), 2009,33(4):38-40.

[10] 張仁懿, 袁建立, 史小明. 生態(tài)學(xué)實驗室資源的教學(xué)科研共享初探[J]. 實驗室研究與探索, 2016,35(8):285-288.

[11] 周杰, 劉學(xué)群. 生物儀器分析現(xiàn)場實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J]. 實驗室科學(xué), 2012,15(1):35-39.

[12] 史海峰. 高校實驗室隊伍建設(shè)研究[J]. 實驗技術(shù)與管理,2016,33(4):223-225.

Innovation of ecology experimental teaching to improve students’ integrated quality

Zhang Renyi, Yuan Jianli, Shi Xiaoming

(State Key Laboratory of Grassland and Agro-Ecosystems, School of Life Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

The experimental teaching is an important approach to cultivate students’ comprehensive skills in the process of personnel training. According to the characteristics of the ecology course, our team has made some exploration and practic to improve students’ comprehensive ability, career planning, and scientific research ability through the innovation of curriculum structure, teaching methods, resources sharing and team composition.

experimental teaching； comprehensive quality； practical ability

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.009

2016-12-08

教育部“質(zhì)量工程”項目(222-860617)；蘭州大學(xué)教學(xué)研究項目(201625,201626)

張仁懿(1983—)，男，福建寧化，博士，實驗師，主要研究方向為生態(tài)學(xué).

E-mail：zrenyi@lzu.edu.cn

G622

B

1002-4956(2017)06-0032-04