方心葵， 葛海燕， 陳魯勇

(上海交通大學 農(nóng)業(yè)與生物學院，上海 200240)

0 引 言

驗證性實驗是指對研究對象有了一定的了解，形成了某種假說，為了驗證假說的正確性而進行的一種實驗。在實驗教學中，通過驗證性實驗加深學生對基礎(chǔ)理論的理解，掌握實驗的基本技能，實現(xiàn)認識的上的飛躍[1]，因此，驗證性實驗是高校教學中不可或缺的形式之一，在實驗課程中仍然占有很大的比例[2]。驗證性實驗教學的模式一般是以老師為主體，將實驗的背景、目的和方法一一介紹給學生，學生被動接受、完成實驗。其弊端是很難調(diào)動學生的積極性和主動性，實驗教學的效果不佳[3-4]。

自從本世紀初教育部實施“新世紀教改工程”以來, 國內(nèi)各高校在教育教學的各個方面都進行了不同規(guī)模與層次的改革，也涌現(xiàn)出了許多實驗教學模式，如綜合性、創(chuàng)新型、自助式、研究型、開放式、設計性、探索性等實驗教學模式。這些模式一般均需要學生自擬實驗方案、查閱參考資料以及提出設計思路和實驗步驟, 并在獲得的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上自己概括出實驗結(jié)論的類科研實驗，因此可統(tǒng)稱為開放式實驗教學模式[5-7]。其實質(zhì)是將科學領(lǐng)域的探究引入課堂，使學生通過類似科學家的探究過程來理解科學概念和科學探究的本質(zhì)，并培養(yǎng)科學探究能力[8]。

1 驗證性實驗教學中存在的問題

遺傳學實驗是醫(yī)學、生物及農(nóng)業(yè)院校的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中的經(jīng)典遺傳學實驗部分以驗證性實驗為主。遺傳學實驗中果蠅雜交實驗是通過不同品系黑腹果蠅的雜交實驗來驗證伴性遺傳規(guī)律、連鎖與互換遺傳規(guī)律及計算基因的重組率，是驗證性實驗中綜合性很強的一個實驗，也是果蠅系列實驗中的重點與難點，實驗的過程較長，實驗原理理解更有一定的難度。

在以往傳統(tǒng)模式的教學中，老師介紹實驗的原理、目的、方法步驟，準備好實驗材料，學生進行實驗，獲得實驗結(jié)果，分析結(jié)果，形成實驗報告。因為步驟復雜、實驗時間長，學生缺乏參與的興趣與主動性，實驗往往由小組的個別同學操作，或有的小組參與少，只能老師“代勞”，有的同學即使來實驗室，也不知道該做什么，為什么要這樣做，實驗學習的效果較差。這種情況在許多院校的遺傳學實驗課程中都存在，教師們也嘗試將開放式、設計性實驗的教學方式引入果蠅系列實驗或其他類似的實驗項目中[9-10]。

為了改變學生被動學習、參與度低的狀況，教研組嘗試將開放式實驗教學模式引入本實驗的教學：學生先查閱資料，形成實驗方案，并將方案討論后再實施操作，最后引導學生對實驗結(jié)果進行匯總，形成實驗報告并討論實驗的得失；在此過程中，對這種開放式教學的過程進行觀察記錄，并分析教學效果，希望能在提高學生在實驗過程中的主動性與責任心的基礎(chǔ)上提高實驗教學水平。

2 研究方法及實施

研究方法從確定與實施教學方案和教學研究兩個方面入手。教學方案指具體的教學安排(設計)，包括學生分組、學生實驗方案的準備及討論，實驗的實施與結(jié)果記錄，實驗結(jié)果分析與討論，完成實驗報告等過程的安排和實施；而教學研究方案是指在實施教學活動的同時，如何進行數(shù)據(jù)的收集、教學效果的分析等教學學術(shù)研究的計劃與實施。

2.1 教學方案及實施

(1) 實驗前期準備。將相關(guān)的實驗如“果蠅實驗技術(shù)”提前上，使學生了解果蠅生活史、認識果蠅性狀、性別。

(2) 學生分組，布置任務。學生分工合作進行實驗方案的準備，如負責收集資料，形成方案的word文檔、PPT的制作、實驗觀察與記錄，最后形成實驗報告等工作，需要小組同學分工合作。

(3) 實驗前方案的討論、互評。留出一次課的時間給實驗小組做實驗方案的報告，其他同學質(zhì)疑、討論，評價。

(4) 按實驗方案進行實驗并獲得數(shù)據(jù)。實驗開始，老師發(fā)放實驗材料：親本果蠅、培養(yǎng)瓶，用具與試劑，實驗組同學需要根據(jù)果蠅的生活史獨立進行雜交、觀察、記錄等操作，這些需要學生利用課外時間開放進行。

(5) 實驗總結(jié)、討論、互評。實驗結(jié)束后，統(tǒng)計實驗結(jié)果，以小組為單位形成實驗報告(word文檔)，簡短PPT做匯報，同學質(zhì)疑、討論，打分。

(6) 實驗綜合成績。按小組評分(小組中突出者加分)，計入總成績。

2.2 教學研究方案及實施

教學研究主要是對教學方案實施過程進行觀察，并收集教學材料，包括學生的表現(xiàn)、學習成績、對學生學習情況與學習意愿的調(diào)查結(jié)果等，期望能對教學方案實施的效果進行總結(jié)，并反思教學方案的優(yōu)劣。本研究從下面幾個方面制定教學研究方案。

(1) 課前做測試。學期開始，對教學班級進行測驗，測驗的問題包括：學生對實驗背景知識與理論了解的程度、和理論應用能力。

(2) 設置實驗班和對照班。兩個教學班使用不同的教學方法，一個教學班為對照班，用傳統(tǒng)的教學方法：教師介紹實驗的背景、原理、目的和方法，學生在老師的指導下進行實驗操作，根據(jù)果蠅生活史進行雜交、觀察、記錄，并最后形成實驗報告；另一個教學班為實驗班，使用上述新的教學方法獨立進行。

(3) 教學效果的觀察記錄。執(zhí)行教學方案，觀察記錄不同教學班級學生的表現(xiàn)，收集學生報告、PPT，進行最后的期末考試，并對果蠅雜交相關(guān)內(nèi)容進行統(tǒng)計分析。

(4) 實驗結(jié)束后做問卷調(diào)查。問題包括學生對實驗方式的認可度、參與度、對實驗背景資料查閱的情況，對試驗方案、過程、原理理解的程度、相關(guān)科學問題產(chǎn)生的興趣等問題。

(5) 數(shù)據(jù)匯總及分析。收集所有數(shù)據(jù)，進行對比分析，對教學效果進行評價。

3 教學研究結(jié)果與分析

3.1 兩個教學班級前測成績分析

為了比較最終的教學效果，排除班級間的差異，在課程開始之前對兩個班級的相關(guān)知識背景的情況進行了一次前測，用于評價最終的教學效果。前測試卷由10道選擇題組成，總分10分，主要考察學生對遺傳學定律的理解與理論應用，伴性遺傳的概念與表現(xiàn)方式，雜交實驗結(jié)果分析方法的了解等內(nèi)容。兩個班級考試成績?nèi)鐖D1所示。

圖1 兩個教學班前測成績分布

由圖1可見，均分方面對照班成績略高于實驗班；兩個班級相比，在一般及良好方面的學生數(shù)量相當；實驗班較差的同學較多，拉低了平均值；實驗班成績略差于對照班，但兩個班級總體差異不大。如果后期實驗班同學的成績有所提高，就說明教學改革取得了一定的成效。

3.2 兩個班級實驗過程觀察分析

果蠅雜交實驗的過程較長，需要學生每天中午對果蠅生長情況進行觀察記錄，并采取一定的實驗措施，也提供了觀察了解學生實驗情況的機會。另外，兩個班級分別建立了微信群，用于學生之間及學生與老師、助教之間的交流，學生有任何問題也都可以隨時當面提問或通過微信群提問。通過平時的觀察及微信群學生提問的內(nèi)容和頻率，可以了解學生對實驗過程的熟練程度。

在實驗期間，兩個班級的同學實驗都非常認真，每天都有同學來實驗室進行觀察、記錄和處理。期間，實驗組班級同學的問題集中在事物性的問題：實驗室開門問題、實驗報告啥時交、實驗材料怎樣處理等，表明實驗組班級對實驗過程比較清楚；而對照組班級同學的問題集中在實驗的過程：果蠅性狀問題、雜交做幾管、處女蠅挑幾只、培養(yǎng)基中有無蠅卵、實驗管破了咋處理、果蠅死了怎么辦。相比實驗組，對照組班級對實驗過程問題較多，理解較淺。

說明實驗班級的同學通過提前準備實驗方案，并經(jīng)過各組集中的討論，同學對實驗的原理、實驗過程及實驗節(jié)點都比較清楚；相對而言，對照班同學只聽過一次老師的講解之后，就開始了漫長的實驗，對實驗過程及實驗節(jié)點的把握稍差，需要當面或微信上指導的比較多。

3.3 兩個班級實驗報告成績分析

實驗結(jié)束后要求同學對實驗記錄進行匯總得到實驗結(jié)果，并對實驗結(jié)果進行分析，形成實驗報告。兩班級實驗報告得分情況匯總?cè)鐖D2所示。由圖2可見，實驗報告得分總體相差較小，每個班級的同學報告的質(zhì)量都有差有好，但對比而言在兩端較差和優(yōu)秀實驗報告方面比較一致，但中間80～90分檔的得分兩個班級的差異較大，相比較下來，實驗班同學報告得分良好的學生數(shù)量遠高于對照班，說明實驗班級對實驗結(jié)果的整理與分析及報告的書寫方面都顯示出了一定的優(yōu)勢。相當數(shù)量的同學處于優(yōu)良這一檔，與對照班級相比，教學方法的改進可能起到了一定的作用。

圖2 兩個教學班實驗報告成績分布

3.4 實驗班級實驗方案與總結(jié)匯報的評分情況分析

對實驗班的同學要求除了形成實驗報告之外，還要制作PPT ，分組進行匯報，由同學、老師進行質(zhì)疑、討論、評分。實驗班級的同學實驗前制定實驗方案，實驗后總結(jié)并進行匯報討論，各組之間進行互評，任課老師與助教也參與評分，評分結(jié)果如表3所示。

由表1可見，各組實驗方案做得比較認真，得分較高的組最后實驗總結(jié)也做得比較好，有個別例外，第5組的同學實驗方案做得很好，考慮的方方面面都比較周全，獲得了實驗方案的最高分，但最后落實得并不好，得分一般。這種情況在今后的教學中應該對這一組的同學進行關(guān)注，可能這部分同學的理論基礎(chǔ)較強，但動手能力需要加強。因為對照班級的學生沒有做提前的方案和最后結(jié)果的匯報，因此兩個班級無法在這方面做對比，今后可考慮兩個班級都做總結(jié)匯報，可以用于研究提前做實驗方案對實驗最后的總結(jié)與提高是否有幫助。盡管從前面實驗報告，看出了有數(shù)據(jù)支持提前做方案的好處，但如果有實驗總結(jié)方面的數(shù)據(jù)更能說明問題。

表1 實驗班的實驗方案與實驗總結(jié)均分

3.5 兩個班級實驗結(jié)束后考試成績對比分析

課程結(jié)束后，除了考察學生的平時表現(xiàn)、實驗報告之外，還進行了筆試，用于綜合考察學生的學習效果。由于期終考試的內(nèi)容涵蓋了整個遺傳學實驗的內(nèi)容，而此項目的內(nèi)容主要針對果蠅雜交實驗，因此從期終考試中將與果蠅雜交實驗相關(guān)的內(nèi)容提取出來，作為教學研究的后測成績單獨進行分析，以期能有針對性地了解這次開放性實驗教學方法的效果。這部分內(nèi)容在試卷中占29分。兩個教學班的后測成績分布與均分如圖3所示。

由圖3可見，兩個教學班的學生后測成績平均分有一定的差異，實驗班學生的后測成績平均高出10.2%，相較于前測成績實驗班稍差的情況，說明通過開放式實驗教學方式，學生們在準備實驗方案及后面的實驗總結(jié)過程中，對理論知識的理解和應用能力都進一步加強了。尤其是在20～24分優(yōu)良這一檔的同學差別較大，相對的9～15分一般稍差的學生數(shù)量減少較多，說明開放式的教學方法對成績一般的同學幫助最大。

圖3 兩個教學班后測成績分布

3.6 調(diào)查報告結(jié)果分析

為了了解學生通過開放式實驗教學方法后的收獲與學習心得，設計了調(diào)查報告，共15題，題干設計為5個方面：學習興趣與主動性、實驗參與程度、鞏固理論知識、激發(fā)深度學習及團隊學習的效果等。

問題為是否同意題設的4個答案選項，優(yōu)劣的順序為A，0～20；B，30～50；C，60～70；D，80～100。問卷最后預留了空白征集同學對課程教學模式的意見與建議。對實驗班和對照班級問卷調(diào)查結(jié)果中ABCD的選擇平均頻次匯總?cè)绫?所示。

表2 兩個教學班級調(diào)查報告結(jié)果對比 %

由表2可見，兩個班級對果蠅雜交實驗都給出了比較積極的體驗，畢竟實驗的操作基本是在課外，由學生自主完成，老師只是引導者。從調(diào)查報告匯總的結(jié)果看，兩個班級的學習體驗盡管都比較積極，但實驗班同學并不占優(yōu)勢，甚至對照班同學在某些方面的體驗更好，如：盡管最后的成績對比已經(jīng)說明了學習的效果差異，但“鞏固理論”和“激發(fā)了深度學習”方面，對照班體驗略好。根據(jù)觀察這里面顯示了實驗班學生在實驗學習方面心理體驗的微弱差距，分析這種差距，可能是新的實驗教學方法對學生產(chǎn)生了一定的影響，尤其是對照班的學生，區(qū)別的對待會使他們心里上產(chǎn)生些許落差，從而產(chǎn)生一定的心理反彈，也說明畢竟這樣的調(diào)查更多的是反映一種體驗，與現(xiàn)實情況可能會有一定的誤差。還可以從學生的留言情況對學生的反應進一步進行了解。這里也可能涉及一些教學學術(shù)研究的倫理問題，容后討論。

從調(diào)查報告的留言看，實驗班留言15份，其中對果蠅實驗正面評價的有5份，負面評價的有2份，其他有8份客觀的提出了對本次實驗教學的一些建議。對照班級的留言13份，正面評價的4份，負面評價的3份，對實驗教學提出建議的有6份。正面評價的同學認為自主模式的綜合實驗及開放性實驗的模式很好，雖然工作量大，但感覺學到了許多，尤其是通過這次實驗的過程初步了解了科研的過程，學會了堅持對完成一件事情的重要性等，希望繼續(xù)；負面的評價主要覺得工作量太大，負擔較重。大部分的建議是認為兩個班級都應做實驗方案，不應該區(qū)別對待，尤其是對照班的同學，覺得受到了不公平的待遇?？偨Y(jié)下來，學生對開放式的實驗方式還是比較認可，總體的體驗比較好。

4 開放式實驗教學方法實施中的體會

回顧實驗教學研究過程，有幾個問題值得思考。

(1) 開放性實驗教學的方法不會改變驗證性實驗的本質(zhì)。通過實驗操作和實驗學習來驗證理論學習中的規(guī)律、定律，鞏固理論知識，是實驗課程的重要任務之一，但驗證性實驗中的科學知識天然蘊含探索性、開放性、設計性和假設性，可用于探索[12]，只不過等待教師去發(fā)掘好的教學設計，引發(fā)學生的興趣，從而促進學生更好地進行實驗學習。在實驗學習過程中，不僅鞏固理論知識，還增加實驗技能、探究科學的創(chuàng)新精神。探索性、開放性實驗還具有趣味性，使學生帶著問題去學習，在實驗過程中，教師給與學生充分的信任與鼓勵，反而能激發(fā)出學生的積極性，提高學生的學習自主性。

(2) 關(guān)注教學學術(shù)研究活動對學生心理產(chǎn)生的影響。通過調(diào)查問卷結(jié)果的分析及平時對學生實驗課堂的觀察，發(fā)現(xiàn)教學學術(shù)活動給學生帶來了較大的心理影響，表現(xiàn)在設定對照班和實驗班時，提前告知了學生會采用不同的教學方式。在隨后的教學活動中，學生會相互交流，對照班學生會因為沒有享受新方法的好處而不平；而實驗班學生覺得自己是實驗品“小老鼠”，也產(chǎn)生了不滿情緒。反映在做調(diào)查問卷時，對照班對選項的勾選在情緒方面的反彈，對調(diào)查問卷的結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。教學改革是提高教學質(zhì)量的必由之路，隨著教學學術(shù)活動的深入開展，教師會不斷“遭遇”這類問題：學生有學習“知情權(quán)”，教改的措施是否要提前會知學生[13]；如何正確處理學生的不平情緒，引導學生的自主性與理性[14]；這涉及哪些心理與倫理方面的內(nèi)容，這些問題對普通教師而言急需得到有效的指導。在困惑中，只能在教學設計和做調(diào)查報告問卷時，充分考慮學生的情緒，并及時進行安撫。

(3) 對實驗的過程應該更加關(guān)注。對果蠅雜交實驗教學，一直在持續(xù)地思考與改進的過程中，從由老師把握實驗節(jié)點，給學生具體的指導，有時需要不斷給學生收拾攤子，到如今完全放手，學生自主實驗，只要稍作關(guān)注。在這一過程中，發(fā)現(xiàn)大部分的學生實驗操作的自主能力是很強的，不需要過多的干預，但對少部分學生而言，還是需要老師的關(guān)注，及時了解他們的狀態(tài)與需求，解決他們實驗中遇到的困難和不便，增加學生實驗過程中更多良好的體驗。

(4) 開放性實驗的量與度。開放性實驗能提高學生實驗學習的自主性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和開拓精神[12]，但在實驗課中給學生自主、開放性任務的量如何把控，有教研組將遺傳學實驗課程按內(nèi)容分模塊，每個模塊都設開放性、設計性實驗項目，并對學生全天候開放，這些開放性實驗在鍛煉學生的自主學習和科學探索方面確實發(fā)揮了很大作用[15]。但在大多數(shù)學校開設的遺傳學實驗或其他課程中，師資、空間等條件有一定的局限性[10,16]。要在有限的課時和空間內(nèi)容完成教學任務，在一門課中采用開放式實驗教學方法的實驗項目不宜過多，因為開放式實驗教學方法要求學生花費大量的課外時間來準備實驗設計，進行實驗操作，及制作匯報的PPT。而且集體匯報討論的方式占用時間較多，學生容易產(chǎn)生疲勞而影響討論的效果。本次課程有個別同學就認為占用課外時間過多。在整個實驗課中，可將1～2個實驗項目采用開放式實驗教學方法，其余的驗證性實驗可采用讓學生提前做預習報告等方法，促使學生提前學習，提高實驗教學的效果。

(5) 采用靈活多變的討論方式。因為實驗課時限制，采用集體匯報討論的方式效果往往不好，集體的氣氛下還會使一部分的學生發(fā)言積極性受到影響。因此對學生準備的實驗方案也可以采用老師或助教參與小組討論的方式來幫助學生完善實驗方案，并順利進校實驗。這就要求教學小組的老師和助教花費更多的時間。另外實驗的總結(jié)也可以用最終書面實驗報告的形式，減少學生制作PPT時間，將主要精力用于實驗報告的準備，使實驗報告的質(zhì)量更高。

5 結(jié) 語

果蠅雜交實驗項目應用開放式實驗教學模式對傳統(tǒng)的驗證性實驗教學模式進行了改革，從教學研究的結(jié)果看，取得了一定的效果。① 在兩個班級前測成績相差不大，甚至是實驗班稍差的情況下，讓學生自行制定實驗方案并通過充分的討論，提高了同學對實驗過程與節(jié)點的把握，以及獨立完成較復雜實驗的能力，為順利完成實驗提供了基礎(chǔ)。② 通過開放式實驗教學方法，無論是讓學生自行制定實驗方案或者是通過總結(jié)、匯報討論的方式等，都激發(fā)了學生的深度學習，加強了理論學習和理論應用的能力，體現(xiàn)在后測成績明顯提高、學習的體驗較好。③ 學生更加熟悉整個實驗的過程，并通過將總結(jié)的結(jié)果進行匯報、討論，增加了學生收集實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果的能力，體現(xiàn)在實驗報告的質(zhì)量有所提高。

因此開放式實驗教學方法是可能克服傳統(tǒng)驗證性實驗教學方式弊端的方法之一。