张 霞， 曹 阳， 陈 峰， 林志新

(上海交通大学 生命科学技术学院 生命科学技术实验教学中心， 上海 200240)



生命科学实验教学中拔尖人才培养探索

张 霞， 曹 阳， 陈 峰， 林志新

(上海交通大学 生命科学技术学院 生命科学技术实验教学中心， 上海 200240)

在拔尖人才和精英教育培养的思想指导下，针对上海交通大学致远学院连续4届生命班学生，在生命科学的实验教学中探索以素质能力培养为核心的拔尖人才实验课程教学模式，培养学生具有整合知识、擅于合作、擅于发现、分析、解决问题等综合科研能力。从以学习为中心的教学方式改革、课程目标的设定与监测手段改革、认识自己的学习模式、总结升华学习效果等方面做了各项探索，最后举例分析拔尖人才培养模式下的案例。为我国高校拔尖人才培养在实验课程教学中的具体方式做出大胆有益的尝试。

生命科学； 实验教学； 拔尖人才培养

0 引 言

生命科学是典型的以实验为基础的科学，在生命科学教学中，实验教学承担着举足轻重的作用[1-2]。学生必须经过各种实验技术的磨练，才有能力去完成毕业论文或更高层次研究。国际上生命科学实验教学多以小班化实验课程为主，以小组合作完成特定任务的方式进行，旨在培养学生的合作精神和动手能力，学生具有较大的发挥和创造空间，使学生实验动手、合作创新等各方面的能力都可以得到提高[3-5]。

国内实验课程教学是教师讲课和指导，整个班级同时学习并完成某个实验项目的模式。班级规模比较大，实验课程的每个内容之间少有衔接，学生机械的完成既定实验步骤并写好实验报告即可。在实验教学中，学生的积极性、主动性、创新性和整合知识的能力都不能得以发挥和体现。

2010年上海交通大学致远学院成立，学校提出了领袖型、创新性拔尖人才培养的要求，并实施了各项教学改革措施，对拔尖人才的培养做出有益尝试[6]。致远学院生命班，每届班级人数在16～23人，是个模拟国际性小班化实验课程教学模式的最佳机会。以拔尖人才培养和精英教育为指导思想[7-9]，经过4届学生实验课程的逐步改革和探索，采用以素质能力培养为核心的教学模式，让学生成为积极主动的学习主体，要求学生设计和实施实验内容，教师完全变为教学指导和辅助，在实验教学中彻底改变传统“教”与“学”的模式。学生经过锻炼和培养，综合实验素质得到提高，科研探索能力得到培养。为精英化教育和拔尖人才培养，在实验课程改革上探索科学有效的途径。

1 以学习为中心的教学方式

把教师教学为中心的方式，变为学生要学、想学、积极学会为中心的方式[10-11]。这个模式转变说起来容易，做起来却有很大阻力，阻力来自学生和教师两个方面。学生经过多年学习和考试模式的训练，已经成为训练有素的“被动”接受机器，很难明白这个改变对他们来说具体是怎样执行的，并且由于学习习惯的力量，在较短的时间内不会接受和配合这种改变。老师方面需要彻底放手交给学生自己去做计划、自己执行、自己组织团队合作直至完成计划的内容。这和传统的教学有很大不同，给老师很大的挑战，因为放开手的学生会遇到很多规定动作之外的问题，也是教师传统教学过程中没有遇到过的问题。教师需要切实认识“教学互长”这个观念，才能理智、清晰、又游刃有余的处理各种情况。基于以学习为中心的教学方式，采取了以下具体的改革措施。

1.1 自主选择部分实验内容

实验课程设置分为两个阶段，第一个阶段，教师有两个任务：① 通过三个统一必修基础技能训练内容，把课程中需要用到的仪器设备、操作技术等使每个学生都熟练掌握；② 介绍课程设计的实施流程，提供若干选择实验内容，每个内容附有相应介绍和学时数，每个学生根据自己兴趣和需要选择足够学时的实验内容，根据全班的选择结果，请同学在不同实验内容上寻找不同合作伙伴，共同制定实验计划和进度安排，并自主实施计划。

经过改革使要学什么、要做什么成了学生自己掌控的事情，学生的积极性和参与度立刻得到了最大体现。学生们对于可以自由选择实验项目感到很新奇，每个人都按照自己的意愿选择了符合学时的内容。在实验项目进行过程中，同学们也更加投入和主动，从传统教学的“要我学”彻底变成“我要学”模式。有的同学会在中途改变计划，利用课余时间，增加学习新的实验项目，最后班级大部分同学实际的学时数远远超过了课程计划的32学时。在可选实验内容中，实验的难度和耗时情况是各不相同的，例如石蜡切片技术(前后约10 d)工作周期长，植物组织培养实验的成功率低等。还有的实验项目是创新的，实验讲义里没有相关资料，需要同学自己查阅资料、制定计划、安排时间、寻找合作伙伴等，结果，超过半数的学生会选择这类有难度有挑战的实验项目。这些现象深刻的说明，当学生是学习的主人后，对自己的要求很高，具有主动学习的能力和动力、不惧困难、喜欢挑战。

1.2 实验内容的“零”起点

在实验课程的设计上，采取了实验内容的“零”起点的教学方式，这个措施极大提升了学生的科学研究素质。生物实验往往需要教师准备大量的实验材料、器械，甚至是把实验前一部分做好，学生只做后面一部分，以保障实验效果。这样教学方式下的同学对实验原理、步骤的理解往往只知其一不知其二，实验条件略有变化就不知所措，无从下手。为了提高实验课程的实际动手能力，自选实验内容都是从“零”起点开始。所谓“零”起点实验就是学生是从实验准备开始，不再有已经配好的药品、已处理好的材料、已调好的仪器设备。学生从采集、购买实验材料开始，经历实际科学研究的各种环节和步骤，在这一系列的经历中，学生会遇到前所未有的困难，会经历这样那样的“磨难”，必须逐个克服和解决所有的难题，才能完成实验最终得到一个好的实验结果。经过这样实验课程训练的学生，就如同进行了多次科研能力的实训，具有发现问题、分析问题、解决问题的能力。同时，合作能力也有了巨大提升，每个同学都认识和体会到一个人能力和时间是有限的，有一个良好的合作关系对于实际工作的推动和进展具有“事半功倍”的效果，这一点在所有同学的总结汇报中都反复提到。

1.3 设立实验室预约和开放制度

由于实验课程的学习由统一内容变为“个性化”内容，在实验室的使用和时间安排上就需要一个更加灵活的管理方式，实验室预约和开放成为相配套的保障措施[12-13]。原则上学生必须利用实验课程的上课时间来完成实验，只有个别步骤和项目需要其他的时间来使用实验室。需要设置一个助教负责接收预约和管理实验室，学生用邮件、电话的方式向助教提出申请，助教根据预约的人数和实验项目内容，每周确定一个或多个开放时间段，来满足学生的需求。

2 课程目标的设定和监测

课程目标的设定在教学中具有很重要的意义，是教师教学和学生学习活动的实现目标。课程目标用词含糊、不可测量或者无法监测都会引起指导教学和学生学习的误解，成为教学的盲区和漏洞。因此，课程目标必须客观、明确、具体、可测量，并设置相关检测手段监测课程目标的实施效果。

例如“普通生物学实验”课程目标为：针对生命科学及相关专业的学生，教学定位重在生物学实验基础技能的训练、学生实验能力、素质、习惯的培养，实验内容涵括生物学基础的经典内容，为学生进入生命科学相关专业的学习打好基础，做好专业学习的总动员。学生通过学习该课程后，在思想、知识、操作技术和应用能力等方面应达到专业基础的水准。

以上课程目标中有针对的具体教学对象，但课程的内容含糊。看到这个课程目标，不同的教师会有不同的理解和操作，执行起来可能是选择各不相同的内容，而且对同一个内容的学习程度也会不同；另外，关于“专业基础水准”定义的不同理解，可以理解为学生熟练掌握或者初步学会某些实验技术。有经验的教师和新教师在把握和执行这个课程目标上可能会有极大的差异。

对上述课程目标进行具体化，修改为：针对生命科学及相关专业的学生，训练学生生物学实验基础实验能力、素质和习惯的养成，学会使用多种显微设备；能够配制各种染液、培养基，学会无菌操作及各种器材的灭菌技术；学会动物、植物、微生物等实验材料的采集、观察、解剖和研究；学会简易生物制片技术、石蜡切片技术；能够进行初级植物细胞组织培养操作等。学生达到上述要求后，就在思想、知识、操作技术和应用能力等方面达到专业基础的水准。

修改后的课程目标明确、内容具体，对“专业基础水准”有了一个明确定义，大大减少了理解和执行的差异，对于教师和学生来说，都是可以准确执行的目标。更重要的是这个课程目标是可以检测的，学生的综合能力可以通过设计一到多个考核实验来检测[14]，如设计一个可以运用到大部分实验操作的综合考核项目，然后在规定时间内合作完成，根据实验过程和结果可以评价学生的“专业基础水准”是否达标。例如：考核内容为2 h内完成植物细胞组培苗的快速繁殖，需要学生4～6人合作配置MS培养基、分装、灭菌、无菌操作、快速切繁等系列操作。再如：考核内容为1周内完成小鼠肾脏HE石蜡切片，需要4～6人合作从小鼠解剖、取肾脏固定、包埋、切片、染液配制、染色封片等系列操作。

课程目标的设定在教学开始就应该向学生说明，相对应的考核监测手段也需要同时说明，这样学生的学习将有的放矢，知道自己需要达到的专业水准要求，也会更加严格的要求自己。

3 认识自己的学习模式、总结升华学习效果

人的学习模式各不相同，这与人的性格、环境、遗传因素等都有密切关系。有人偏重视觉、听觉学习，有人倾向读写学习，有人直觉感知事物、有人则理性分析才能接受，有人善于主动学习、有人在被动接受下得到有效知识，有人浏览全局就洞晓细枝末节、有人则必须通过动手实践才能真正学会[15]。所以很有必要让每个学生在开始学习之前对自己的学习模式有个认识，借助各种测试问卷，交叉测试，最终对自己的认知模式有个较为详细全面的了解，并由此指导自己的学习和生活。

在实际操作中可以利用课程网站，建立一个学习模式的自测题库，同时链接多个相关认知模式测试网站，要求学生在规定的时间内完成自测，并对自己的学习模式做个简单的认知。然后要求学生把自己的学习模式应用到这个学期的各种科目学习中。

中国现有的教育体制和教学方式倾向于筛选视听读写类学习者，因此大部分进入高等学府能够接受高等教育的学生在视听直觉学习方面都很有优势。在这个测试和应用过程中，接受测试的学生有半数是属于各种能力较为平均的类型，他们没有特别突出的接受新事物的方式，他们擅长听、看学习，善于应对各种考试。这类学生理论课程的学习将会顺风顺水，但实验实践类课程将暴露出他们的一些缺陷，比如有学生理论知识很渊博，却很难与实践操作相联系起来，形成典型的“眼高手低”类型，有人实验可以顺利完成但不能举一反三，触类旁通。造成这类情况的是现有考试和学习监测手段的不健全，学生从小没有在触觉学习和实践学习上有引导教育和监测手段所致，而大学里很多学科是实践类的，这使部分学生处于磨合适应的状态，对于学习模式各项平均的学生，经过磨合期可以较快适应大学的实验课程教育，而在触觉学习上有缺陷的学生就将造成很大的学习困难。当然，也有各种学习能力都很高的学生，占据所测试学生的极小比例，这类学生基本不需要花费老师过多心思，他们能够极其高效的接受任何教学方式，并很快脱颖而出。从他们的角度讲，现有的拔尖人才教育可能还是不能满足他们的求学需求。从人的认知角度看，这类学生依靠天赋敏锐和自成一体的自学方式，自觉主动斩获他们所需要的知识，这也可以通过学习模式测试来认识自己，并更好的利用自己的优势，在未来的科研之路上勇往直前。

经过学习模式交叉测试和一段时间的实践检测，每个人都会对自己的学习模式有个较为真实客观的认识，课程的结束阶段需要每个人对自己学习模式的“扬长避短”和“弥补缺陷”的应用有个认识总结，这是不一个可或缺的学习升华[16]。以便真实明白自己的短处和长处，更好应对今后的学习生活。最终的口头汇报交流是必须的，每个学生把自己一学期的成果和感受总结提升，用几分钟时间跟老师同学交流，再由同学、老师、助教评价和总结他的优势和利用自身优势的最佳途径，这对整个班级都是一个相互学习促进的机会。很多学生可以从别人身上看到自己的优势，更可以学到怎样发挥自己的长处，利用自身优势，弥补自身缺陷，取得最佳学习的效果。

4 案例分析

12级徐庆涛同学经过一个学期的生物学导论实验学习后，总体感觉自己花了大量的精力却尝遍各种失败的苦果，课程结束的这个总结，他以为自己会是一种沮丧而挫败的感受。他统计了全班同学每个实验的成败情况，逐一分析了失败的原因，备注上自己的分析总结和心得体会，再附上自己整理的实验照片。当完成这份总结后，成就感油然而生，他突然意识到也许实验的成败并不重要，重要的是自己经历的这个过程。他最后的结语深刻的反应出他感受的升华，他说：“这终究是一次尝试，失败亦是一种成功，不敢说自己在这门实验中完成得多好，却敢说在这门实验中投入了前所未有热情，经历就是一切，是一份独特的质量。”最后，他希望这份总结可以留在课程网站上，以备学弟学妹参考提高。

就这个案例再进一步分析，徐庆涛虽不是班干部，却具备人群中天然领导者能力的学生。在同学们第一次接触自己选择实验内容、自己组织合作关系、全程完成自己规划任务的现场，基本所有学生第一反应都是茫然无措，学生们多年的学习习惯是由老师掌控全局的，而自己作为主导显然很不适应，甚至不明就里。有人发呆，有人急忙看书查资料，有人跑来咨询老师，也有人向老师抗议表示不知该干什么。徐庆涛是最先明了局势，并立刻做出反应，很快给同学分组分工，把慌乱的现场很快变成有条不紊的实验进程，同学们都很愉快地服从他的安排，并高效运作起来。在随后的实验中，同学们也就明了自己的任务和工作，方向明确地合作或者独立推进实验了。这样的全局观和领导力是徐庆涛的最大优势，他的缺点是不够细致和耐心，这也是导致自己的实验历经失败的原因之一。从培养领袖型、创新型人才的角度出发，这个实验课程给了他充分发挥自己优势的空间，再经过最后的总结，让他的目光不只是局限在自己的缺点和失败上，而是感受到自己的经历和成长也是“一份独特的质量”。这也许是拔尖人才培养体制留给每个学生最大的一笔财富。

5 结 语

历经4届致远学院生命班的生物实验课程的拔尖人才培养改革后，以上的各项措施都得以有效实施并取得良好教学效果。这种拔尖人才在实验教学中的模式是否可以适合推广应用于普通学生的实验教学，将是下一步值得研究探索的课题。

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Exploration of Top-notch Talent Training of Life Science Experiment Teaching

ZHANGXia,CAOYang,CHENFeng,LINZhi-xin

(Center of Experimental Teaching，School of Life Sciences and Biotechnology，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China)

Under the guidance of the thought of top talents training and elite education, aiming at 4 grades the life class of Zhiyuan School in Shanghai Jiao Tong University, using character building education as the core of the teaching mode in life science perimental course, we cultivate students within tegrated knowledge, good cooperation, good at finding, analyzing, solving problems of comprehensive scientific research ability. The paper deals with the learning centered way of teaching reform, curriculum goal setting and monitoring, discusses the mode of learning, and summarizes the learning effect, and other aspects of the sublimation of the reform. It analyzes a case in the training mode of more comprehensive talents. The practice makes a bold and beneficial attempt for top talents training in higher education in the experiment teaching.

life science; experiment teaching； top talents training

2015-04-10

2012、1013年上海交通大学教学发展中心985教学研究项目(B1207024，B2130608)

张 霞(1974-)，女，宁夏银川人，博士，高级实验师，研究方向：基础生物学实验教学研究，海洋共生微生物多样性生态学研究。Tel.：021-34204389；E-mail：irisette@sjtu.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)02-0143-04