時間:2023-01-13 06:31:47
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2模型實驗設計與流程
2.1模型設計制作及儀器設備
2.1.1模型艙的設計制作綜合參考現(xiàn)有大型油船結構尺寸資料,選取單個邊艙模型原型尺寸:長25.7m、寬16.1m、艙深18.9m,艙容約為7820m3。根據(jù)幾何相似原理建立一個約為單個邊艙1/40的模型(模型尺寸為:640mm×400mm×470mm,容積約120L)。模型艙使用有機玻璃制成,側壁留有一個注油孔A(半徑r=8mm)頂部留有一個透氣孔B(半徑R=12mm)和一個儀器固定孔C。同時,為了便于數(shù)據(jù)的分析與處理,整個模型艙被分為3個區(qū):液相區(qū)、氣相區(qū)和氣液邊界層(氣液邊界層是擾動的,這里取平均值)。液相區(qū)主要是液態(tài)油品,高度用L表示;氣相區(qū)主要是油氣與空氣的混合氣體,高度用V表示;氣相區(qū)與液相區(qū)的交界處稱為氣液邊界層;整個模型艙的深度為H。
2.1.2液艙晃動模擬平臺的設計制作液艙晃動模擬平臺是用來模擬油船的油艙受風、浪影響而晃動的實驗設備,包括了傳動和控制兩部分。該裝置利用一個液壓缸提供推動力,使工作臺左右擺動以模擬船體在海上的晃蕩。在單片機輸入指令后,信號經(jīng)過數(shù)模轉化器傳給電源,以改變電源的輸出電壓,進而改變伺服閥兩端的輸入電流,然后在閥內(nèi)改變閥芯的開口大小,控制回路的輸出流量和壓力,從而控制液壓缸的運動,最終保證液壓缸的運動速度在設計值附近,使工作臺產(chǎn)生預期的晃蕩效果。
2.1.3儀器設備主要實驗儀器:一臺計量泵,用于模擬加油;一套液艙晃動模擬裝置,用于模擬油船在海上航行時的晃蕩情形;一臺DR70C系列智能線式紅外VOCs檢測儀,用于實時記錄透氣孔處排出油氣的濃度;一臺計算機,用于存儲濃度檢測儀記錄的數(shù)據(jù);兩臺高清攝像機,分別從正面和側面記錄整個實驗過程中模型艙及液相表面的變化。
2.2晃蕩實驗設計
對于第一組實驗,由于液相的晃蕩強度與液相厚度及外來晃蕩強度有關,因此,為了研究不同液相晃蕩強度對透氣孔處排出油氣濃度的影響,設置7種氣液比、5種晃蕩強度的交叉晃蕩實驗。7種氣液比分別為1%、3%、5%、25%、50%、75%及95%,5種晃蕩強度分別為a(a=0)、b、c和d、e,共計進行35組晃蕩實驗。其中,外來晃蕩強度通過調(diào)節(jié)液艙晃動模擬平臺負載大小來施加。a=0,即晃蕩發(fā)生裝置關閉,液相處于靜置狀態(tài);b為整個量程的20%;c為整個量程的40%;d為整個量程的60%;e為整個量程的80%。
2.3裝貨實驗設計
對于第2組實驗,由于不同的裝貨速率代表著不同的液面上升速率及液相擾動強度,因此,為了研究不同裝貨速率對油氣產(chǎn)生及排出的影響,共設計7種裝貨速率:0.38L/min、0.88L/min、1.38L/min、1.88L/min、2.46L/min、2.96L/min及3.46L/min,其裝載率都是0~95%。其中裝貨速率1.38L/min是根據(jù)實際油船裝貨速率按歐拉相似準則(壓力差為注油孔內(nèi)外油品的壓力差)得到;裝貨速率0.38L/min、0.88L/min和1.88L/min、2.46L/min、2.96L/min和3.46L/min是結合計量泵的量程及最小刻度的實際情況,從而設計出0.5L/min裝貨速率間隔的速度。
2.4模型實驗流程
晃蕩實驗:將濃度傳感器安裝在透氣孔處,將模型艙固定在晃蕩發(fā)生裝置的工作臺上,分別調(diào)節(jié)油品的裝載率和模擬平臺的晃蕩強度,依次進行實驗,通過計算機分別記錄透氣孔處排出油氣的實時濃度。每次實驗前,模型艙內(nèi)都充滿干凈空氣,艙內(nèi)壓力為標準大氣壓。實驗時通過空調(diào)系統(tǒng)控制環(huán)境溫度為26℃。裝貨實驗:將油品通過計量泵再經(jīng)過加油管注入模型艙內(nèi),濃度傳感器安裝在透氣孔處,依次進行實驗,用計算機分別記錄透氣孔處排出油氣實時濃度。每次加油實驗前,模型艙內(nèi)都充滿干凈空氣,艙內(nèi)壓力為標準大氣壓。實驗時用空調(diào)系統(tǒng)控制環(huán)境溫度為26℃。
3部分實驗結果展示
3.1晃蕩實驗
油品裝載率25%(圖6),靜置時間6h。在靜置條件下,當裝載率為25%時,透氣孔處排出氣體濃度規(guī)律:前600s左右,透氣孔處排出氣體中油氣體積分數(shù)為0;600s后,排出氣體中油氣體積分數(shù)在短時間內(nèi)迅速上升至60%,隨后曲線斜率變小,排出氣體中油氣體積分數(shù)增加速度變慢,直至達到飽和,即油氣體積分數(shù)Csat=81.6%。形成這種現(xiàn)象的原因:前600s左右,排出的氣體主要為原來模型艙中的空氣,因此排出的油氣體積分數(shù)為0;600~2500s后,在模型艙氣相區(qū)中,由于油氣濃度差很大,油氣的蒸發(fā)擴散非常快,致使透氣孔處排出油氣的體積分數(shù)迅速增加;2500~5000s,隨著氣相區(qū)內(nèi)油氣濃度差的減小,油氣的蒸發(fā)擴散變慢,造成透氣孔處排出油氣的體積分數(shù)增加變慢;5000s后,氣體的蒸發(fā)擴散慢慢接近充分,使得艙內(nèi)油氣濃度達到飽和,排出油氣的體積分數(shù)不再增加。
3.2裝貨實驗
加油速度1.38L/min(圖8),加油時間4957s。在裝載率達到70%之前,透氣口排出氣體中油氣體積分數(shù)處于較低水平,約35%,且上升速率較慢。當裝載率為70%~95%時,排出氣體中油氣體積分數(shù)快速上升,最后達到90%,接近飽和(圖9)。該實驗結果與文獻[4]實船所測裝貨過程中透氣孔排氣規(guī)律相同。形成這種現(xiàn)象的原因:在整個加油過程中,從液面蒸發(fā)出油氣分子的自然擴散是從高濃度處向低濃度處進行,這使得艙內(nèi)的油氣濃度呈現(xiàn)分層現(xiàn)象,越靠近液面,油氣濃度越大。在裝載率到達70%之前,主要是進行油氣分子的自然擴散,聚集形成油氣濃度層。同時,艙內(nèi)空間較大,油氣的對流效應較弱,油氣從產(chǎn)生至傳遞到透氣口有延遲效應,因而使該過程中透氣口排出的油氣體積分數(shù)較小。隨后,裝載率從70%上升至95%,隨著液面上升,氣相區(qū)體積縮小,對流效應越來越明顯,延遲效應越來越弱,并且此時油氣分子自然擴散也更加充分,因而使透氣口排出氣體的體積分數(shù)上升得越來越快,體積分數(shù)值越來越大。
2實驗應用
2.1電解硫酸鈉溶液
配制1mol•L-1硫酸鈉溶液,向2個西林瓶中分別加入硫酸鈉溶液至體積占大部分,然后滴加紫甘藍汁至瓶口,將盛滿液體的西林瓶反倒于瓶蓋中,與注射針頭相接觸。向飲料瓶蓋中加入少量硫酸鈉溶液,以保證整個裝置回路,用連接導線的的鱷魚夾各夾住2個注射針,并分別與9V的電源相連??梢园l(fā)現(xiàn)大約1~2分鐘就可以觀察到下列明顯的現(xiàn)象:陽極附近有氣泡產(chǎn)生,溶液變紅色說明陽極區(qū)顯酸性,水分子失去電子,生成氧氣和H+;陰極附近有氣泡產(chǎn)生,溶液變綠色說明陰極區(qū)顯堿性,水分子得到電子,生成氫氣和OH-。學生依據(jù)上述的實驗現(xiàn)象就可以寫出該反應的電極反應式。隨著反應的進行,陰極溶液堿性增強,由綠色變成黃色。筆者建議若本實驗應用于課堂教學,只要觀察到陰極區(qū)變綠色即可,若應用于綜合實踐活動和研究性學習,可引導學生進一步觀察溶液顏色的變化。陽極反應:2H2O-4e-=O2↑+4H+陰極反應:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
2.2電解飽和食鹽水
將上述硫酸鈉溶液換成飽和食鹽水,陽極電極換成鉛筆筆芯,其余步驟同上。電解飽和食鹽水,陰極區(qū)H+得到電子,生成氫氣,因此附近溶液顏色由紫色變成綠色進而變成黃色,溶液顯堿性。陽極溶液的顏色變化則由紫色變?yōu)榧t色,進而變?yōu)闊o色,并且可以聞到少量的刺激性氣味,這說明Cl-失去電子,發(fā)生氧化反應,生成氯氣,氯氣與水反應生成鹽酸和次氯酸,顏色的鮮明變化可以揭示這一系列化學反應。陰極反應:2H++2e-=H2↑陽極反應:2Cl--2e-=Cl2↑Cl2+H2OHCl+HClO但該實驗進行到10分鐘時,陽極溶液才褪色,此時產(chǎn)生的氣體已把陽極的溶液排得僅剩少部分,而陰極所在西林瓶中的溶液則更是被排得所剩無幾(因為氫氣的逸出速率比氯氣大)。為了解決該問題,筆者將作為陽極的西林瓶中溶液體積減少一半,陰極溶液體積不變,可以發(fā)現(xiàn)大約5min內(nèi)陽極就可以出現(xiàn)由紫色變紅色進而褪為無色的現(xiàn)象,便于學生的自主探究。該微型實驗裝置也可以用于其他溶液電解實驗的研究,由于不同反應的分解電壓有差別,可在電源回路中串聯(lián)一個合適的變阻器,用于調(diào)節(jié)電解電壓,實驗時逐漸增大電壓,至電極上有明顯反應為止。
3實驗特點
宋心琦教授在“中學化學教學改革與微型實驗”一文中指出,微型化學實驗在中學化學中推廣艱難的原因之一是很多物質(zhì)在微量時和常量時給予觀察者的感受可能不同,使得印象或結論因此不同。筆者認為不僅是物質(zhì)本身,化學反應有時在微量和常量時給予觀察者的感受也不同,而本案例中的電解質(zhì)溶液雖然是“微量”(3mL),但現(xiàn)象并沒有因此打折扣,實驗現(xiàn)象明顯。以電解硫酸鈉溶液為例,陰陽兩極的溶液分別呈現(xiàn)紅色和綠色,呈現(xiàn)鮮明的顏色區(qū)別。
上述介紹的實驗裝置和相關的設計除了具有現(xiàn)象明顯的特點外,還具有以下一些優(yōu)點:
(1)時間較短,適合學生自主探究,探究電解硫酸鈉溶液大約1分鐘后就能觀察到明顯現(xiàn)象,而飽和食鹽水的電解則可以在5分鐘內(nèi)看到陽極先變紅后褪色的現(xiàn)象。
1.實驗原型實驗裝置如圖1。利用熱得快分別給質(zhì)量相同、初溫相同的水與食用油加熱相同時間(或升高相同溫度)。在相同時間內(nèi),由于食用油溫度升得高些,如果要升高相同的溫度,加熱水用的時間應延長。2.不足之處本實驗用熱得快做熱源,由于它的功率較大、溫度升高過快,很難把握,有一定的危險性。教材中的實驗裝置還有兩個嚴重的缺陷,一是熱得快放置方法不正確,液體沒有蓋住熱得快的發(fā)熱部分,導致熱得快易損壞;二是由于等質(zhì)量的水和油相比,油的體積大于水的體積,在油中的熱得快被浸的體積多些,導致兩種液體受熱不一致,數(shù)據(jù)難以令人信服。而且教材上的實驗能見度不高,讀取溫度數(shù)據(jù)困難。
二、實驗創(chuàng)新與改進
1.將新型硅膠加熱器固定在容器底部,使得加熱均勻、精度高,實現(xiàn)量化實驗,極易控制。如圖2。教學視點2.使用溫度傳感器及數(shù)顯溫度計,讀取數(shù)據(jù)方便快捷。3.用220V電壓做電源,實驗隨處可進行;內(nèi)部裝有漏電保護開關,保證用電安全,便于讓學生操作。
三、實驗器材
自制液體加熱器2套,食用油、水各120克,停鐘1個,天平1架,兩份質(zhì)量相等的水。
四、實驗原理及裝置說明
1.實驗原理新實驗使用控制變量法,通過控制使物質(zhì)質(zhì)量相等、吸收熱量相同、升高相同溫度,比較需用的時間。升高相同溫度時,所用時間較長的物質(zhì)吸收的熱量多,則此物質(zhì)吸收熱量的能力更強。2.裝置說明新實驗采用兩套完全相同的硅膠加熱器,從底部直接給液體加熱,并裝上傳感器及數(shù)顯溫度計,讓測量結果清晰顯現(xiàn)。當達到所需溫度時,只要將紅色開關關掉便可停止加熱。如圖3。
五、實驗設計及結論
實驗一:用加熱器加熱兩份相同質(zhì)量的水,將結果記入表1,并得出結論。結論:質(zhì)量相等的同種物質(zhì),吸收相同的熱量時,溫度升高的速度相同。實驗二:用加熱器加熱相同質(zhì)量的水與食用油。將準備好的質(zhì)量相等的水和食用油倒進兩個加熱器中,幾秒后記錄水與食用油的初始溫度。打開電源,同時按下停鐘開始計時,觀察兩個加熱器中溫度計的變化,用停鐘記下加熱液體每階段所用的時間,讀取相應的溫度變化量,并填入表2中。當加熱時間達到80s時,記下最后溫度,關閉電源,停止加熱,分析數(shù)據(jù)并得出結論。結論:質(zhì)量相等的兩種物質(zhì),吸收相同的熱量時,溫度升得越慢的吸收的熱量較多,吸收熱量的能力較強。
高錳酸鉀制取氧氣是利用酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽等儀器,通過加熱高錳酸鉀制取氧氣,利用排水法來收集氧氣。學生不僅要掌握實驗原理、目的,實驗儀器和藥品的使用方法及注意事項,實驗步驟、化學方程式的書寫等內(nèi)容,還要培養(yǎng)觀察、分析能力和實踐操作能力。
(二)《高錳酸鉀制取氧氣》的實驗目的
(1)通過虛擬實驗中的文本展示工具,使學習者了解實驗目的、原理和方法。
(2)通過對虛擬實驗的操作,掌握藥品的選擇以及儀器連接的先后順序,能夠動手制取氧氣。
(3)通過對實驗過程、現(xiàn)象的觀察、分析實驗反應機制,加深對實驗的認知和理解。
(三)《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗活動設計
學生要完成虛擬實驗首先需要安裝Secondlife客戶端,進入Secondlife虛擬環(huán)境,通過以下流程完成整個虛擬實驗。
(1)準備階段:學習者通過Secondlife提供的地圖工具搜索到虛擬實驗室地標并通過瞬間移動工具進入虛擬實驗室。
(2)實驗階段:學習者通過人-機交互選擇事先通過3D建模工具創(chuàng)建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關儀器的使用方法及實驗裝置圖,完成實驗儀器的裝置;點擊各個實驗儀器、添加藥品來完成實驗。
(3)評價反饋階段:教師根據(jù)學生提交的實驗報告和學習者的學習記錄對學習者本次實驗進行一個綜合評價,并將評價結果通過評價反饋系統(tǒng)及時反饋給學習者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環(huán)境設計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設計的虛擬實驗環(huán)境。以實驗過程的設計為理論基礎從場景及模型設計、交互設計、支持工具設計、特效設計、評價設計這幾方面設計三維虛擬實驗環(huán)境。
(一)實驗環(huán)境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統(tǒng)、音響設備、電子白板、書柜、書、電腦組成,供學習者實驗后進行交流、報告、探究、形成實驗結論。虛擬實驗室主要由實驗環(huán)境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設備為為學習者完成實驗并獲取實驗數(shù)據(jù)。儀器設備主要是酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽、鐵夾、燒杯。藥品耗材主要是高錳酸鉀等。
(二)交互系統(tǒng)設計
(1)人機交互設計:在實驗中通過操作交互,學習者能夠感受到實驗設備的控制感和體驗感。在Secondlife中,利用創(chuàng)建工具可以實現(xiàn)簡單的“點擊”“移動”“坐在上面”等操作,Secondlife提供的林登腳本語言可以設置改變物體的性質(zhì)、運動方式、運動軌跡、對外力的反應等等,能夠較好地支持學習者的操作交互。
(2)交流工具:學習者在實驗過程中和老師、同伴交流的方式主要有在線的同步交流和異步交流。
(三)支持工具設計
實驗支持工具是指支持學習者完成實驗的所有工具,本研究的支持工具主要包括搜索工具、資源工具、實驗認知工具、評價反饋工具等。搜索工具主要是地圖工具和瞬間移動工具通過它們是搜索定位各種學習場所、用戶,并瞬間移動到目的地。資源工具包含Secondlife內(nèi)部資源和外部資源。內(nèi)部資源主要是3D瀏覽器;外部資源包括各大搜索引擎。這些工具可以搜索Secondlife內(nèi)部和外部各種信息資源實驗認知工具主要包括3D建模工具、拍攝工具、記事本工具主要為為實驗過程中學習者觀察記錄實驗現(xiàn)象、采集數(shù)據(jù)提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統(tǒng)(choicer、Quizchair)、學習記錄系統(tǒng)(Tracker)、Web-Intercom,為實驗后學習者自評、反思以及教師評價反饋提供支持。
(四)特效設計
在Secondlife中,通過粒子系統(tǒng)結合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現(xiàn)象。在本實驗中酒精燈加熱的火焰、水槽里面的氣泡、集氣瓶中的氧氣、反應過程中的煙霧、藥品晶體的狀態(tài)變化等效果都可以通過粒子系統(tǒng)來實現(xiàn)。
2藥學本科小學期制藥理學實驗設計實施環(huán)節(jié)
小學期制的實驗設計不同于其他學科實驗教學中的設計性實驗,它屬于探索性實驗。在藥學本科生學完重要的主干課程和一些方法學課程后,已經(jīng)初步具備了進行實驗設計的基本知識和技能,這為開展小學期制藥理學實驗設計提供了有利條件。筆者承擔了小學期制藥理學實驗設計帶教任務,在實際工作中,將小學期制實驗設計分為基本知識介紹、實驗設計、實驗實施和實驗考核4個環(huán)節(jié)進行,具體步驟如下。
2.1基本知識介紹
在正式實驗前5天,筆者召集實驗班級學生,對其講解實驗設計基本內(nèi)容,詳細介紹藥理學實驗設計的目的和基本原則,包括科學研究中實驗設計的三要素(即研究因素、研究對象、研究效應)以及應遵循的統(tǒng)計學的三大原則(即重復、隨機、對照原則)。根據(jù)藥理學學科特點,具體講解實驗動物的特性、藥理學實驗動物的選擇、動物模型的復制、給藥劑量、給藥途徑和觀察藥效學指標的確定方法以及在實驗分組中如何體現(xiàn)隨機性和對照性原則。此外,還講解了如何利用教材和網(wǎng)上資源查閱文獻資料以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法的選擇及應用等。
2.2實驗設計
在介紹完實驗設計基本知識后,緊接著將本實驗室所有的儀器、設備、動物情況告訴學生,讓學生自由組合,每5~6人一組,并讓其圍繞要求根據(jù)自己的興趣選題。為避免個別學生存在依賴心理,要求每一位學生獨立完成實驗設計。給學生5天時間查閱文獻資料,制訂實驗設計方案。為使學生對實驗設計的基本步驟和內(nèi)容有較完整的認識,給出實驗設計報告內(nèi)容,包括研究題目、理論依據(jù)及研究現(xiàn)狀、研究內(nèi)容、儀器與藥品、研究方法、實驗對象、性別、規(guī)格、數(shù)量、實驗組與對照組的處理、觀察指標、實驗步驟、統(tǒng)計方法選擇、預期實驗結果、設計人、設計日期等。開始實驗的前一天收集實驗報告,教師仔細閱讀批改,做到心中有數(shù)。實驗第一天,首先讓每一位學生上臺講解實驗設計的目的和思路,匯報設計方案,預期實驗結果,提出存在的問題及解決措施,并回答其他學生提出的問題,然后由教師就實驗設計中方法的科學性、合理性和可行性及思維的創(chuàng)新性及步驟的嚴謹性等做出評價。討論實驗設計并進一步修改完善后,由小組成員共同選擇一個可行性較好的實驗設計并實施。共同討論形式有助于拓寬學生的知識面,有助于學生由一種實驗方法認識到一類實驗方法,從單個藥物的研究方法引申出一類藥物的研究方法。在實驗設計中,鍛煉了學生分析問題的能力和語言表達能力,并對文獻檢索和統(tǒng)計方法的運用也有了進一步的認識和體會。
2.3實驗實施
通過設計實驗和討論實驗,學生基本掌握了實驗目的、方法、步驟。為了培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的實驗記錄習慣,在實驗進行前,首先要求學生嚴格按照實驗記錄報告的內(nèi)容格式記錄結果,包括實驗組、實驗日期、室溫、實驗題目、實驗材料、藥品和試劑的配置、實驗步驟、實驗結果(觀察指標、動物號、時間)、初步結論、實驗失敗或出現(xiàn)意外結果的原因、實驗改進的建議、實驗人、記錄人、日期。然后安排學生以小組為單位,獨立完成藥物配制、動物分組、編號、動物給藥、實驗操作、觀察藥效指標及記錄結果的全過程。教師從旁指導實施,及時提醒學生注意事項,以免出現(xiàn)誤差或實驗失敗,要求學生認真科學地記錄和分析實驗結果,使學生對實驗設計的可行性有進一步的認識。
2.4實驗考核
小學期制實驗設計考核既不同于理論教學考核,也不同于專業(yè)實驗教學考核,它是對學生實驗基本技能、學習主動性、思考分析問題能力、創(chuàng)新能力、表達能力、團隊合作精神、知識整合能力、寫作能力的全面評價,是開展實驗設計中不容忽視的環(huán)節(jié)。教師不能只看實驗的成功與否,而應從實驗的全過程全面評價學生的能力,依據(jù)學生的實驗設計、實際動手能力和對實驗結果的客觀分析能力、論文撰寫水平進行綜合評定。
3藥學本科小學期制藥理學實驗設計的效果與不足
2教師引導
對問題進行科學猜想如果學生沒有經(jīng)過科學猜想就進行實驗設計,學生不知道實驗的目的,實驗設計就難以進行下去,不能培養(yǎng)學生的猜想能力,經(jīng)歷的探究過程也不能鍛煉創(chuàng)新思維。所以教師必須引導學生根據(jù)已掌握的物理知識、隨堂實驗和生活經(jīng)驗,把學生引入科學猜想的情景,有理有據(jù)地對問題進行猜想,明確探究的方向。在探究“影響導體電阻的因素”的教學中,筆者通過下面3個現(xiàn)象引導學生猜想:①滑動變阻器的滑片移動,電阻變化;②使用的是220V的燈泡,燈絲越粗越亮;③電線常用銅絲制造而不用鐵絲。這樣的設計給學生的探究指明了方向,學生一步一步地得出自己的科學猜想。
3教師引導
選用實驗器材如果教師直接給學生提供實驗器材,并介紹各種實驗器材的功能,代替了學生的探究和猜想,學生沒有學會遇到困難如何解決問題的方法。所以可以給學生預備多種器材,包括一部分無用器材,讓學生在問題的引導下思考實驗的原理,選用器材,思考有沒有更好的替代器材,有沒有創(chuàng)新,體現(xiàn)探究的開放性。在“測定電池的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中,筆者陳列一些實驗器材:干電池、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、電鍵和導線若干根等,讓學生選擇器材,自行設計電路圖來完成實驗。筆者用下面的問題來引導學生選擇實驗器材:①需要什么儀器,采用什么樣的電路圖,原理是什么;②選擇什么規(guī)格的器材,被測干電池選內(nèi)阻較大的還是較小的,伏特表選什么量程,安培表選什么量程,滑動變阻器選阻值較小的還是較大的。通過這樣的設計引導學生重視分析實驗器材與實驗目的和原理的聯(lián)系,分析為什么要選用這些器材,這些器材有什么用途,把本實驗的知識融合在一起,在分析問題的過程中培養(yǎng)學生獨立思考的能力。
4問題引導
自主設計初始實驗方案學生根據(jù)自己的預備物理知識,在教師的問題引導下自主設計檢驗猜想的實驗方案,包括根據(jù)實驗要求理解實驗原理、先后測量哪些物理量、具體如何操作、編寫實驗步驟、設計實驗表格等。在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中,筆者用下面的問題來引導學生進行初始方案的設計。①物體的加速度與它受的力、質(zhì)量這兩個因素均有關,應采用什么實驗方法得出加速度與力、質(zhì)量三者間的定量關系?②這個實驗需要測量的物理量有哪些?③怎樣測量小車的加速度?需要什么器材?請同學們設計一個可行的實驗方案。④我們要讓細線對小車的拉力等于小車受到的合力,怎樣平衡掉阻力?阻力來自哪些方面?怎樣才算平衡掉了阻力?通過以上問題的引導,學生知道了實驗的方法,解決了實驗設計中的困難,最后大多數(shù)同學都能設計出自己的實驗方案。
2.虛擬電橋模型電橋是目前常用的電阻式傳感器測量電路,整個電橋電路由四個橋臂組成,當橋臂接入應變電阻時則成為應變電橋。當有一個臂被接入應變電阻時,被稱為單臂電橋;兩個臂被接入應變電阻時則為雙臂電橋(也稱半橋);四個臂均被接入應變電阻時則稱為全橋。在橋路中均未接入應變電阻時。
3.電阻屬性和接橋方式設計前面板(如圖1所示)上電橋部分的電阻屬性分為固定電阻、應變電阻和平衡電阻三種,應變電阻的貼片方式分為受拉應力和受壓應力。(1)電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種:應變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設置開關進行選擇。若R1為應變電阻屬性,其阻值會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應的ΔR1以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR1t。電阻R2的屬性與R1相同。通過操作“R2”設置開關可以選擇R2的屬性。若R2作為應變電阻,則會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應的ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。若操作“差動設置”開關,則可使R2的受力方式為受壓應力,從而會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應的-ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。R3,R4需要參與調(diào)平電路的設計,因此接線也會相對復雜。通過操作“R3”和“R4”設置開關對該電阻進行屬性操作。圖中出現(xiàn)的Rr顯示框為調(diào)零電路中的R5的右半部分與R6串聯(lián)然后再與R3并聯(lián)后的阻值。Rl顯示框為R5的左半部分與R6串聯(lián)后再與R4并聯(lián)后的阻值。(2)接橋方式的設計。虛擬前面板上的電橋工作方式分別為:不工作、單臂工作,半橋工作和全電橋工作方式四大類型。對于半橋和全橋方式,其中應變片又分為差動和非差動兩種布片方式。不工作方式指的是R1,R2,R3和R4都設置成固定電阻。該方式無論怎樣施加外力,輸出始終為零。單臂工作時將R1設置為應變電阻,R2、R3、R4設置為固定電阻。此時,按“R1”按鈕,“R1”按鈕變綠,圖中應變電阻R1如果顯示向上的箭頭,表明該應變電阻受拉應力,對應電阻值增大;如果應變電阻R1顯示向下的箭頭,表明該應變電阻受壓應力,對應電阻值減小。半橋非差動工作時,R1、R2設置為應變電阻,R3、R4設置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕,兩者均變綠表示接入工作臂,同時電阻R1、R2上的箭頭方向一致,表示應變片受到相同性質(zhì)的應力,此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時,R1、R2設置為應變電阻,R3、R4設置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕,兩者均變綠表示接入工作臂,同時電阻R1顯示向上箭頭,R2顯示向下的箭頭,表示對應的應變片受到拉應力和壓應力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應變電阻,此時,按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按鈕,均變?yōu)榫G色。四個電阻上的箭頭方向一致,表明四個電阻受相同性質(zhì)的應力,此時電橋輸出基本為零。全橋差動工作時,“R1”、“R3”電阻箭頭向上,表示受拉應力;“R2”“R4”箭頭向下,表示受壓應力。
4.溫度誤差計算及補償在討論應變計的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的,但在實際應用過程中,工作溫度可能會發(fā)生變化,從而導致應變電阻的阻值發(fā)生變化。設工作溫度變化為Δt℃,則由此引起粘貼在試件上的應變電阻的相對變化為。將公式(11)代入公式(7)-(10),即可以計算出溫度變化時的電橋輸出,該輸出即為溫度誤差。單臂工作時,采用補償塊法進行溫度誤差補償,該方法利用兩塊參數(shù)相同的應變計R1、R2,R1貼于試件上并接入工作臂,R2貼于與試件材料相同溫度環(huán)境的補償塊上,但該補償塊不參與機械應變,同時接入電橋相鄰臂作為補償臂。當接通電源并施加負載時,補償臂產(chǎn)生的熱輸出與工作臂產(chǎn)生的熱輸出相同,則可達到溫度誤差補償?shù)哪康摹τ诎霕虿顒雍腿珮虿顒庸ぷ鞣绞?,根?jù)公式(10)的和差特性即能進行溫度誤差補償。5.非線性誤差計算及補償公式(10)是對公式(9)進行線性化后的輸出。對于單臂工作時,非線性誤差可以通過在電路中加入補償臂(該臂不受外加應力作用)。對于半橋差動和全橋差動工作方式,不需要外接補償電路,因為差動工作方式具有很好的非線性補償作用。
二、虛擬操作面板的設計
用LabVIEW軟件開發(fā)虛擬儀器,用戶能“量身定制”儀器的操作面板。本實驗根據(jù)真實的電阻式傳感器實驗電路接線圖作為虛擬儀器的操作面板,能直觀地闡述電阻式傳感器實驗原理及操作方式,虛擬面板如圖1所示,主要包括虛擬彈性元件選擇、應變電阻布片方式選擇、電橋接法選擇、電橋調(diào)零模塊、差動放大模塊、直流電源模塊。此外前面板還包括電阻、外力、溫度的賦值等。
三、遠程虛擬實驗的演示步驟
電阻式傳感器實驗的遠程操作分別由DataSocket技術與Web網(wǎng)絡工具來實現(xiàn)。DataSocket技術以及網(wǎng)絡化技術的結合使虛擬儀器的遠程控制成為可能,可在若干計算機上對傳感器虛擬實驗進行操作及數(shù)據(jù)處理。這為傳感器虛擬實驗的互動教學提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實驗的遠程操作過程如下:第一步,打開服務器網(wǎng)頁。第二步,輸入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步,選擇彈性元件類型。第四步,設置接橋和布片方式。第五步,打開電源開關。第六步,調(diào)節(jié)調(diào)零電位計,直至電橋近似達到初始平衡狀態(tài)。第七步,點擊“施力F”按鈕。第八步,查看客戶端網(wǎng)頁,查看電橋輸出曲線。第十步,點擊服務器面板中的“復位鍵”,使所有選項、開關及輸入數(shù)據(jù)均清零和初始化。第十一步,關閉電源開關。
實驗設計要遵循實驗的原則。首先,實驗的設計要具有科學性,科學性原則要求教師在進行試驗教學的時候,要明確實驗的目的性,在選擇實驗材料的時候,一定要選擇具有科學性的材料、運用科學性的實驗方法、使用合理恰當?shù)膶嶒炘?。除此之外還要滿足高中生物學實驗的基本原則和原理。其次,實驗設計要嚴謹,在生物實驗進行時要保證實驗設計的方案沒有漏洞。最后,實驗設計要簡易,在進行實驗的時候,要保證實驗所需的材料能夠容易獲得,實驗的操作步驟簡單易懂,避免實驗所需時間過長。除以上幾點原則之外,還要遵循可行性原則、隨機性原則、可重復性原則以及實驗條件一致性原則等。
2.高中生物實驗設計的方法
高中生物實驗設計屬于探索性的教學活動,任何的探索都是從問題開始出發(fā)的,因此,教師在進行實驗教學的時候一定要重視引導學生去發(fā)現(xiàn)問題。在實驗開始之前,教師首先要確定就是要通過實驗來提出問題的假設,用實驗來解決問題,用實驗來得到正確的結論。由此可見,高中生物實驗的設計是高中生物學科的難點。教師在設計實驗的時候一定要引導學生去發(fā)現(xiàn)問題,讓學生對實驗感興趣,并且不斷的提出問題,在引導的過程中,激發(fā)學生的探索精神和學習興趣,集中學生的注意力,激發(fā)學生的求職欲望,以及鼓勵學生自我提問、學生與學生之間相互提問、學生與老師相互提問。除此之外,教師在實驗設計的時候,還要不斷地優(yōu)化創(chuàng)新生物實驗的設計,在設計的時候教師一定要利用控制單一變量的原則來不斷地調(diào)整實驗的進行,這樣才能有效地培養(yǎng)學生的辯證思維和創(chuàng)新思維。只有做到了以上幾點,才能有效地保證高中生物實驗設計的科學性和有效性。
二、高中生物實驗的分析
高中生物實驗中,實驗結果的分析占有很重要的位置。教師在進行實驗分析之前,一定要給學生充分的思考時間,讓學生進行討論交流,使學生嘗試著去分析實驗的結果。將學生以小組為單位進行討論,讓學生自己去探索實驗的原理、步驟以及對實驗結果的分析。如此一來,不僅能夠提高學生的學習興趣,還能夠使得一些有困惑的學生能夠得到其他同學的解答后恍然大悟。對于學生一些較好的想法和提議,教師要給予及時的鼓勵和支持。實驗結果一般都可以觀察和測量的實驗現(xiàn)象,在生物實驗中出現(xiàn)的真實狀況,是獲取實驗結論的重要依據(jù)。假如教師所做的生物實驗屬于驗證性實驗,那么結果是唯一的,同樣結論也是唯一的。假如教師所做的生物實驗屬于探究性實驗,那么結果就不再唯一,且每一個結果都將得到一個結論。一般高中生物實驗結果的分析,問題出現(xiàn)最多的實驗就屬探索性實驗,通常表現(xiàn)的情況有以下幾種:首先,實驗的結果與實驗的結論不一致;其次,教師在進行實驗分析的時候不全名,沒有正確且準切的分析實驗結果出現(xiàn)的各種可能性;最后,教師在實驗分析時語言表達不準確,甚至出現(xiàn)結果與結論顛倒的現(xiàn)象。通常生物實驗結果分析使用的語句都是“如果……那么說明……”首先闡述實驗的結果,然后再闡述得出的結論。
三、結束語
實驗的目標是學生在經(jīng)過網(wǎng)狀拓撲式課堂培養(yǎng)后,在語文閱讀能力上能夠體現(xiàn)出批判性思維的相關特征,提升批判性思維品質(zhì)。實驗假設涉及了三方面的內(nèi)容,分為三個假設:1.教學模式與批判性思維意識培養(yǎng)的關系。批判性思維意識應包括“尋找真理、開放思想、分析能力、系統(tǒng)化能力、批判性思維的自信心、求知欲、認知成熟七種意識傾向“,在此設置假設一:網(wǎng)狀拓撲式課堂可以顯著增強學生批判性思維意識;2.教學模式與批判性思維普遍性的關系。設置假設二:網(wǎng)狀拓撲式課堂對培養(yǎng)學生批判性思維具有普遍性。3.教學模式與批判性思維能力的培養(yǎng)的關系。批判性思維包括三個緊密聯(lián)系、互相影響的階段:“分析思維方式階段、評估思維方式階段和提高思維方式階段”,具有公正性、普查性、挑戰(zhàn)性、嚴謹性、獨立性五種品質(zhì)特點,以及思維目標、問題意識、觀點分析、概念理論表達、建立假設、推理結論等六種能力。在此設置了假設三:網(wǎng)狀拓撲式課堂可以顯著提升學生批判性思維能力以及語文綜合閱讀能力。
二、實驗變量的確定及控制措施
1.自變量與因變量的確定。自變量是研究者出于某種研究目的進行操縱以引起因變量發(fā)生變化的因素或條件。自變量是因變量的原因,因變量是由于自變量的變化而產(chǎn)生的現(xiàn)象變化或結果,彼此相互依存。依據(jù)假設,實驗操作變量是參與網(wǎng)狀拓撲式課堂研究的學生:實驗組學生的語文閱讀教學采取網(wǎng)狀拓撲式,對照組學生的語文閱讀教學采取傳統(tǒng)閱讀教學方式。因變量包括:(1)學生批判性思維能力的總體改變和各個分量(思維目標、問題意識、觀點分析、概念理論表達、建立假設、推理結論)的變化;(2)學生批判性思維意識的總體改變和原則分量的變化。(3)學生語文綜合閱讀測試能力的總體改變。2.無關變量的控制。無關變量,即為實驗中除實驗變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結果的因素或條件。實驗者不能根據(jù)它對所得的結果做出正確的判斷和解釋。如果不能控制或消除無關變量的影響,因變量變化的根本原因就無法判定。所以在選擇研究變量的同時,必須辨明無關變量,需要在研究過程中加以控制那些可能對實驗結果產(chǎn)生影響的無關變量。本次實驗設計中,因為是按自然班級進行試驗,因而能對一部分無關變量進行控制。無關變量包括下面五個方面:學生自身方面的因素、家庭背景、社會因素、學習環(huán)境和教師因素。從高中二年級和三年級的學生中抽取樣本。他們在校已有至少一年的學習生活經(jīng)歷,接觸的學習環(huán)境和社會環(huán)境基本一致。學生自身的特點,在進入新年級分班時,皆由學校從學習成績、綜合素質(zhì)、班級人員組成等方面綜合平衡控制,在所屬的班級層級中,隨機分配,具有一定同質(zhì)性。實驗中涉及的教師具有高中循環(huán)教學經(jīng)歷,年齡接近,教學能力相當。
三、抽樣及分組的設計
實驗學校江蘇省海安高級中學為獨立設置的高中,規(guī)模符合要求。學校各類設備設施齊全,配置先進。學生對絕大多數(shù)對教師的教學比較滿意。學校教研組和課題組具備開發(fā)課程的能力。語文教研組承擔了省級“十二五”規(guī)劃課題,初步形成了較為可行的課程評價、學生評價、教師評價等體系,基本滿足實驗開設的需要。為了保證實驗的真實與嚴謹,盡量減少前測與實驗處理帶來的交互作用,便于作對照比較,采用了隨機后測控制組設計。學校按學習成績綜評、綜合素質(zhì)測評、班級人員性別比例、選科傾向等因素在進入新學年時隨機分成若干個班級,采取等組實驗法分層整群隨機抽樣。分別從高二年級理科普通班、高三年級理科強化班、高三年級文科普通班三個不同組合中隨機抽取兩個,共386名學生參與實驗。在每個年級的不同類型班級組合中,隨機指派一個班為實驗班,語文閱讀教學中使用網(wǎng)狀拓撲式教學模式;對照班則采取常規(guī)教學模式。一個學期之后采用相關測量量表及常規(guī)語文閱讀綜合測試進行后測。
四、測量量表的選取
1.批判性思維意識傾向測量量表的選取《加利福尼亞批判性思維傾向測試》是一種比較成熟且使用較為廣泛的思維能力測試量具,有較好的信度與效度。2.批判性思維能力測量量表的選取《批判性思維能力檢測指南》將思維元素與思維標準結合,從八個方面進行測量,比較適合人文學科檢測,因而選取《批判性思維能力檢測指南》作為能力檢測量表。主要在實驗過程中提供給學生和教師針對書面閱讀報告進行分析和檢測。
基礎醫(yī)學是醫(yī)學教育與研究的基石,基礎醫(yī)學研究生課程教育教學是國家培養(yǎng)高層次醫(yī)學人才的必由途徑。研究生基礎醫(yī)學階段創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的目標是:培養(yǎng)具備扎實的基礎理論功底、具備自主進行醫(yī)學科學研究和技術創(chuàng)新的能力、具備在交叉學科領域進行廣泛探索的能力的研究生[3]。然而與創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的要求相比,基礎醫(yī)學研究生培養(yǎng)卻面臨著諸多問題。
1.1實驗創(chuàng)新能力基礎薄弱
研究生生源情況堪憂,實驗創(chuàng)新能力基礎薄弱,自主設計和不斷修訂完善科學研究實驗計劃的能力欠缺。隨著當前研究生招生規(guī)模不斷擴大[4],導致生源質(zhì)量下降,特別是很多研究生實驗能力欠缺,綜合利用多學科知識的意識和能力不足,在較短的基礎階段學習之后,許多研究生自主設計和不斷修訂本完善科學研究實驗計劃的水平不強,難以獨立完成課題論文設計或設計水平不高。另外,近年來由于就業(yè)壓力和收入差距,許多優(yōu)秀畢業(yè)生更多地選擇了臨床學科,選擇基礎醫(yī)學專業(yè)的研究生數(shù)量不斷下降,同時其它醫(yī)學專業(yè)研究生在基礎階段課程學習中也普遍存在著“輕基礎、重臨床”的觀念,這在很大程度上不僅極大地削弱了醫(yī)學基礎學科研究生的生源質(zhì)量,也顯著地影響了基礎醫(yī)學課程的教學效果。
1.2課程設置、教學內(nèi)容和方式不合理
(1)課程設置和教學內(nèi)容不合理。研究生階段的課程與本科階段部分課程類同,內(nèi)容重復,各課程之間的交叉互通不足。例如:為研究生開設的生物化學課程、計算機基礎等課程,講述的內(nèi)容許多都與本科階段學習的內(nèi)容相似?;A理論課教學占據(jù)的時間較多,研究生培養(yǎng)需要的實踐教學訓練時間很少,且課程各自獨立,不能融匯成實驗體系,不利于學生綜合運用各學科知識和方法進行研究。另外,課程內(nèi)容較為陳舊,更新較慢,吸收學科新進展、新成果、新技術不夠。這些課程對學生缺乏新鮮感,不能吸引學生產(chǎn)生學習興趣,這實際上造成了極其嚴重的時間和精力浪費。(2)研究生教學的方式和手段單一,研究生仍處于被動學習。研究生教學方式與本科階段類同,仍然以灌輸為主要形式,師生互動很少,無法體現(xiàn)研究生在學習中的主體地位。研究生的學習始終是比較被動的,這就無法為學生提供深層次思考的空間,不利于培養(yǎng)研究生獨立思考和進行實驗設計的能力。大多數(shù)教學內(nèi)容局限于課本,書本以外的知識涉及不足,引導學生充分利用網(wǎng)絡進行自我學習的能力仍需加強。(3)對研究生的科研和實驗能力訓練不足。設計和完成研究生畢業(yè)論文是研究生在校期間必須經(jīng)歷的學習過程。由于研究生自身的原因、學位課程設置、科研平臺、導師隊伍、學術氛圍等各方面因素的影響,大多數(shù)學生的實驗能力、科研素質(zhì)得不到培養(yǎng),獨立設計和完成研究任務的能力得不到提高。因此,若要提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量,必須使研究生科研素質(zhì)和科研水平得到訓練和提高。(4)缺乏滿足學生實驗和科研能力培養(yǎng)的實驗平臺和師資隊伍。創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)的核心內(nèi)容是提高研究生的實踐和科學研究水平,這些都離不開高層次的研究實踐平臺和高水平的師資隊伍。目前,基礎醫(yī)學教學由于課程設置的緣故,多數(shù)實驗教學工作仍然依托本科生階段的教學中心完成,受實驗平臺和師資隊伍的限制,大多數(shù)實驗內(nèi)容仍以驗證性實驗為主,缺乏設計性實驗內(nèi)容,很難達到培養(yǎng)學生科研創(chuàng)新能力的效果。(5)教學效果考核評價制度不科學。對基礎醫(yī)學課程學習情況的考核還不完善,大多數(shù)課程的考試依然沿用本科階段的紙面考試為主的終結性考核模式,真正能夠檢驗學生自主設計實驗和解決問題能力的形成性考核方式還沒有形成。沒有一套科學合理的考核制度,就難以調(diào)動學生的積極性,實現(xiàn)基礎醫(yī)學的教學目標。因此非常有必要建立一套能充分調(diào)動學生積極性,發(fā)揮其主觀能動性的考評機制。(6)研究生團隊意識和學術道德規(guī)范的教育效果不佳。良好的學風和高尚的學術道德,是研究生必備的思想素質(zhì)。近年來,學術界抄襲、剽竊、造假的事件屢屢發(fā)生,給研究生培養(yǎng)帶來了很大的負面影響。教育研究生自覺維護學術道德,杜絕學術不端行為,強化學術誠信意識,已經(jīng)成為研究生教育不可或缺的重要內(nèi)容。如何在基礎醫(yī)學教學中有效的將學術道德規(guī)范教育與研究生實驗技能培養(yǎng)相結合,使研究生學術誠信教育真正生效,是我們應著力研究的內(nèi)容。
2.基礎醫(yī)學專業(yè)碩士研究生基礎醫(yī)學課程體系改革與實踐
研究生教育改革要整體設計,分步推進。充分調(diào)研,綜合分析當前教育培養(yǎng)模式中方面存在的主要問題及其成因。通過對當前各高校在校研究生、管理人員等面對面訪談,征求他們對當前的基礎醫(yī)學教育培養(yǎng)的看法,了解他們對目前教育模式、課程設置和內(nèi)容選擇上存在異議的方面,收集對相關內(nèi)容的意見和建議,發(fā)現(xiàn)存在的主要問題,并進行深入的原因分析;在此基礎上,對研究生培養(yǎng)過程進行系統(tǒng)的改革;要加強產(chǎn)學研合作,與科研機構和就業(yè)單位建立多渠道、多形式的緊密合作關系。
2.1改革基礎醫(yī)學教學的課程設置
總體設想是,以當前社會發(fā)展對高層次人才需求為出發(fā)點,在強化研究生自主設計實驗和科研創(chuàng)新為目的,改革現(xiàn)有的基礎醫(yī)學教學課程體系。課程體系建設中,逐步優(yōu)化研究生課程學習時間,優(yōu)化理論與實驗教學時間分配,縮減理論授課課時,增加實驗學時。探索按照學科門類相近的原則集中授課節(jié)約授課時間的新方式,縮短基礎醫(yī)學課程學習時間為8個月,使研究生盡早完成基礎醫(yī)學課程學習,將更多的精力投放科研實踐中,實現(xiàn)研究生早進實驗室、早完成實踐培訓,多出成果、多出人才的培養(yǎng)目標。在基礎課程教學中,以問題教學為主,注重各專業(yè)知識的橫向聯(lián)系,突出知識的高、精、深。定期進行調(diào)研分析,對于今年來選課人數(shù)少或學生評價差的課程逐步取消,同時根據(jù)最新進展及時開設部分前沿性課程,如:蛋白質(zhì)組學技術、生物信息學、分子生物學技術、免疫學技術等重大技術的實驗技能課程,為學生進入科研階段打下扎實的知識和技能基礎。
2.2強化實驗實踐課程體系建設
沒有高水平的科學研究,要培養(yǎng)出高質(zhì)量、高層次的人才是難以想象的。因此,建立創(chuàng)新的研究生實驗課程體系,突出對研究生實驗技能和自主設計實驗能力的培養(yǎng)成為改革探索的重要內(nèi)容。研究生教育要體現(xiàn)應有的寬廣度和縱深度,我們將探索建立三個層次的實驗教學平臺。第一層次的實驗為基礎性實驗內(nèi)容,關注PCR、細胞培養(yǎng)、SPF動物飼養(yǎng)、實驗動物處置、大型儀器設備操作等基本技能訓練。第二層次的實驗為整合性實驗,依托機能學、形態(tài)學、分子醫(yī)學等教學中心開設,綜合性實驗打破單一課程界限,按照學科相近的原則上重組實驗內(nèi)容,由教學團隊給定研究內(nèi)容,學生自主設計,導師組修訂完善后,采用小班制歷經(jīng)2-3月由學生以自組團隊方式完成,實驗里程和最后結果由實驗室監(jiān)督并給出成績。第三層次的實驗主要依托研究生科技計劃項目、省校級重點學科(實驗室)開放基金項目等進行,由研究生組成團隊自主設計研究內(nèi)容、尋找合作導師聯(lián)合申請,獲批后按照項目管理模式進行,研究主要依托省校級重點學科(實驗室)完成,須提交研究結題報告和發(fā)表文章,成績納入實驗成績。為了達到培養(yǎng)研究生自主創(chuàng)新能力,研究生實驗內(nèi)容設置以整合性和設計、創(chuàng)新性實驗為主,兩者實驗內(nèi)容分別占到40%和30%。
2.3改革教學模式與方法
為了達到鍛煉研究生科研綜合能力的目的,將在教學中改變以往教師主動授課,學生被動參與的情況。課程教學由以傳授己有知識和成果為主要內(nèi)容的傳授性教學方式,向以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為主要特征的研究性教學方式轉變。變課程教學的單向灌輸方式成為研究生主動學習和教師課堂講授相結合、以學生為主體的教學方式。在壓縮理論教學學時的同時,鼓勵各課程采用啟發(fā)式、講座式、研討式的教學方式,基礎教學密切聯(lián)系臨床實踐和學科前沿進展。各基礎醫(yī)學課程教學在側重于傳授式教學方式的同時,注重激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。各課程均開設一定比例的講座式、研討式教學內(nèi)容,鼓勵研究生為組織者和主體參與課堂討論。在課程教學的同時,學院還集全院師資力量開設一系列學術前沿講座和文獻綜述類課程,以計算學分和成績的方式使研究生更廣泛地參與拓寬學術視野的討論,不斷提高研究生的學術水平。在介紹課程最新研究進展時,在介紹常見實驗方法的基礎上,重點培養(yǎng)學生如何追蹤國內(nèi)外本學科的研究進展,如何有效閱讀中外文文獻。此外,研究生科研能力重要的環(huán)節(jié)還包括對實驗結果的分析。因此我們在教學中也將非常重視以實驗結果中表格和圖片為導向的教學,在專題講座和論文匯報中強調(diào)實驗結果中表和圖片解讀的重要性,引導研究生如何分析這些表和圖,并反追蹤這些表和圖中所使用的方法的原理和應用范圍,在學習如何解讀實驗結果的同時,逆向式培養(yǎng)研究生對實驗方法的了解。總之,只有通過調(diào)動研究生學習和研究的主動性與積極性、促進研究生科研認識與實踐能力的提高,才能使課程教學成為訓練研究生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的舞臺,實現(xiàn)研究生課程教學的目標。
2.4加強師資隊伍建設
課程教學質(zhì)量高低,與研究生教師的學術水平、科研能力和教學方法有著重要的關系。項目進展期間,我們將圍繞課程教學加強師資隊伍建設,提高教師的學歷層次、學術素養(yǎng)、教學和研究水平;嚴格研究生授課教師的遴選,把研究生教師的遴選、培訓、考核、聘任有機結合起來,選用有經(jīng)驗的教師承擔研究生課程的教學,提高教師隊伍的教學水平;通過課堂教學質(zhì)量考核,促進教師教學水平和教學效果的不斷提高;引進激勵和競爭機制,充分調(diào)動教師的教學和科研積極性,保持研究生教師隊伍的生機和活力[5]。
2.5完善和建立研究生學習效果的綜合考評體系
深化基礎醫(yī)學研究生教育教學的改革還應包括靈活選擇考核方式。改變單一評價方式,建立多維考評方式,改變以往的終結性評價一錘定音為關注學生發(fā)展的形成性評價。根據(jù)課程性質(zhì)選擇包括卷面考試、研討報告、實踐項目報告、自學作業(yè)、論文、答辯等在內(nèi)的多種評價方式??荚嚪绞娇刹扇¢]卷或開卷考試、課程論文和文獻綜述等,閉卷考試應與其他考核方式有機結合。如通過課程論文、研討報告、文獻綜述等的考核方式,促使研究生查閱大量的文獻資料,了解本學科及相關學科的國內(nèi)外的學術前沿,拓寬知識面。利用技能實驗考試驗證學生的實踐能力,通過答辯的方式培養(yǎng)學生匯報、做圖、應對挑戰(zhàn)等綜合素質(zhì)。
2.6強化研究生的學術道德規(guī)范和科研誠信意識
在基礎醫(yī)學教學和實驗的每一個環(huán)節(jié)都注重突出對研究生加強學術道德規(guī)范和科研誠信意識的引導,將遵守學術道德規(guī)范納入研究生理論與實驗課程學習的每一個考核環(huán)節(jié)中,通過在科研素質(zhì)培養(yǎng)中加入典型案例,使研究生認識到堅守學術道德規(guī)范在事業(yè)生涯中的重要作用,從而堅定不移地以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度對待和處理科學問題。