多学科交叉融合下创新型人才培养的实验教学模式探究

[摘           要]  随着国家对创新型人才需求的不断提升，现有高校教学模式难以激发学生的创新思维和探索精神。对此，高校教学模式需要进行深刻的改革，以建立更加完善、先进及符合新时代需求的教学体系，尤其是在实验教学方面。实验教学是培养学生实践能力、创新思维和科研素养的一门重要课程，教学方法、教学内容和教学手段是激发学生主动思考和动手积极性的关键。将针对生物学实验教学现状和问题，从培养具有多学科交叉融合的新型人才出发，提出相应的改革措施，以期为创新型人才培养新模式提供理论参考和实践依据。

[关    键   词]  创新型人才;实验教学;多学科交叉融合

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                 [文章编号]  2096-0603（2022）31-0166-03

随着时代的发展，各行各业对创新型人才的需求越来越高，多学科交叉融合作为创新的源泉，在现代教育体系中具有举足轻重的地位。然而，现有的高校教育观念相对落后，学科交叉融合意识较为薄弱，融合度极低，缺乏相应的教学理念。在当今社会发展形势下，多学科交叉融合将是高校学科发展的必然趋势[1-2]，是培养满足社会需求的创新型人才的关键。对此，我们需要调整高校教学中学科之间的结构，在坚持协同创新的理念下，为建立多学科交叉融合平台提供支撑。而在此过程中，实验教学作为培养创新型人才的重要环节，是重点调整的对象之一。实验教学不但能帮助学生在巩固理论知识的基础上掌握基本的实验技能，还能提高学生发现问题、解决问题的能力，培养学生的探索精神、科学思维以及创新思维，进而有效促进学生综合素质和能力的提高[3]。但现有的实验教学模式存在一些问题，不能达到上述目的。因此，为了提高实验课程的质量，为国家培育创新型人才，本文将基于多学科交叉融合理念，探索生物学实验改革的措施与对策，为构建创新型人才培养新模式提供参考和实践依据。

一、创新型人才培养的新需求

近年来，随着社会的快速发展、科技的不断进步，我国对人才的需求有了新的要求。对此，党的十九大报告提出了要加快建设创新型国家的要求，即我们需要培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和高水平创新团队，以满足现代社会发展的需求[4]。同时，党中央还提出创新是引领发展的第一动力。因此，培养满足新时代发展需求的创新型人才是当代社会发展的必然趋势，是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。而随着各行各业的发展，各学科之间的联系越来越紧密，尤其是在以创新为发展主体的前沿领域，如生物学、医学等。生物学是一门涉及健康、环境、食品等人类重要问题的学科，可为医药、农业、日化、环保等行业研发创新成果提供专业人才。但我国现有的生物人员具有知识范围窄、科研水平低、创新能力不强、拔尖创新人才少、不适应新时代发展需求等问题。在新的时代和社会背景下，教育工作者要改革与完善教学方式，改变教学组织形式，创新教学手段，因材施教，使各级各类教育更加符合人才成长规律，促进人的全面发展，培养满足新时代发展需求的创新创业人才。中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于深化教育体制机制改革的意见》中也提出在培养学生基础知识和基本技能的过程中，要强化学生关键能力培养，要培养创新能力，养成创新人格，鼓励学生勇于探索、大胆尝试、创新创造[5]。

二、多学科交叉融合对创新型人才培养的重要性

成功的科学家往往是一个博学的人，具有各个学科的知识背景。如路甬祥院士所说，“学科交叉点往往就是学科新的生长点、新的科学前沿，这里最有可能产生重大的科学突破，使科学发生革命性的变化”[6]。因此，学科交叉融合对科技创新具有重要作用，是实现科技创新和培养创新型人才的有效途径之一，也是未来科学发展的必然趋势。例如，在现代生物医学领域中，虽然疾病诊断技术在不断提高，各种检测试剂盒也被大量研发，但仍然不能满足现代社会的需求，一些解决关键问题的技术需要融合多个学科知识的创新理念，如材料学、医学、生物学等。教育部于2011年启动的高等院校创新能力提升计划也提出，高校需要转变创新理念和人才培养模式，通过发挥自身的多学科、多功能优势，加快以学科交叉融合为基础的知识、技术的集成与转化，培养知识复合、能力复合和思维复合的创新人才，从而支撑国家经济和社会的稳定快速发展[7]。因此，在解决“卡脖子”技术的时代要求下，培养具有多学科交叉融合背景的创新型人才具有重要的现实意义[8-9]。

三、高校实验教学现状分析

实验教学是多方面考查学生能力、培养学生创新能力的关键课程。但现有的高校教育模式大多存在对实验教学课程不重视、教学内容简单陈旧、教学方法单一、没有学科间的交叉融合、实验设备不足、考核方式不能反映学生真实水平等一系列问题。下面，我们将以多学科交叉融合度较高的生物学专业为例，具体阐述上述问题。

首先，现在高校大多重视理论教学，忽视实验教学。具体体现在课时安排不够、教师对学生要求低、学生积极性不够、教学设备不足、课后不能达到应有的教学目的等。在生物学领域，新发现、创新理念才是社会真正需要的。但现有高校教学模式下培养的人才却难以满足社会的需求，缺乏创新理念和科学思维。对此，高校如果要培养出具有创新理念和科学思维的人才，必须重视实验教学，让学生意识到实验课程的重要性。通过对实验过程的体验，激发他们对科学的渴望和兴趣。

其次，现有的教学内容过于简单，教学方法单一，不仅不能激发学生的学习兴趣和动手积极性，还难以培养学生的实践创新能力。在实验教学中，如果教师讲述的实验内容都是在理论课程中学习过的，实验步骤又是根据教师拟定的来机械操作，就会大大减弱学生的学习兴趣以及主动思考意识。在生物学这个领域，我们经常会面对新的事物，需要探究新的机理、发现新的方法。而创新型人才是我们在面对新问题时能快速解决的关键。因此，教师在培养学生的时候，教学内容应该与科技前沿结合，以培养学生的科学思维和科研兴趣。

此外，由于部分教师对实验教学课程的要求低，导致不良的教学效果。主要体现在教师的积极性不高，对学生的教学只是简单的授课，知识储备更新不及时，没有了解相关的科技前沿进展。而面对现有实验教学设备的不足，学生就更难从实验教学中有所收获。随着现代社会的快速发展，一些新的科技前沿技术都需涉及新仪器、新设备。因此，为了培养现代社会所需要的创新型人才，高校及教师必须重视实验教学，并采取有效的改革措施。

四、基于多学科交叉融合的实验教学改革途径

针对上述问题，高校教学模式需要全力推动实验教学改革。首先，我们需要意识到实验教学的重要性和必要性。其次，全面分析、总结现有实验教学所存在的问题。最后，高校及高校教师需要结合当代社会发展的需求，制订一套新的实验教学方案，以培养出真正符合现代社会需求的创新型人才。

（一）教学内容的改革

为了激发学生的科研兴趣和创新思维，培养适应现代社会发展的高素质综合型人才，高校教师应根据科学研究进展，调整传统实验教学内容，设立具有综合性、创新性、设计性的实验。针对生物学这一应用领域广泛、具有明显多学科交叉融合的专业，还应设立多学科融合的实验教学内容。首先，我们要在设置基础实验的基础上根据生物学在不同领域的应用设置相应实验。例如，生物学知识可以应用在疾病诊疗、食品、环境、农业等多个领域。在实验教学中，我们可以分别设置一个能够体现生物学知识在各个领域应用的实验，让学生更加深入了解所学知识的作用和意义，以期更好地激发他们的学习兴趣和创新能力。其次，实验内容要灵活，主要体现在实验方法和实验步骤上面。相比传统的教学内容，我们只需给出实验的目的和现有的试剂、仪器及相关提示。学生根据现有条件，自行设计实验方法和步骤达到所需实验目的。这不仅能更好地培养他们的科学思维，还能让他们感受科学的乐趣。最后，我们要在每个实验中加入学科交叉融合的部分，并添加两到三个综合性实验，让学生能接触到科研实验常用的技术方法以及学科交叉融合的应用实例。如此通过综合应用多学科知识，才可能提高学生的创新能力和综合分析、解决问题的能力。

（二）教学方法的改革

美国教育学家杜威提到，学生要掌握的不只是知识，还应包括过程和方法。在教学过程中，需要教他们做科学，而不是读科学。而传统的教学方法却与之相反，教学方法主要是教师根据实验教学内容进行相应的讲解，学生再根据具体的实验步骤进行操作，并完成实验报告的撰写等。这种以教师为主的教学模式就是让学生读科学，导致学生缺乏创新性思维和科研兴趣，并缺乏分析问题和解决问题的能力。因此，高校实验教学的方法要从教师为主转变为学生为主。首先，教师需要让学生提前复习相应的知识点，阅读有关文献，以了解科技前沿进展。其次，上课时先给学生讲解一些相关的实验案例，让他们了解本次实验的设计思路。再次，给出本次实验的目的和试剂清单。在教师的辅导下，让学生通过实验目的和已有的试剂完成相应实验步骤的设计。学生也可以根据自己的想法对实验步骤进行调整，以达到不同的实验结果。完成实验后，让学生对实验步骤、现象、结果进行详细的记录分析。最后，学生提交实验报告的内容不仅要包含本次实验的具体内容和结果分析，还要有新的实验设计，并体现新的创新点。此外，为了加深学生对实验教学重要性的认识，实验教学中可以融入产学研合作模式。通过对企业的参观学习，让学生更加深入地了解所学实验原理的实际应用和在应用中需要解决的问题。

（三）教师队伍的改革

教师在教学改革中扮演重要的角色，是教学改革成败的关键。为了满足社会发展的需求，高校必须建立具有多学科交叉融合特色的教师队伍，培养具有学科交叉、应用创新能力、精通专业的优秀教师。对此，学校要加强对教师的培训，优化教师培养方案。同时，教师也要积极提升自己各方面的能力，为培养更优秀的人才做出应有的贡献。除此之外，教师在实验课前要充分做好调研和课程准备，了解相关的科技前沿进展。在教学前、教学中、教学后，教师应尽职尽责，严格要求学生，以保证获得相应的教学效果。在此基础上，学校也应该为相关的教学提供足够的条件，以保证课程的顺利完成，培养出真正满足社会需求的创新型人才。

（四）考核方式的改革

目前，实验课程的考核方式存在较大的弊端，教师只根据实验报告和几个简单的问题测试来完成打分，不仅很难反映学生的学习情况，还会使学生失去学习兴趣和科研思维能力。因此，教师需要调整考试形式，增加学生实验参与度、问题分析能力、操作技能、团队协作性、创新能力等在考核中的占比。此外，在最后的实验操作考核中，应设置具有综合性、设计性、学科交叉融合性的实验内容，并建立多元化考核方式，以激发学生学习的积极性和科学思维能力、创新能力，并提高学生的综合实验能力。具体的改革参考方式如下：首先，考核内容需要包括理论知识。虽然理论课程会考核该部分内容，但实验课还是要了解学生对关键知识点的掌握，以便更好地完成相关实验的设计和问题的解决。其次，重点考查实验操作步骤和注意事项，评估学生的动手能力、实验操作的准确性和灵活性。最后，通过完成对综合性实验的设计和操作，考查学生的多学科交叉融合能力、创新思维、科学思维等。

综上所述，提高实验教学的质量是培养创新型人才的重要环节。而随着科学技术的不断革新，学科间已经呈现出交叉渗透、协调发展的趋势。因此，面对当今社会的需求，多学科交叉融合则是培养创新型人才必须坚持的教学改革模式。我们期望高校能调整出新的人才培养方案，建设高质量的教师队伍和先进的教学理念，为培养高层次创新型人才提供支撑。本文基于多学科交叉融合理念，对生物学实验课程教学模式的改革路径进行了相应的分析，希望能为教学模式的改革提供借鉴，进而实现创新型人才培养目标。

参考文献：

[1]李素文，陈得宝，田向阳，等.新工科背景下多学科交叉的创新人才培养模式探索与实践[J].淮北师范大学学报（自然科学版），2018，39（3）：81-83.

[2]原帅，黄宗英，贺飞.交叉与融合下学科建设的思考[J].中国高校科技，2019（12）：4-7.

[3]刘雁，王天佐，李杏彩.高校实验教学改革对学生创新能力培养的作用[J].大学，2021（30）：158-160.

[4]万勇，郭德忠，陈磊.法治是建设创新型国家坚实保障[N].法制日报，2017-10-21.

[5]姜朝晖.新时代高校人才培养的战略定位与发展路径：基于《关于深化教育体制机制改革的意见》的解读[J].重庆高教研究，2018，6（1）：3-11.

[6]路甬祥.学科交叉与交叉科学的意义[J].中国科学院院刊，2005（1）：58-60.

[7]王冠凌，王正刚，顾梅，等.多学科交叉融合人才培养模式的探讨和实践：以安徽工程大学电子信息工程专业为例[J].新余学院学报，2017，22（4）：110-112.

[8]王傲雪，闫清波，苍晶，等.深化实验实践教学改革，促进学生创新实践能力培养[J].高校生物学教学研究（电子版），2014，4（3）：35-38.

[9]张璇.多学科渗透交叉人才培养途径研究[J].中国证券期货，2011（4）：200-201.

编辑 栗国花