“双一流”背景下的动物学实验教学改革与实践.pdf

“双一流”背景下的动物学实验教学改革与实践李烨1，聂祥1，贺秉军1，2（），赵忠芳1，2，戚慕杰1，2，李登文1，21.南开大学生物国家级实验教学示范中心，天津，3000712.南开大学生命科学学院，天津，300071摘 要：动物学实验作为高校生物类专业重要的核心基础课程，对于培养学生的科学素养和提高实践操作技能必不可少。在“双一流”建设背景下，以一流生物学科建设和创新人才培养为目标，南开大学生物国家级实验教学示范中心动物学实验室结合自身实际情况，对所承担的动物学实验课程进行了教学改革，包括构建多层次实验课程内容体系、建设新形态实验教材和采用线上线下混合式实验教学模式，在增强学生的创新意识和实践能力、强化学生学习的主体地位和提高动物学实验教学质量方面都取得了积极效果，同时为提升学院人才培养质量和“双一流”建设水平奠定了良好基础。关键词：“双一流”建设，动物学实验，教学改革Reform and Practice of Zoology Experiments Teaching under“Double First-Class”BackgroundLI Ye1，NIE Xiang1，HE Bing-jun1，2（），ZHAO Zhong-fang1，2，QI Mu-jie1，2，LI Deng-wen1，21.National Experimental Teaching Demonstration Center of Biology，Nankai University，Tianjin 300071，China2.College of Life Sciences，Nankai University，Tianjin 300071，China高校生物学教学研究（电子版）2023 年 4 月，13（2）：38-42ISSN 2095-1574 CN 11-9307/R DOI 10.3868/j.issn.2095-1574.2023.02.010专题实践教学收稿日期：2022-11-19；修回日期：2023-02-13基金项目：2022 年南开大学实验教学课程改革项目-交叉学科类（22NKSYJC03）通讯作者：贺秉军，E-mail： 动物学课程是高校生物类专业的核心基础课之一，包括理论教学、实验教学和野外实践教学 3 部分1。其中，动物学实验作为一门经典的生物类基础实验课程，不仅可以验证和巩固动物学理论知识，还能通过具体的操作训练帮助学生掌握动物学研究的基本技能和方法，培养学生严谨的科学态度和基本的科研能力2。可见，提高动物学实验课程的教学质量尤为关键。为加快我国高等教育强国建设，党的十九大报告提出“加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展”。“双一流”建设旨在追求本科教育和人才培养的卓越，其根本是要深化高校的课程教学改革3。为此，隶属南开大学生物国家级实验教学示范中心的动物学实验室对所承担的动物学实验课程在教学内容、实验教材及教学模式等方面做出了改进并应用于实验教学当中，是“双一流”建设背景下提升实验教学水平的一项重要尝试。生物（23年4月刊）-正文.indd 382023-6-12 15:21:38李烨等：“双一流”背景下的动物学实验教学改革与实践 391 构建多元实验课程内容体系，适应创新人才培养需求近年来，动物学实验课程团队不断完善实验课程内容，力图构建多层次的动物学实验课程内容体系，以满足专业教育、学科交叉及通识教育下的创新人才培养需求。1.1 专业教育中的动物学实验“动物学实验”是面向生物科学与生物技术专业本科二年级学生开设的基础实验必修课程。课程团队根据多年的教学研究与实践经验对课程内容进行了梳理和改革，在验证性实验的基础上加入了综合性实验和开放性实验，突出创新性和研究性，以服务一流生物学科建设和拔尖创新人才的培养目标。验证性实验系统培养与训练学生基本实验技能。课程团队对以往的经典验证性实验进行重组和整合，进一步分为观察验证实验和对比解剖实验，如“无体腔（涡虫）、假体腔（人蛔虫）和真体腔（环毛蚓）动物切片标本的比较观察”“脊椎动物骨骼标本的比较观察”“甲壳纲（南美白对虾）和昆虫纲（蝗虫）动物的比较解剖”“鲫鱼等几种常见淡水鱼类的比较解剖”等。综合性实验需要学生综合运用多种实验技能分析和解决问题，培养学生初步的科研能力和创新精神。课程团队设置了“原生动物草履虫、绿眼虫和变形虫的综合实验（包括野外采集、形态结构、应激反应及虫体运动观察）”“水螅的综合实验（包括实验室培养、形态结构、应激反应及摄食活动观察）”“棉铃虫的饲养及生活史观察综合实验”“实验动物及小鼠的综合实验”等。开放性实验主要依托于本校的本科生创新科研计划开展，鼓励学生进行研究性学习，激发学生的创新思维和创新意识，实施个性化教育。学生自愿组成项目团队（人数不超过 5 人）选择教师提供参考的实验项目或自行设计实验，通过学院、学校两级评审遴选出立项资助项目后，在教师的指导下自主组织实施、独立撰写报告或论文，教师仅起辅导作用。例如，“八仙山国家自然保护区蝴蝶多样性研究”项目将动物学实验室面向生科院低年级本科生开放，要求其在课余时间进入实验室，自行查阅文献并运用已掌握的知识和技能制订实验方案，包括研究区域概况、调查时间和地点、调查方法及数据分析方法等，以掌握蝴蝶的种类及群落结构特征等各项指标，并以此对该地区的生态环境进行评估。此外，学生还要独立进行实验器具的准备及实验试剂的配制等工作，直至完成实验报告。可见，开放性实验由学生自己设计、准备、实施，极大地调动了学生探索生命科学奥秘的积极性和主动性，同时也激发了学生的创造性。通过以上专业教育教学改革，实验内容由浅入深、由简单到复杂、由固化到创新，不仅强化了生物类专业学生对动物学理论知识的理解、提高了其基本实验技能水平，还培养了学生的综合分析能力、自主创新意识，以及严谨求实、团队协作的科学精神4。1.2 学科交叉中的动物学实验“普通生物学实验”是面向环境科学与工程学院环境科学专业本科二年级学生开设的一门生物学基础实验必修课程。其中，动物学实验部分多年来一直沿袭生科院为生物学专业开设的“动物学实验”中同名实验项目的课程设置，教学内容也是原搬照抄，旨在培养学生基本的生物学实验技能。课程团队结合教学实际，考虑到不同专业学生对生物学知识的差异化需求，对教学内容进行了有针对性地改革，在动物学实验中引入了与水环境相关的学科交叉内容。例如，在“原生动物的形态结构观察”实验项目中，增加了污水对草履虫的毒性效应实验，要求学生观察重金属离子、化学农药等环境因子对草履虫的影响，分析草履虫种群数量、体长体宽及内部结构等的改变；在“克氏原鳌虾的形态与结构”实验项目中，要求学生参照健康虾探究重金属离子、抗生素、养殖水体中常用的杀虫剂等环境因子对虾的外部形态、内部构造及运动方式等的影响，如鳃丝和体色的变化、肌肉组织形态的改变、甲壳是否变软、肝胰腺颜色变化、中毒反应等。通过对交叉学科实验教学内容的改革，学生在学习基本生物学技能与方法的同时能够了解环境对动物的影响及水生原生动物、甲壳类动物等在水环境中的指示作用，不仅对生物学知识在环境科学专生物（23年4月刊）-正文.indd 392023-6-12 15:21:3840 李烨等：“双一流”背景下的动物学实验教学改革与实践业中的交叉运用有了整体的直观认识，还提升了综合运用实验技能解决实际问题的能力，从而有助于实现环境科学专业培养多学科相融合的、能解决社会环境问题的复合型高级专门人才的培养目标5-6。1.3 通识教育中的动物学实验生命科学是一门实验性很强的学科，发展迅猛、日新月异，是推动日常生活进步和社会经济发展的重要科技力量，其所蕴含的科学性、人文性和社会性正是通识教育的核心内容7。因此，开设以通识教育为目的的实验课程，使非生物类专业的学生学习生物学基础实验技能，必然成为培养符合社会和经济发展需要的复合创新型技术人才的重要环节。使非生物类专业的学生学习生物学基础实验技能，必然成为培养符合社会和经济发展需要的复合创新型技术人才的重要环节8。为拓宽非生物类学生的视野，提升综合素养，课程团队在“动物学实验”课程的基础上对实验内容进行重新编排和精心组织，面向全校本科生开设了通识教育公选课“身边的动物科学实验”。动物学涵盖内容广泛，涉及的知识范围广、知识点多、理论性强、内容抽象9。作为一门通识类课程，需要对教学进行重新定位，不能再以面面俱到的专业知识的普及为主要目标，而应围绕动物学的主线知识点展开并注重实验内容的基础性、趣味性和实用性，最好能与学生的实际生活密切相关，以提高非生物类专业学生的实验兴趣和积极性，也便于展开实验达到深入浅出的效果。该课程自开课以来，经过不断地实践、改进和优化，形成了包括观察类、解剖类、参观学习类、标本制作及动物分类等五个单元共 11 个实验项目的实验内容体系（表 1）。通过实验课程的开设，非生物类专业的学生能够熟悉身边密切接触动物的生活习性，掌握必要的动物样本处理技能，了解常见动物的简单分类方法，理解动物结构与功能的统一性、动物适应和进化的发展方向，以及人与动物和谐共生的重要意义。例如，学生通过“校园内马蹄湖水样的采集及微小生物的观察与识别”实验项目，拓宽了视野，直观地认识到看似清澈、干净的水体实际生活着大量肉眼不可见的原生动物等；皮肤螨虫的采集和显微观察相关实验督促学生养成良好的个人卫生习惯，通过对各种动物及人体寄生虫标本的观察，学生能够了解猫、犬等宠物易携带寄生虫的种类及其带来的危害；“中国蛤蜊和鲍鱼的形态与结构”“小龙虾和大闸蟹的形态与结构”实验项目使学生深入了解生活中食用动物的营养价值及正确处理方法等；在鱼类、家鸡、家兔等脊椎动物的系列解剖实验项目中，学生须严格贯彻动物福利和 3R 原则，通过解剖，体会各个系统在动物体内的精妙设置及骨骼架构与肌肉收缩的协调美感；通过学习常见动物分类及自然博物馆参观，学生进一步了解了生物的多样性和适应进化，感受自然与生命之美，实现科学精神与人文精神的融通发展。这也与通识教育着眼于学生的精神成长、能力提高和知识结构优化，不仅传授知识更注重人文关怀和人格养成的重要内涵不谋而合10-11。2 信息技术与教育深度融合，推进实验教材与教学模式改革随着信息技术的发展和普及，互联网与传统教育手段相结合的教育模式已成为现代教育的发展趋势，这既是对高校教学改革的重大挑战，也是强化学生主体地位的必然要求12-14。课程团队以此为契机，积极构建了信息技术与实验教学有机融合的教材建设与教学模式，并应用于动物学实验教学实践，表 1“身边的动物科学实验”课程内容课程单元实验项目学时/h观察类校园内马蹄湖水样的采集及微小生物的观察与识别4皮肤螨虫及人体与宠物寄生虫的生活习性和标本观察4解剖类中国蛤蜊和鲍鱼的形态与结构4小龙虾和大闸蟹的形态与结构4几种食用鱼类的形态与结构4家鸡的形态与结构4家兔的形态与结构4标本制备昆虫的采集及标本制备4动物分类常见鱼类的分类及标本观察4鸟类的分类及校园常见鸟类的观察4参观学习类动物演化及自然博物馆动物标本的观察4生物（23年4月刊）-正文.indd 402023-6-12 15:21:38李烨等：“双一流”背景下的动物学实验教学改革与实践 41主要包括以下两个方面。2.1 新形态实验教材的建设与应用教材作为高校育人育才的重要依托，不仅是体现教学内容及方法的知识载体和开展教学活动的基本工具，也是深入教学改革、提高教学质量的关键环节15。随着信息技术的飞速发展，仅以纸质教材为媒介的课堂教学已经不能满足新时期教学发展的需要。课程团队与时俱进地开展了新形态教材研究与建设，以促进教学模式改革、提高实验教学质量。课程团队在充分比较研究国内外同类优秀教科书的基础上，建设并出版了全彩色教材动物学实验16。该教材在内容的编排上与动物学理论课相呼应，在保留动物学经典实验的同时，设计了部分对比解剖实验，在科研项目转化成教学实验方面也做了积极尝试，还根据学科发展适当加入了前沿进展内容。另外，为满足学生日后进入科研实验室深造的需要还编写了部分科研实验常用动物的解剖操作技术等内容。在教学过程中，教师可根据授课专业特点、学生层次和计划学时，对教材内容进行取舍，以更好地适应教学需求。此外，课程团队还录制了规范的实验操作视频、制作了配套的教学课件、采集了大量实验动物高清彩色照片，并将上述多种形式的教学资源共同整合形成与教材配套的数字课程，与纸质教材一体化设计、互为补充，充分发挥新形态教材的优势，丰富了知识的呈现形式，极大地提升了教材的实用性17。由于具备大量的自主学习资源，学生也可根据自身兴趣和实际需要进行深入学习和探索。可见，新形态教材的建设打破了时间、空间和教学课时对实验教学的限制，为使传统的“老师讲，学生听”的课堂教学模式转变为学生利用电子设备随时随地进行个性化自主探索式学习的教学模式提供有力保障。2.2 线上线下混合式实验教学模式的构建与应用随着高等教育的不断发展，传统动物学实验教学模式受到了较大挑战，难以适应“双一流”人才培养需求。课程团队基于多年积累的线下实验教学实践经验，遵循“实验内容提前推送学生课前自主学习师生线上线下互动”的教学思路，构建并实施了动物学实验线上线下混合式实验教学模式，进一步提高了实验教学质量。在实践过程中，课程团队提前建设了线上教学资源，包括电子课件、微课视频、学科前沿资讯、在线测试题库等，并在课前将对应内容发布到智慧教学工具的云端平台供学生预习和完成在线测试。学生可通过手机 APP 端随时关注课程发布的相关通知并按时完成学习任务，教师则根据平台提供的学生浏览量及测试成绩分析等跟进学生的预习情况。学生经过在线预习，实现了自主学习与碎片化学习，在课堂教学过程中“有备而来”，不仅可以更快地进入学习状态，还能高效地掌握操作技能及提高实验成功率。教师则可缩短实验操作讲解的时间，更多地投入“答疑解惑”的教学环节中，提高教学效率18。在线下课堂上，教师以问题为导向，营造积极动手实践、共同讨论参与的课堂氛围。课后，教师再次通过线上互动进行课堂讨论的发酵和延伸，包括在课程微信群中分享实验趣闻、学习经验、优秀实验报告，以及随时答疑等。这种翻转课堂模式革新了传统的以教师讲授为主的单向传递式教学模式，将理论知识与实验技能通过学生提问、讨论、分享等多维度进行发散和引导，更好地体现了教与学的本质。将教学重点从以往的知识传授转变为学生能力培养，为学生提供了更多自主学习与自我提升的机会。动物学实验线上线下混合式实验教学模式的构建与应用，将线上教学的学习主体性、开放性和灵活性等优势与线下教学的学习互动性、实践性和专注性等特征有效融合，提高了学生的学习兴趣和学习效率19。基于教育信息化的深入开展与高校“双一流”建设的时代背景，积极推动动物学实验线上线下混合式实验教学模式的构建与应用，不仅是新时代高校教育教学改革发展的趋势所向，也是对高校一流生物学科建设与发展的有益探索。3 结语实验教学是高校教学的重要内容之一，在人才培养中具有举足轻重的地位。如何建设优质实验课程、切实提高实验教学质量，是高校教师面临的重要任务。动物学实验课程团队以满足新时代高校学生物（23年4月刊）-正文.indd 412023-6-12 15:21:3842 李烨等：“双一流”背景下的动物学实验教学改革与实践生的个性化需求为导向，不断完善实验内容体系，建立了“验证性-综合性-开放性”层层递进、夯实基础与突出创新并重的专业教育模式，在学科交叉中引入了以水环境为特色的实验内容以强化生物专业与环境专业的交叉融合，并精炼知识点开设了基础性、趣味性和实用性的通识实验课程。同时，在“互联网+教育”的发展趋势下，课程团队构建并应用了新形态实验教材与线上线下混合式实验教学模式，进一步强化了学生学习的主体地位。此次教学改革实践，不仅有助于动物学实验教学体系的完善和实验教学质量的提高，加快生物学一流学科建设的进程，使人才培养模式从统一向多元化发展转变，以适应不同专业、学科背景下的拔尖创新人才培养需求。然而，实验教学的改革并非一蹴而就，是一项长期而艰巨的任务，需要在教学实践中不断地进行反思、改革和完善，以不断推动创新人才培养，提升“双一流”建设水平。参考文献1李鹏，赵梦飞，韩笑，等.高校动物学实验课程教学改革调查与实践探索J.四川动物，2017，36（5）：593-600.2汪安泰.动物学实验教学改革探索J.实验技术与管理，2006，23（12）：119-122.3葛文杰.“双一流”建设背景下的高等工程教育重塑与课程教学深度改革J.中国大学教学，2021（9）：53-61.4应雪萍，柳劲松，张永普，等.培养创新能力的动物学实验教学体系J.实验室研究与探索，2013，32（10）：170-174.5任岗，金叶飞，陈瑛.环境科学专业普通生物学实验教学改革与实践J.实验科学与技术，2014，12（3）：123-124.6万均，李玲玲，王磊.“双万计划”背景下环境工程专业建设研究J.黑龙江高教研究，2022（6）：156-160.7郭宾会，陈一兵，杜坤.高校生物学实验教学平台运行探索J.实验科学与技术，2020，18（5）：147-151.8曹月青.高校微生物学通识课教学探索J.生物学杂志，2021，38（5）：124-126.9陈一兵，杜坤，傅媛媛，等.基于“虚实融合”的动物学通识实验课程教学的探索与实践J.中国家禽，2022，44（2）：117-120.10李欣，赵玉红，周浩，等.通识教育下生物化学实验教学的探索和实践J.实验室研究与探索，2017，36（9）：126-128.11周青春，许文亮，罗勤，等.“生命科学的奇迹与感悟”通识核心课程建设的探索与实践J.高校生物学教学研究（电子版），2019，9（2）：34-37.12金映虹，徐志霞，黄循吟，等.“互联网+”背景下大学生物实验教学模式改革与实践J.实验科学与技术，2021，19（6）：89-93.13张丽娟，古同男，鄢雯.基于“互联网+教育”的生物化学实验教学模式研究J.实验技术与管理，2019，36（9）：181-183.14林蕙青.推动信息技术与教育教学深度融合 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