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动物生理学实验内容多为传统的验证性重复实验,设计性和综合性实验偏少,极大地束缚了学生的思维,不利于学生独立思考、分析问题的能力的培养,也不利于应用型人才的培养需要。因此,结合动物科学专业人才培养方向,改变教学观念,吉林农业科技学院将实验内容进行优化整合,侧重于实践与理论相结合的教学模式。
1.2动物生理学实验教学手段的改革
动物生理学实验具体设置包括家兔呼吸运动的调节、动脉血压直接测定、离体肠管运动观察、蛙腓肠肌标本制作及肌肉收缩等内容。实验内容较难理解,原理抽象,操作繁琐,实验课教师讲解得枯燥,学生听课较费劲,印象不够深刻。笔者实践表明,依靠传统的教学方式很难达到理想的实验效果。针对以上问题,采用多媒体技术将实验的原理、操作步骤以动画形式展现出来,能够图文并茂,补充实验内容,进一步激发学生进行实验的兴趣。为了节省教师实验讲解和课堂演示的时间,笔者利用课余时间亲自操作实验,把实验手术操作过程全程拍摄,在课前播放给学生,以达到使其很好地对实验进行预习的目的。通过多媒体技术可有效地提高学生在做实验时的效率,同时也可避免在对家兔手术中可能出现的错误导致意外死亡,以保证实验的顺利进行。笔者通过运用多媒体与传统方式的结合,对教学效果进行了对比,结果表明,实验组的实验考核成绩、实验的成功率高于对照组,说明多媒体教学能提高实验教学效果。多媒体教学更能得到学生的认可,使学生对实验产生浓厚的兴趣。
1.3动物生理学实验体系的改革
动物生理学实验多为验证性实验,大部分学生课前不预习,不愿意亲自操作实验,以至于得到的结果不够理想,去抄袭他人的实验结果。吉林农业科技学院基于应用型人才培养的需要,把动物生理学实验分为验证性实验和综合设计实验以促进学生创新能力的培养。通过验证性实验使学生掌握基本实验技能,使其熟悉和掌握实验操作技能,正确处理及分析实验数据。例如实验课涉及动物的保定、麻醉、各种注射方法及相关手术操作等内容,实验前利用多媒体技术组织学生观摩,讨论实验过程落实具体步骤。传统的实验教学多为灌输式,不利于学生创新思维的培养。动物机体是一个整体,各个器官、系统之间紧密联系在一起。单一验证性实验往往从一个知识点分析某一器官机能,实验项目较单一,不利于学生对理论课上各章节知识点的融会贯通,达不到培养学生创新能力的目的。笔者尝试开展综合性实验,如在开设蛙的坐骨神经与腓肠肌标本的制备时,同时安排刺激强度和不同刺激频率对肌肉收缩的影响,加深神经细胞动作电位机理的理解。针对各个系统间相互作用和联系开设了呼吸系统+循环系统+泌尿系统综合实验内容,将器官、系统间活动联系在一起,让学生从多个角度考虑某一因素对动物体器官、系统影响,从而训练学生分析、解决问题的能力。吉林农业科技学院开展的大学生科技创新项目活动对具有较好创新课题进行资助。为了培养学生独立的创性能力,笔者结合动物生理学实验内容,分成若干个研究课题方向。在实验课前指导学生查阅相关文献,学生根据兴趣爱好自主分组,自行设计实验方案,最后以开题报告的形式向教师汇报,通过讨论后实施以保证实验的可行性。近年来开展了不同对家兔麻醉效果研究及家兔皮肤移植手术研究等大学生科技创新项目,学生所写论文在学院学报上发表,培养了学生科技创新能力。
1.4动物生理学实验考核体系的改革
以往动物生理学成绩考核注重理论考试成绩,多忽视实验考核成绩,不利于学生实践动手能力的培养。动物生理学实验成绩的考核多以实验报告书写和平时出勤情况来评定成绩。传统的实验考核模式单一,未能充分反映学生实验过程的真实水平。实验成绩的评定不能单靠实验报告的好坏,要制定出较为合理的评级体系,才能激发学生学习兴趣。笔者对动物生理学实验考核方式进行了改革,由单一考核方法改为平时成绩+实验报告书,同时在学期末增加综合实验操作考试。实验报告书不再是实验操作步骤和实验结果,而是结合理论课知识对实验出现的结果进行分析和解释。实验报告成绩中对实验结果分析占50%,做到理论与实验相结合,对理论内容进一步理解。为了实现应用型人才培养目标需要,在学期末增加综合实验操作项目,其考试内容不再是传统的验证性实验内容,主要在于考察学生的动手能力,对试验药物配制、动物麻醉、动物手术操作、生物信号采集处理系统装配和使用等进行考核,重点考察学生的实验操作技能。通过以上考评体系引导学生在动物生理学实验中动手动脑,从而提高学生对知识的应用能力和综合素质。
夏天,往池塘里瞧瞧,我们会看到像石头一样的东西在池塘底下爬行,这就是石娥的幼虫小石娥,它们的房子是用黏液将树叶、棍子或砾石粘在一起建成的。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)17-0255-02
动物生理学是从整体、器官、组织和细胞和分子水平上系统研究健康动物机体生命活动及其规律的学科,是生命科学中的主干基础,也是动物科学、动物医学、水产养殖、水族科学与技术、生物科学、生物技术等专业的专业基础课,在人才培养体系中占重要地位。在动物生理学理论课程的教学过程中,基于学科特点及行业发展,将基础理论与水产养殖生产实际紧密结合,对动物生理学教学进行改革,对培养适应当前水产养殖业发展需要的高素质应用创新型人才具有重要的意义[1]。动物生理学是一门实验性的学科。动物生理学实验是动物生理学课程的重要内容,也是本科生生命科学基础实验教学的重要组成部分。动物生理学实验教学对于学生理解与掌握理论知识、锻炼思考及分析解决问题的能力,以及科学态度与创新能力的培养、动手意识的形成,有着非常实际的意义。因此,在探索和改革动物生理学理论课程教学的同时,我们将动物生理学实验单独设课,这既有利于考查理论教学效果,又可以促进实验课教学质量的提高。但如何充分利用良好的教学环境,充分发挥上海海洋大学在水产养殖、生物学等学科的特色及优势,基于水产养殖、生物技术、生物科学等行业的发展,将实验内容与不同学科有效协同,在动物生理学实验教学中培养学生独立思考、综合运用知识和科研创新的能力,值得我们深入思考。
一、加强师资队伍建设,提高教学水平
高校青年教师教学能力的缺失是影响教学的质量的重要因素之一,提升青年教师教学能力既是提高高等教学质量的迫切要求,也是教师自身发展的客观需要[2]。上海海洋大学动物生理学实验教学团队主要由中青年教师组成,其中青年教师是教学的主力。这有利有弊。一方面,青年教师思维活跃,易于接收新事物,同时也易与学生沟通。另一方面,大多数青年教师存在实际教学经验欠缺,对课堂的教学环节掌控不足等问题。教给学生一滴水,教师自身需要有一桶水。与理论课的教学相比,在实验教学过程中,青年教师除需要有扎实的理论知识基础,还需要对实验项目涉及的知识点进行梳理,对重点和难点进行解析,使实验教学过程灵活、深刻。因此,加强青年师资队伍建设,提高教学水平,是动物生理学实验课程的教学改革过程中首要解决的问题之一。青年教师通过观摩优秀教师的课堂教学、参加网络课程培训等方式,学习各类教学方式方法,并结合自身的实验课教学实践,及时发现问题、解决问题,进而提高自身的教学水平,特别是掌控动物生理学实验教学过程中课前准备、课堂教学及课后实验报告的批阅等各个教学环节的能力。首先,在课前准备过程中,青年教师必须熟悉和掌握实验的具体操作过程。每一位青年教师在进入实验课课堂之前,认真做好预实验,这既可以熟悉每个实验过程中的具体操作步骤及可能出现的问题,也可以对阐述实验现象涉及的理论进行充分准备。其次,在课堂教学过程中,青年教师需切合实际,因才施教。如,与医学专业的学生相比,水产养殖、动物科学等专业的学生解剖学知识相对薄弱。为获得较好的教学效果,在“蛙类坐骨神经-腓肠肌的标本”这一经典实验中,在剪除蟾蜍躯干上部、皮肤及内脏时,未采用教材及视频中示范的从背侧直接剪断脊柱,而是将蟾蜍固定于蛙板上从腹部进行解剖,便于学生对蛙类神经及腿部骨肉的识别,进而避免剪断坐骨神经,提高了实验的成功率。第三,重视实验报告的批阅。批阅实验报告是动物生理学实验教学过程中的重要环节之一,也是教师的学的过程。教师在批阅学生的实验报告后,可以认真了解学生进行实验的情况,清晰地知道学生的想法和思路,针对学生出现的问题,错误的加以纠正,正确、有新意的加以鼓励和表扬。
二、结合专业特点,优化教学内容
由于动物生理学实验课程涉及专业广,授课学生多,学生所需了解和掌握的知识点各有不同,采取“一刀切”的方式选择教学内容难以满足不同专业学生的需要。因此,虽然是同一门课程,同一本教材,但授课教师针对不同专业,及时调整教学内容,各有所侧重。在兼顾专业培养要求的同时,坚持从简单到复杂、从验证到创新的原则,对教学内容进行调整优化。目前,动物生理学实验课程教学内容主要涉及四个方面,即动物生理学实验基本实验方法及实验技术介绍、验证性实验、综合性实验及设计性实验。实验项目包括坐骨神经-腓肠肌标本的制备、骨骼肌收缩特性观察、反射弧的特性分析、离体小肠平滑肌的生理特性分析、离体心脏灌流、鱼类血细胞分析、环境因素对不同食性鱼类消化酶活性测定等验证性、综合性和设计性实验。实验动物分别为两栖类(蟾蜍)、家兔、鱼类(包括鲫鱼、乌鳢、团头鲂等)。水产养殖与动物科学专业均是应用性很强的专业,而动物生理学是一门偏向理论且实验性很强的课程。动物生理学教学过程中,需要引导学生切身感受到动物生理学在水产养殖中所起的作用。因此,针对水产动物饲料的研发中,开发优质价廉的水产动物饲料蛋白源,是水产养殖业摆脱困境,降低成本,提高效益的重要课题[3]。对水产养殖、动物科学专业的学生开设了不同食性鱼类水消化酶活性测定的综合性实验,并要求学生以“环境因素对不同食性鱼类消化活性的影响”为主题进行实验设计。上述教学内容不但能够使学生掌握不同食性鱼类消化生理的特性,也为其在后续的水产动物营养学、配合饲料学等课程的学习过程中做到学以致用打下良好的基础。在大学教学中,所教知识具有高深性、前沿性和探索性,教学与科研结合十分紧密,教学过程中要做到学习已知与探索未知的统一[4]。在动物生理学实验教学过程中,通过向学生介绍著名的或经典的动物生理学实验,进而激发学生的学习兴趣,引发学生对科研的热情和积极性。
三、综合多种教学方法,提高教学效果
教学方法是教师实施课堂教学一项最重要的软性工具,决定着学生的参与程度和互动效果。教学方法包括传统教学法和现代教学法,前者侧重于教师的“教”,教师处于主导地位,学生则处于被动学习的地位;后者包括探究式、启发式、讨论式等教学方法,教师在教学过程中起引导作用,强调学生的自主性和参与度。为激发学生学习兴趣和提高教学效果,如何将传统教学方法与探究式、启发式、讨论式等现代教学方法相结合,形成良好的课堂气氛,调动学生的学习积极性和主动性,是我们在教学过程中不断探索的重要内容之一。郭沫若曾说过:“教学的目的是培养学生自己学习,自己研究,用自己的头脑来想,用自己的眼睛看,用自己的手来做这种精神”。很显然,以教师为主体的传统教学方法,难以实现这一目的。动物生理学实验教学内容包括验证性、综合性和设计性实验三大类,在教学过程中,灵活运用传统和探究式、启发式、讨论式等现代教学方法是十分必要的。如验证性实验主要采用传统的教学方法,使学生掌握基本理论和基本实验技能;综合性实验则把传统教学方法与现代教学方法相结合,即教师课前设置问题、学生预习、操作实验、教师在课堂设问、学生在动手过程中寻找答案等,教师在教学过程中起指导作用;设计性实验则根据学生自愿和课程组教师负责指导的原则,学生以个人或小组为单位自主完成从选题、实验设计、实验操作、数据分析、论文撰写、实验汇报等全过程。考核方法则在实验技能、实验报告的基础上增加了实验设计,进而综合评价学生的学习成绩。以“离体小肠平滑肌的生理特性实验”为例,实验前先提出问题,即“环境及理化因素是否会影响小肠平滑肌的收缩特性”,引导学生进行探究实验。实验过程中,通过传统教学方法即教师示范或观看视频使学生掌握具体的实验操作过程,同时教师提醒学生仔细观察实验结果并做好相关实验记录。通过实验学生观察到NaOH、HCl、肾上腺素、乙酰胆碱、CaCO3等因素均可引起平滑肌收缩发生改变的实验现象,这解决了实验前的问题。此时,教师提出“环境及理化因素是如何引起平滑肌收缩频率及幅度的变化?”启发学生开展相关的探究和讨论。如果学生在实验过程中观察到与预设结果不符的实验现象,如NaOH和HCl既可引起平滑肌收缩肌增强,但也可能获得与之相反的结果。教师一方面引导学生分析实验操作中是否存在问题,另一方面引导学生综合所学理论知识,查阅相关文献,对相关实验结果进行分析和讨论。针对学生讨论出的结果,教师不是简单的回答对与错,而主要针对他们在分析思考问题时表现出的对概念和原理不清楚部分,简要指出他们的错误,引导学生弄清楚问题的实质。通过上述方法,一方面既有助于加深学生对动物生理学相关知识点的理解,同时可以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
总之,动物生理学实验改革不能一蹴而就。师资队伍的建设需要持之以恒,教学内容需要随着专业和学科的发展而不断更新,不同教学方法的合理综合运用仍需不断探索。因此,在今后的教学实践中,以学生为本,根据动物生理学教学的实际情况进行改革,激发学生的学习兴趣,提高学生的动手能力及培养学生的科研创新能力,实现从“授人以鱼”到“授人以渔”的目标。
科学实验是一切科学理论的来源,是人类的基本实践活动之一。高等学校中的实验课程不仅是使学生进一步巩固和加深对已学理论知识的理解和掌握,更重要的是对学生的科学实验方法、技能、作风等进行培养和训练的主要渠道。它对学生学习和掌握科学的思想方法,提高进行科学研究的能力也起着重要的作用。
动物生理学是动物科学专业的重要基础课,是专业知识结构体系中重要的组成部分,对学生完成专业学习和从事专业技术工作具有十分重要的意义。在动物科学必修课程中,动物生理学是沟通生物学相关学科的重要渠道。因此,该课程的教学效果对学生掌握和了解本专业基础理论和技术起着关键性的作用。其中动物生理学实验教学课程更是不可或缺的关键环节,完善的实验课设置和教学,可以大大提高学生的学习兴趣,加深对理论知识的理解,有利于学生创新能力的培养。
实验教学的优势是让学生从活生生的,丰富多彩的生命现象中认识,理解和探索生命现象的本质,培养学生对真理和知识永无止境的探求的精神。
一、培养学生爱护实验动物的意识
实验动物对人类的健康具有重大的贡献,但是如果漫无科学目的或者反复盲目进行动物实验,就会给动物的身体造成莫大的痛苦,故应尽可能的减少活体动物实验,更有必要寻求代替实验方法。对必须进行的动物实验要将实验动物的痛苦减少到最低程度。实验动物是人类的“替代者”,在各项科学研究和产品鉴定过程中,它们为了人类和其他动物的福利和健康,承受着痛苦甚至牺牲。从1628年哈维利用动物发现血液循环从而把生理学确定为一门科学开始,到十九世纪认识糖尿病的本质,二十世纪抗生素及磺胺药物的发明,单克隆抗体的发明及体细胞克隆成成功,再到目前正在进行的生命科学研究前沿领域“功能基因组学”的研究等若干医学发展史上,具有“里程碑”式的飞跃都离不开实验动物。从道义情感上讲,人们应尊重和爱惜实验动物。在实验动物教学过程中,使学生意识到一个有道德、有文明的人要关心自己是否人道地管理和使用实验动物,学生如果不爱惜实验动物就忽略了精神、神经因素对实验的影响。当实验动物遭受到虐待、创伤、粗暴对待等意外刺激时,其内分泌系统、循环系统、机体代谢都与正常时不同,不但使实验结果不准确,同时手术对实验动物创伤大,也造成动物损失。在试验中的饲养管理和处置都应想到动物的感受。关爱实验动物,善待实验动物,是每一个动物实验工作者应尽的责任。
保护环境,防止因实验动物尸体及废弃物造成公共卫生事件。对实验动物尸体及废弃物进行焚烧,对维护科研正常秩序,加强对实验动物生产及动物实验研究管理,确保生物安全都具有重要意义。
达尔文的《物种起源》证明了人和动物的亲缘关系和物种进化过程,认为人和动物的亲缘关系不仅仅是在智能上比较相近,而且在社会生活方面包括在道德方面都非常相近。所以他说,对动物的人道是人类所能继承的最高贵的美德。
二、加强学生基本实验操作技能的训练
我们在实验教学大纲中安排了数个实验,充分涵盖了生理实验最基本的操作和技能,包括基本实验仪器的使用,急性动物手术操作,微机处理系统的使用方法,实验报告的基本要求等等,这些基本技能是完成动物生理实验课所必须的,同时也为后继的专业课学习打下良好和重要的基础。
三、实验现象观察和记录能力的培养
观察不只单纯看到,还包含思维过程在其中。实验现象的观察包括主动观察和被动观察。
主动观察是有意识安排的,通常是根据预期结果安排的观察。做实验时,如果只看到预期的现象,就有可能错过预料之外的现象。而这些预料之外的现象却最有可能导致意想不到的发现。虽然这种可能很小,但是,我们在教学过程中要尽量培养学生的这种能力。
实验中观察到的现象、结果和数据要及时如实地记录。记录必须准确、简练详尽和清楚。在实验教学中就要培养学生这种良好的习惯。
四、培养学生团队合作精神
生理学实验是以小组为单位的集体行为。这其中的理解,沟通,配合,是非常重要的。训练学生团结合作的精神,这是未来科学工作者必备的素质。从教学的角度讲,每个学生都要有机会接受到训练,从实验研究角度讲,完成实验是大家合作,共同努力的结果。
五、锻炼学生抵抗挫折的能力,培养实事求是的作风
动物生理学实验的实验对象是动物机体,所以,影响实验效果的因素很多。如果实验取得预期的效果,获得成功是件好事,但如果实验未能获得预期效果也未必是坏事。通过引导学生仔细分析实验步骤,讨论实验细节,改进实验操作水平和技能,培养锲而不舍和实事求是的作风也具有十分重要的意义。
参考文献
1、刘燕,曹济.中国协和医科大学生理学实验教学改革实践体会,2006(3).
2、陈忻华.综合性实验的开设,2005(10).
3、周娅.综合性实验教学的尝试与体会,2002.