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        以教學(xué)實驗中心為學(xué)科競賽管理平臺的教學(xué)改革探索

        2021-03-23 10:41:14陳偉釗莫蓓莘胡章立汪安泰
        實驗室研究與探索 2021年2期
        關(guān)鍵詞:挑戰(zhàn)杯教學(xué)實驗競賽

        陳偉釗,莫蓓莘,胡章立,汪安泰,鄧 利

        (深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院生命與海洋科學(xué)教學(xué)實驗中心,廣東深圳 518060)

        0 引言

        進入21 世紀以來,生命科學(xué)研究取得了一系列突破,迅猛發(fā)展的生命科學(xué)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)對創(chuàng)新人才的需求與日俱增。如何培養(yǎng)適應(yīng)新時代發(fā)展需求的創(chuàng)新型人才,成為擺在生命科學(xué)領(lǐng)域教育者面前的一道難題。參加學(xué)科競賽可以有效地提升學(xué)生的創(chuàng)新能力及綜合知識水平,已成為教育者們的共識[1-3]。生命科學(xué)相關(guān)學(xué)科發(fā)展迅速,知識更新快,而學(xué)科競賽本身具備緊追學(xué)科前沿熱點的特點,更使其成為傳統(tǒng)教學(xué)手段的必要補充。

        如何更好地管理、組織、開展好學(xué)科競賽,使學(xué)科競賽更有效地提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力,是教學(xué)單位普遍關(guān)注的問題[4]。目前國內(nèi)高校對學(xué)科競賽的管理日益重視,制度建設(shè)普遍成體系,但由于管理平臺未能有效持續(xù)進行支持,參賽團隊經(jīng)驗難以傳承,學(xué)生競賽成績難以大幅度提升。本文以教學(xué)實驗中心為管理平臺對競賽組織管理進行了積極的探索,組織參與6 項生命科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的競賽皆獲得佳績,在創(chuàng)新人才培養(yǎng)上取得了較好的成效,教學(xué)改革成果顯著。

        1 學(xué)科競賽在生命科學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用

        生命科學(xué)是一門實驗科學(xué),實驗是生命科學(xué)研究探索的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的生命科學(xué)人才培養(yǎng),以傳授知識與經(jīng)驗為主,特別在實驗教學(xué)方面,僅按照教學(xué)大綱限定的基礎(chǔ)實驗課傳授知識,內(nèi)容更新緩慢,無法追蹤學(xué)科前沿熱點。目前傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式存在如下不足:①學(xué)生學(xué)習(xí)模式一般為集中型課堂式教學(xué),教學(xué)內(nèi)容嚴格按照教學(xué)大綱安排,所有學(xué)生進度一樣;②即使部分課程開設(shè)有少量的創(chuàng)新性實驗,也是按照老師指定的內(nèi)容進行實驗,自主創(chuàng)新性不足;③實驗中心開設(shè)的各門實驗課之間聯(lián)系不緊密,無法形成跨學(xué)科、多學(xué)科交叉的學(xué)習(xí)體系,僅靠傳統(tǒng)課堂教學(xué),難以培養(yǎng)緊跟時代步伐的創(chuàng)新人才。這與培養(yǎng)高質(zhì)量復(fù)合型人才的目標存在很大的差距,因此急需在日常的課程教學(xué)之外發(fā)展其他的教學(xué)教育手段,達到培養(yǎng)復(fù)合型優(yōu)秀人才的目的[5]。

        與此同時,現(xiàn)在大學(xué)校園已經(jīng)進入“90 后”“00后”時代。新時代的大學(xué)生有一些新的特點,他們對新鮮事物充滿熱情,熱愛挑戰(zhàn),但不喜歡古板、教條化的說教。因此也更加迫切需要開發(fā)新的教學(xué)手段,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性,從而達到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。學(xué)科競賽因其含有競爭及類似“對抗”的屬性,能夠激發(fā)年輕人的斗志,因此,有效地利用學(xué)科競賽,可以更好地開展教學(xué)。

        通過開展學(xué)科競賽,以學(xué)生為主導(dǎo),全面改革人才培養(yǎng)方式:①改變學(xué)生學(xué)習(xí)模式。在集中型課堂式教學(xué)基礎(chǔ)上,以具體競賽為基準,進行目標導(dǎo)向性學(xué)習(xí),充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。②改變學(xué)生由同一專業(yè)組隊學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)模式,將不同專業(yè)學(xué)生組合起來,形成跨學(xué)科、多學(xué)科交叉的學(xué)習(xí)體系。③改變學(xué)生只進行知識學(xué)習(xí)或者實驗操作的單一學(xué)習(xí)模式,以展現(xiàn)項目為基礎(chǔ),全面發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新能力。

        2 以教學(xué)實驗中心為學(xué)科競賽管理平臺的優(yōu)勢

        實驗中心擁有大量實驗室資源,實驗技術(shù)崗教師可長期穩(wěn)定組織競賽,以教學(xué)實驗中心作為學(xué)科競賽的綜合管理平臺,有利于集中利用實驗中心資源,有利于學(xué)科競賽組織的有序傳承,有利于學(xué)科競賽與實驗中心的創(chuàng)新實驗課程、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃、創(chuàng)新短課及聚徒教學(xué)內(nèi)容的相互轉(zhuǎn)化(見圖1)。

        圖1 實驗中心在競賽組織管理中的作用

        2.1 有效利用實驗室資源

        生命科學(xué)是實驗科學(xué),實驗室是人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、知識創(chuàng)新的基地。生命科學(xué)相關(guān)的學(xué)科競賽基本上都是建立在實驗操作的基礎(chǔ)上。充足的實驗空間和精良的實驗設(shè)備是獲得競賽成績的前提條件[6]。以往學(xué)生參加學(xué)科競賽時,只能由指導(dǎo)老師提供實驗室,經(jīng)常存在資源不足等問題。部分年輕老師有精力有激情,愿意指導(dǎo)學(xué)科競賽,但經(jīng)常因為缺乏實驗場地而無法施展;而現(xiàn)在學(xué)科競賽通常強調(diào)跨專業(yè)、跨學(xué)科等多層次融合,指導(dǎo)教師個人固定的實驗場地及固定的設(shè)備也常常難以滿足競賽需求。

        生命與海洋科學(xué)教學(xué)實驗中心成立于2006 年,于2007 年獲評為“廣東省實驗教學(xué)示范中心”。中心擁有本科教學(xué)實驗室21 間,總面積約2 000 m2,教學(xué)設(shè)備總值3 000 余萬元。為進一步支持學(xué)科競賽,實驗中心專門建設(shè)了學(xué)科競賽專用創(chuàng)新實驗室,為挑戰(zhàn)杯競賽團隊、iGEM(國際基因工程機器大賽)團隊等參與學(xué)科競賽的團隊提供穩(wěn)定的場地和設(shè)備支持。同時,實驗中心所有教學(xué)實驗室及儀器設(shè)備24 h 向參賽本科生開放,學(xué)院各課題組科研實驗室及大型儀器公共平臺也可通過競賽指導(dǎo)老師預(yù)約使用。以實驗中心為組織管理平臺在實驗室資源的保障方面優(yōu)勢明顯[7]。

        2.2 統(tǒng)一組織管理,使學(xué)科競賽常態(tài)化、系列化、品牌化

        各類兄弟院校開展學(xué)科競賽時,其競賽指導(dǎo)老師及競賽組織者一般以科研小組或教師個人為主,這種指導(dǎo)方式存在的主要問題是過于依賴科研小組或者老師個人的科研基礎(chǔ),因此在指導(dǎo)1~2 次之后,由于無法重復(fù)利用現(xiàn)有科研優(yōu)勢,導(dǎo)師便對指導(dǎo)競賽失去興趣。此外,現(xiàn)在高校重科研的評價機制也使老師們動力不足。這些因素都導(dǎo)致競賽團隊無法延續(xù)與傳承,競賽組織不可持續(xù)。因此,導(dǎo)致教師對競賽的指導(dǎo)的寶貴經(jīng)驗難以積累沉淀,無法形成理論體系,指導(dǎo)水平難以提高[8]。

        以教學(xué)實驗中心作為學(xué)生參與競賽的硬件支持和組織管理平臺,有利于建立長效的競賽組織機制,將學(xué)科競賽常態(tài)化、系列化、品牌化。穩(wěn)定的傳承為競賽獲取佳績起到堅實的支撐作用。以實驗中心為競賽組織平臺,將各項競賽的經(jīng)費進行統(tǒng)一管理。項目的組織申報與運行管理,甚至競賽隊伍的招新宣講、招新選拔、基礎(chǔ)技能培訓(xùn)都由實驗中心技術(shù)崗專職教師負責。實驗中心在保障學(xué)院各專業(yè)的本科必修實驗教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上,已成為學(xué)科競賽指導(dǎo)老師和參賽學(xué)生對接的平臺。

        以iGEM競賽為例,實驗中心由技術(shù)崗專職教師擔任第一指導(dǎo)老師并負責組建參賽團隊,包括隊伍注冊、招新宣講、參賽隊員選拔、技能培訓(xùn)等,學(xué)生自主選定競賽題目后,尋找與該項目研究內(nèi)容相近的教授合作指導(dǎo),后續(xù)指導(dǎo)教師發(fā)生更換也不影響團隊的正常運行;挑戰(zhàn)杯團隊也由實驗中心技術(shù)崗老師組織并帶隊指導(dǎo),歷年來參與指導(dǎo)的老師有數(shù)十位,連續(xù)獲得國家級挑戰(zhàn)杯“累計創(chuàng)新獎”銀獎2 項、銅獎1 項。持續(xù)多年的競賽成果產(chǎn)出,充分證明基于教學(xué)實驗中心的管理模式可保障參賽隊伍的傳承和參賽項目的質(zhì)量。

        2.3 競賽成果與實驗課程的相互轉(zhuǎn)化,促進實驗課程改革

        (1)將競賽成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實驗課。我院目前必修的創(chuàng)新實驗課程體系包括“基礎(chǔ)生物學(xué)創(chuàng)新實驗”“細胞與遺傳創(chuàng)新實驗”“生化與分子生物學(xué)創(chuàng)新實驗”等課程,在實驗中心組織下,以優(yōu)秀學(xué)科競賽項目為來源,充分利用其研究前沿、技術(shù)先進的特點,用以輔助設(shè)計創(chuàng)新實驗課程,實現(xiàn)了以綜合型實驗取代單一型實驗,以創(chuàng)新型項目取代驗證型實驗的教改目的[9]。轉(zhuǎn)化后的創(chuàng)新實驗課程具有一定的復(fù)雜性和綜合性,同時具有較高的創(chuàng)新性[10]。

        例如實驗中心汪安泰老師將挑戰(zhàn)杯全國二等獎項目“水螅3 新種1 新紀錄種與應(yīng)用技術(shù)研究”“三種單腸目渦蟲個體發(fā)育與其分類性質(zhì)”、全國挑戰(zhàn)杯一等獎項目“中國渦蟲三腸目1 新紀錄科1 新種及單腸目3 新種”中所用到的創(chuàng)新思維與研究技術(shù)整理成為“水螅渦蟲創(chuàng)新實驗講義”,用于面向生物科學(xué)、生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生開設(shè)必修的“基礎(chǔ)生物學(xué)創(chuàng)新實驗”課程中,以水螅、渦蟲的分類鑒定為課程考核內(nèi)容,取得了較好的教育效果。通過數(shù)年調(diào)整與修改,以“講義”為藍本不斷實踐和優(yōu)化,最后編輯出版了實驗課教材《動物生物學(xué)實驗》,成功地實現(xiàn)了學(xué)科競賽成果與課程的相互轉(zhuǎn)化。

        (2)將競賽成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新研究短課及創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目。優(yōu)秀的競賽項目涵蓋了學(xué)科前沿方向,也是將多門課程知識綜合應(yīng)用的過程。依據(jù)學(xué)科競賽項目實踐過程中得到的經(jīng)驗,提煉內(nèi)容并建成“植物生物多樣性研究”“文獻查閱與論文寫作”“渦蟲類系統(tǒng)發(fā)生分析技術(shù)”“植物小RNA研究進展”“渦蟲生物多樣性研究方法”等創(chuàng)新短課,這些創(chuàng)新短課的開設(shè)為學(xué)生提供觸及科研前沿的機會,對學(xué)生的創(chuàng)新意識、科研思維的提升產(chǎn)生了積極影響,也為下一步培訓(xùn)參與競賽的學(xué)生打下基礎(chǔ)。

        大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目主要用課外時間完成,需提交研究論文、成果實物和項目結(jié)題報告書,然后通過答辯對項目進行評定,這與學(xué)科競賽的評比過程類似,因此開展學(xué)科競賽可以為大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目的申報與立項奠定基礎(chǔ)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目反過來可以促進競賽的開展[11]。學(xué)生的多項競賽成果被提煉補充到創(chuàng)新短課,同時,使后續(xù)學(xué)生的研究課題獲得拓展與深入,促進了大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的申請與立項,為下一屆競賽積累基礎(chǔ)。競賽成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新研究短課及創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目,賽教融合,師生協(xié)同提高,顯示了教學(xué)實驗中心為管理平臺的優(yōu)越性與高效性。

        (3)學(xué)科競賽與聚徒教學(xué)相互促進。聚徒教學(xué)是以“師徒”模式進行教學(xué)組織和知識傳授的新型教學(xué)模式[12]。這種教學(xué)模式很適合學(xué)科競賽的組隊的特點,反過來,學(xué)科競賽的成果也可以作為聚徒教學(xué)項目,實現(xiàn)競賽成果和創(chuàng)新教育模式的相互融合。

        實驗中心組織,其他老師共同指導(dǎo)的聚徒教學(xué)團隊,每年招收約30 位同學(xué),分別組織了單腸目、三腸目、大口蟲目、原卵黃目等渦蟲生物多樣性研究多個聚徒教學(xué)項目。這些項目以“挑戰(zhàn)杯”競賽成果為基礎(chǔ),在渦蟲的分類、鑒定上進行深入研究。研究結(jié)果反過來也促進了學(xué)生參加競賽。參加聚徒教學(xué)的本科生經(jīng)過近5 年的努力,編撰了《大口渦蟲鑒定手冊》《多腸目渦蟲鑒定手冊》《杰氏渦蟲屬物種鑒定手冊》《海棲三腸目渦蟲鑒定手冊》《達氏科動物鑒定手冊》《巨吻亞目渦蟲鑒定手冊》等重要的教學(xué)科研輔助材料。學(xué)生的競賽成果促進了聚徒教學(xué)向縱深拓展,競賽成績的展現(xiàn),激勵了更多優(yōu)秀學(xué)生加盟聚徒教學(xué)活動,形成了學(xué)科競賽與聚徒教學(xué)協(xié)同提升與良性循環(huán)的人才培養(yǎng)體系。

        2.4 競賽與實驗課教改相結(jié)合,促進教師教研教學(xué)能力提升

        傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性不夠,而參與學(xué)科競賽帶來的師生合作、課題探究、競賽挑戰(zhàn)能形成師生互動,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性,同時還促進教師知識結(jié)構(gòu)、思維模式及教學(xué)觀念更新,提升教師的教學(xué)教研能力[13]。通過賽教融合新模式的實施,實驗中心教師近10 年主持了13 項與實驗課及競賽相關(guān)的教改項目,發(fā)表17 篇相關(guān)的教改論文。

        3 教學(xué)改革獲得的成果

        在實驗中心的組織下,學(xué)生近10 年來參加6 項學(xué)科競賽,獲得國際級獎項10 項,國家級獎項38 項,省級獎項26 項,參加的各項競賽全部獲得過最高等級獎項,取得了豐碩成果。

        實驗中心以國際競賽“iGEM”及“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技作品大賽為品牌,國際基因工程機器大賽(iGEM)是國際頂級大學(xué)生科技賽事,具有廣泛的國際影響力[14]。全球最為知名的大學(xué)例如哈佛、MIT、斯坦福等均參賽,國內(nèi)的清華、北大等“雙一流”高校幾乎全部派出隊伍參賽[15]。實驗中心組織的深大iGEM競賽團隊歷年來參賽累計獲得5 金1 銅、3 項單項獎及5 項單項提名,2018 年更是獲得了本科生全球第三名(Second Runner-up)的佳績(見圖2);“挑戰(zhàn)杯”參賽累計斬獲全國特等獎1 項(為深圳大學(xué)目前所獲的唯一特等獎),一等獎4 項、二等獎5 項、三等獎3 項,累進創(chuàng)新獎銀獎2 項、銅獎1 項;省級獎項14 項。此外,在全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽、全國大學(xué)生生命科學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生基因應(yīng)用創(chuàng)意大賽、廣東省生物化學(xué)技能大賽中均獲得最高等級獎項,實驗中心多次獲評為競賽優(yōu)秀組織單位。

        圖2 深圳大學(xué)iGEM競賽團隊在美國波士頓獲獎

        實驗中心老師指導(dǎo)的“動物新物種探索”挑戰(zhàn)杯團隊,依托競賽成果已發(fā)表本科生為第一作者的學(xué)術(shù)論文70 余篇,其中20 余篇為SCI 收錄論文,該團隊2014 年被評為“大學(xué)生‘小平科技創(chuàng)新團隊’”。

        本項目所獲得的學(xué)科競賽成績也被南方都市報、深圳特區(qū)報、晶報、深圳電視臺、搜狐等多家媒體報導(dǎo);國內(nèi)外十幾所高校到校交流iGEM及挑戰(zhàn)杯競賽參賽經(jīng)驗。媒體的報道及兄弟院校的關(guān)注認可,表明創(chuàng)新性人才培養(yǎng)成就得到社會各界的廣泛肯定。

        4 結(jié)語

        經(jīng)過多年實踐,表明了以教學(xué)實驗中心為競賽管理平臺,可以有效利用實驗室資源,保障學(xué)科競賽團隊相關(guān)管理組織經(jīng)驗的傳承,能有效將學(xué)科競賽資源與各類實驗課程有效整合,相互轉(zhuǎn)化,相互促進。深圳大學(xué)作為地方院校,師資及生源與老牌名校存在一定的差距,但我院學(xué)生在iGEM 競賽及挑戰(zhàn)杯競賽等一系列重大學(xué)科競賽中獲得的獎項等級及數(shù)量與名校相比毫不遜色。這體現(xiàn)了以教學(xué)實驗中心為平臺管理的優(yōu)勢,也為地方院校如何集中力量有效管理組織學(xué)科競賽提供了積極的參考。

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